一种带有屏蔽罩的三电极气体火花开关

1.本实用新型属于高功率脉冲技术领域，具体涉及一种三电极气体火花开关，适用于大电流放电的条件之下。


背景技术：

2.脉冲功率技术的基本原理是把较小功率的能量以较长时间慢慢输入到储存能量的设备中，再根据输出装置的需要将能量进行压缩与转换，然后在极短的时间以极高的功率密度释放到输出装置中如今，脉冲功率技术已经已广泛应用于电磁发射、电磁脉冲、闪光x光照相、材料加工、破碎结石、尾气废气净化、等离子体物理研究以及石油工业等各方面。各国家与地区都的相关部门都在积极开展脉冲功率技术的应用研究。
3.高功率的气体火花开关一直都在脉冲功率系统中扮演着重要的角色，其性能的好坏直接决定了系统向负载输出的脉冲的质量。输出脉冲的上升时延、脉冲宽度、脉冲幅值、下降时延等参数都与开关的性能息息相关。目前脉冲功率技术领域对气体火花开关的基本要求是电感小、性能稳定、寿命长，其中性能稳定不仅要求静态性能稳定，同时要求动态性能稳定。
4.目前，大部分三电极气体火花开关在经过多次放电实验后都会出现绝缘壳表面被污染，导致开关无法继续正常工作的现象，大大缩短了开关的使用寿命，其原因在于开关放电过程中，电极内部会形成细丝状放电通道，导致流过电极的电流密度极大，电极熔蚀形成金属蒸气溅射到绝缘壳体的内表面导致绝缘壳体的污染，变相降低其表面电阻，从而降低了绝缘外壳的沿面耐压，最终使得开关放电过程中绝缘壳表面发生沿面击穿，开关不能正常工作。因此，如何设计出一款在多次放电下仍能保持绝缘外壳绝缘特性的气体火花开关对于延长开关寿命有着重要意义。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是解决现有气体开关因多次放电导致外绝缘壳被污染的问题，提供一种带有屏蔽罩的三电极气体火花开关。
6.本实用新型为解决上述问题所采用的技术方案为：一种带有屏蔽罩的三电极气体火花开关，包括上绝缘壳、下绝缘壳、上电极、下电极、触发电极、气嘴、上屏蔽罩和下屏蔽罩；
7.所述上绝缘壳与下绝缘壳为完全相同的圆柱形壳体，其上表面设有安装孔，分别与上屏蔽罩和下屏蔽罩连接，侧面相对位置分别有一个半圆形凹槽，上绝缘壳与下绝缘壳之间的接触面上设有螺孔，上绝缘壳与下绝缘壳按螺孔位置贴合后，触发电极及气嘴分别插入两个半圆形凹槽组成的通孔中；
8.所述上电极和下电极为完全相同的阶梯式圆柱结构，上电极和下电极分别以螺纹连接方式固定于上屏蔽罩和下屏蔽罩的内部，上电极和下电极按圆柱大端平行且相对设置；
9.所述上屏蔽罩和下屏蔽罩为完全相同的喇叭状遮罩结构，内部设有内螺纹与上电极和下电极连接，同时尾端设有外螺纹与上绝缘壳与下绝缘壳连接，外部设有紧固螺母和垫片用以固定电极；
10.所述触发电极为两级圆柱体结构，其细端端部位置为球头形状，插入上绝缘壳与下绝缘壳侧面的通孔中并压实固定；
11.所述气嘴设置在与触发电极相对的位置，由上绝缘壳与下绝缘壳侧面的通孔并压实固定。
12.进一步地，所述上电极与下电极的大端为平球头结构，端面直径24mm，球头半径12mm，电极总直径48mm，电极间间隙为6mm，电极小端直径为24mm，与外部电路连接。
13.进一步地，屏蔽罩与电极和绝缘壳之间均采用螺纹连接，内径40mm，上屏蔽罩、下屏蔽罩最上端有一圆形平台与外部绝缘壳配合，另一端为沿电极方向呈45
°
向外展开的喇叭形状，最外侧向下延伸部分与电极方向平行，长度为12mm，与触发极保持2mm以上的距离；此外，屏蔽罩内外表面还刻有多道深度为1mm的环形槽。
14.进一步地，上下绝缘壳为下端有延伸的圆柱结构，上端面中央有浅圆形槽与屏蔽罩最上端的圆形平台配合，圆槽中间挖空，在圆柱面刻上螺纹与屏蔽罩外端的螺纹配合，绝缘壳下端延伸部分圆柱平均分为8个扇形区域，对称选择6个区域中心垂直开孔打入螺钉以固定上下绝缘壳，另外两个区域从侧面开孔以放置触发极和气嘴。
15.进一步地，所述触发极由直径4mm的圆柱和直径2mm圆柱焊接而成，小圆柱端部设有球头以提高触发放电的效果，其固定于上下绝缘壳合并后开孔的位置。
16.进一步地，所述气嘴固定在上下绝缘壳合并后开孔的位置，导通外部空间与内部绝缘室，实现充气与放气。
17.进一步地，所述上绝缘壳、下绝缘壳、上屏蔽罩和下屏蔽罩由环氧树脂制成，上电极、下电极和触发电极由铜钨合金制成，气嘴由尼龙材料制成。
18.与现有技术相比，本实用新型技术方案有以下有益效果：
19.本实用新型带有屏蔽罩的三电极气体火花开关在放电室侧面添加了可拆卸的屏蔽罩结构，该结构的作用在于使得电极放电时喷溅出的金属物质更多积累在屏蔽罩内，减少了外部绝缘壳体被电极烧蚀产物污染的可能。
20.本实用新型带有屏蔽罩的三电极气体火花开关的放电电极外部与屏蔽罩采取螺纹连接的方式，不与绝缘壳体直接接触，从而避免了因高温导致连接部位变形使得电极无法从壳体中取出的情况的发生。
附图说明
21.图1为本实用新型带有屏蔽罩的三电极气体火花开关的结构示意图。
22.图2为本实用新型带有屏蔽罩的三电极气体火花开关的俯视图。
23.图3为本实用新型带有屏蔽罩的三电极气体火花开关的电极与触发极位置示意图。
24.图中编号：1-上绝缘壳，2-下绝缘壳，3-上电极，4-下电极，5-触发电极，6-气嘴，7-上屏蔽罩，8-下屏蔽罩。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的说明。
26.以下实例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
27.本文中所涉“上”“下”皆为方便叙述而设，并非对本结构的限定。
28.如图1所示，本实用新型带有屏蔽罩的三电极气体火花开关，包括上绝缘壳1、下绝缘壳2、上电极3、下电极4、触发电极5、气嘴6、上屏蔽罩7和下屏蔽罩8。所述上绝缘壳1与下绝缘壳2为完全相同的圆柱形壳体，其上表面设有安装孔与上屏蔽罩7和下屏蔽罩8连接，侧面相对位置分别有一个半圆形凹槽，上绝缘壳1与下绝缘壳2之间的接触面上设有6个安装孔，上绝缘壳1与下绝缘壳2按安装孔位置贴合后，触发电极5及气嘴6分别插入两个半圆形凹槽组成的通孔中；上电极3和下电极4为完全相同的阶梯式圆柱结构，上电极3和下电极4分别以螺纹连接方式固定于上屏蔽罩7和下屏蔽罩8的内部，上电极3和下电极4按圆柱大端平行且相对设置；上屏蔽罩7和下屏蔽罩8为完全相同的喇叭状遮罩结构，内部设有内螺纹与上电极3和下电极4连接，同时尾端设有外螺纹与上绝缘壳1与下绝缘壳2连接，外部设有紧固螺母和垫片用以固定电极；触发电极5为细长的两级圆柱体结构，其细端端部位置为球头形状，插入上绝缘壳1与下绝缘壳2侧面的通孔中并压实固定；气嘴6设置在与触发电极相对的位置，由上绝缘壳1与下绝缘壳2侧面的通孔并压实固定。
29.以开关上半部分为例说明，上屏蔽罩7与上电极3和上绝缘壳1之间均采用螺纹连接，为方便安装定位，上屏蔽罩7最上端有一圆形平台与上绝缘壳1配合，上屏蔽罩7另一端为沿电极方向呈45
°
向外展开的喇叭形状，最外侧向下延伸部分与上电极3方向平行，此外，屏蔽罩内外表面还刻有多道深度为1mm的环形槽，目的是为了提高开关的爬电距离，屏蔽罩的设置目的在于使得电极放电时喷溅出的金属物质更多积累在屏蔽罩内，因此外部绝缘壳体不会在开关多次放电后被电极喷溅出的金属物质污染，仅需更换屏蔽罩即可保证开关继续运行，由此延长开关的寿命。
30.上绝缘壳1为下端有延伸的圆柱结构，上端面中央有浅圆形槽与上屏蔽罩7最上端的圆形平台配合，圆槽中间挖空，在圆柱面刻上螺纹与屏蔽罩外端的螺纹配合，绝缘壳下端延伸部分圆柱平均分为8个扇形区域，对称选择6个区域中心垂直开孔打入螺钉以固定上下绝缘壳，另外两个区域从侧面开孔以放置触发极和气嘴。其几何位置如图2所示。
31.如图3所示，触发电极5位于上电极3和下电极4的中心位置，且触发电极5细端球头的圆形与上电极3和下电极4平球头面的圆形处于同一直线上。这种触发针结构可以使开关的放电区域更为集中，有效降低了开关放电时的抖动，大大增强了主电极和触发极之间的场畸变效果，提高开关的触发性能。
32.本实用新型带有屏蔽罩的三电极气体火花开关的上绝缘壳1、下绝缘壳2、上屏蔽罩7和下屏蔽罩8由环氧树脂制成，环氧树脂是电气领域运用非常广泛的材料，其绝缘性能优良且整体性能均衡。上电极3、下电极4和触发电极5由铜钨合金制成，钨铜合金优势在于熔点较高，抗熔蚀能力强且化学稳定性以及放电稳定性较为不错。气嘴6由尼龙材料制成。
33.本实用新型的说明书已经对实用新型内容给出了充分的说明，各组件的具体参数可以根据实际需求设定，普通技术人员足以通过本实用新型说明书的内容加以实施。在权利要求的框架下，任何基于本实用新型思路的改进都属于本实用新型的权利范围。