抗冲击高压直流电源及可控冲击波发生器的制作方法

本实用新型属于高电压技术、脉冲功率技术和井下能源开采技术领域，尤其涉及一种用于油、气井下的固态棒状抗冲击高压直流电源以及可控冲击波发生器。

背景技术：

在高电压技术和脉冲功率技术中，常利用高压直流电源为脉冲储能电容器充电，再通过对负载放电实现脉冲功率输出。近年来，应用于油田中的油井、注水井解堵和页岩气、煤层气等非常规能源开采中的可控冲击波产生技术是脉冲功率技术的一种典型应用。固态棒状抗冲击高压直流电源是脉冲冲击波产生设备的关键部件之一，可在油、气井下或煤矿钻孔内为高比能储能电容器充电，之后储存在电容器中的稳态电能经控制开关快速转换为高电压、大电流的脉冲能量，并在水中产生液电效应，或者驱动金属丝电爆炸和含能材料，形成水下脉冲强冲击波。

目前的已有的高压直流电源抗冲击能力不够，无法应用于井下等特殊环境下的可控冲击波产生设备中。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种抗冲击的高压直流电源及可控冲击波脉冲发生器。

一种抗冲击高压直流电源，其中，包括供电转接头(1)、同轴输出端(20)以及高压电源主体(30)同轴设置，所述供电转接头(1)、同轴输出端(20)以及高压电源主体(30)设置于棒状外壳体(2)中；所述高压电源主体包括固态高压转换模块(4)、散热器(5)、扼流电感(6)；所述固态高压转换模块(4)固定在散热器(5)上，且与扼流电感(6)连接后通过所述同轴输出端(20)引出；所述固态高压转换模块(4)、散热器(5)、扼流电感(6)形成一体结构。

作为其中一个实施例，所述固态高压转换模块(4)与扼流电感(6)连接，并通过同轴输出端(20)引出，用于防止反向电流损坏所述固态高压转换模块(4)。

作为其中一个实施例，所述扼流电感(6)设置于所述固态高压转换模块(4)与同轴输出端(20)之间，包括电感支架(6-1)以及电感线圈(6-2)，所述电感线圈(6-2)围绕所述电感支架(6-1)设置。

作为其中一个实施例，所述同轴输出端(20)包括同轴绝缘子(7)、高压输出电极(8)以及高压输出端口(9)，所述同轴绝缘子(7)设置于高压输出电极(8)与所述扼流电感(6)之间，所述高压输出电极(8)用于通过所述高压输出端口(9)输出高压。

作为其中一个实施例，所述同轴输出端(20)以及高压电源主体(30)与所述棒状壳体(2)之间还设置有绝缘壳体(3)。

作为其中一个实施例，所述棒状壳体(2)与所述绝缘壳体(3)之间还设置有多个绝热层。

作为其中一个实施例，所述散热器(5)的表面形成有多个通孔，形成蜂窝状的结构，固态高压转换模块(4)包括高频逆变升压单元以及多级倍压单元，所述多级倍压单元与所述高频逆变升压单元电连接，所述高频逆变升压单元固定在所述散热器(5)表面。

作为其中一个实施例，所述棒状外壳的直径小于等于102mm，输出电压为20kV-50kV，电源功率小于1kW。

作为其中一个实施例，还包括多个缓冲结构(10)设置于所述棒状壳体(2)中，用于抵抗冲击波；所述缓冲结构(10)包括轴向缓冲单元(10-1)、径向缓冲单元(10-2)以及蜂窝状吸波单元(10-3)；所述轴向缓冲单元(10-1)沿所述棒状壳体(2)的轴向分布；所述径向缓冲单元(10-2)围绕所述棒状壳体(2)的轴向分布。

一种可控冲击波发生器，其中，所述可控冲击波发生器包括脉冲功率驱动源、能量转换器和控制器，所述脉冲功率驱动源包括上述任意一项所述的抗冲击高压直流电源。

上述抗冲击的高压直流电源及可控冲击波脉冲发生器，通过将固态高压转换模块、散热器、扼流电感形成一体结构，增强了抗冲击波的能力，使得高压直流电源能够抵抗更强的冲击波冲击。

同时，通过将各元件轴向设置，使得高压直流电源的直径小于等于102mm，体积更小，更加适用于油气井下或煤层钻孔的环境。

另外，通过设置多层抗压的壳体结构以及绝热材料，也使得高压直流电源具有很高的抗压能力的同时，也能够抵抗高温环境。

再者，通过设置多个缓冲结构，能够极大的卸载强冲击波，减少冲击波对电源的冲击，从而能够适用于更广的应用场景。

附图说明

图1为一个实施例中抗冲击高压直流电源的结构示意图；

图2为一个实施例中可控冲击波发生器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

请参阅图1，在一个实施例中，提供一种抗冲击高压直流电源100，包括供电转接头1、同轴输出端20以及高压电源主体30同轴设置，该供电转接头1、同轴输出端20以及高压电源主体30设置于棒状外壳体2中；该高压电源主体包括固态高压转换模块4、散热器5、扼流电感6；该固态高压转换模块4固定在散热器5上，且与扼流电感6连接后通过该同轴输出端20引出；该固态高压转换模块4、散热器5、扼流电感6形成一体结构。该固态高压转换模块4、散热器5、扼流电感6可用硅胶灌封于绝缘壳体3中形成一体结构。

该同轴输出端20可包括同轴绝缘子7、高压输出电极8以及高压输出端口9，该同轴绝缘子7设置于高压输出电极8与该扼流电感6之间，该高压输出电极8用于通过该高压输出端口9输出高压。该高压输出端口9输出电压为20kV-50kV，电源功率小于1kW。另外，同轴绝缘子7、高压输出电极8、高压输出端口9、固态高压转换模块4、扼流电感6可共轴设置。

作为其中一个实施例，该固态高压转换模块4与扼流电感6连接，并通过同轴输出端20引出，用于防止反向电流损坏该固态高压转换模块4，该扼流电感5起到保护固态高压转换模块4的作用。该扼流电感6设置于该固态高压转换模块4与同轴输出端20之间，可包括电感支架6-1以及电感线圈6-2，该电感线圈6-2围绕该电感支架6-1设置。电感支架6-1架设于棒状外壳体2中，用于支撑电感线圈6-2。电感线圈6-2可围绕棒状外壳体的2的中心轴环绕设置。

该棒状外壳体2可采用高强度材料，以抵抗强压的冲击。例如，该棒状外壳体2可采用无缝圆管壳体，材料为42CrMo，厚度不小于6mm，从而极大的增强了棒状外壳体2的抗压能力。另外，该棒状外壳的直径小于可等于102mm，从而能够便于井下、煤层等工作环境。

另外，为了增加抗压能力以及绝缘性能，该同轴输出端20以及高压电源主体30与该棒状壳体2之间还设置有绝缘壳体3。该绝缘壳体3一方面起到加固的作用，另一方面，也能够很好的保护内部各个元件的电绝缘，避免工作环境对内部元件的影响。通过采用上述双层密封结构，可在60MPa的外压条件下实现水密封。

同时，为了增加抗冲击高压直流电源的耐热性能，该棒状壳体2与该绝缘壳体3之间还设置有绝热层(图未示出)。该绝热层可为多层结构，从而能够起到很好的热绝缘，保护内部结构不受环境高温的影响。

该散热器5的表面形成有多个通孔，形成蜂窝状的结构，固态高压转换模块4包括高频逆变升压单元以及多级倍压单元，该多级倍压单元与该高频逆变升压单元电连接，该高频逆变升压单元固定在该散热器5表面。散热器5可为半圆形结构，同时蜂窝状小孔能够吸收传递到电源内芯上的强冲击波。高频逆变升压单元可布置成长板状，而所有元件布置在电路板上侧，且整个电路板固定在下侧的散热器5上。另外，多级倍压单元采用以电路板可为对称面的对称结构，从而能够减小长度、提高绝缘效率。

作为其中一个实施例，为了更有效的抵抗冲击波的冲击，该抗冲击高压直流电源还可包括多个缓冲结构10设置于该棒状壳体2中，用于抵抗冲击波；该缓冲结构10包括轴向缓冲单元10-1、径向缓冲单元10-2以及蜂窝状吸波单元10-3；该轴向缓冲单元10-1沿该棒状壳体2的轴向分布；该径向缓冲单元10-2围绕该棒状壳体2的轴向分布。通过在高压直流电源中采用多重抗冲击波结构，例如，在高压直流电源与外壳之间加装轴向缓冲结构和径向缓冲结构，在散热器上开蜂窝状小孔吸收瞬态冲击波，使得该高压直流电源的抗冲击波能力大大增强。

作为其中一个实施例，供电转接头1可采用多用供电转接头，包括电缆转接单元以及电池转接单元，在不同使用条件下，能够接入30-300V直流的电缆供电或电池供电，从而使得抗冲击高压直流电源能够适用于不同的电源供电模式。

请一并参阅图2，本申请一个实施例还提供一种可控冲击波发生器，该可控冲击波发生器包括脉冲功率驱动源、能量转换器和控制器，该脉冲功率驱动源包括上述任意一项该(删)的抗冲击高压直流电源。

控制器用于控制可控冲击波发生器的启动和停止、为其他设备的供电、(删)显示设备的工作状态等。脉冲功率驱动源，包括高压直流电源、储能电容和隔离开关，其中，高压直流电源用于为储能电容器充电；隔离开关用于对能量转换器进行放电。能量转换器可包括聚能棒和聚能棒推送器，以产生冲击波。高压直流电源可采用上述任意一项实施例中的抗冲击高压直流电源。

上述抗冲击的高压直流电源及可控冲击波脉冲发生器，通过将固态高压转换模块、散热器、扼流电感形成一体结构，增强了抗冲击波的能力，使得高压直流电源能够抵抗更强的冲击波冲击。同时，通过将各元件轴向设置，使得高压直流电源的直径小于等于102mm，体积更小，更加适用于油气井下或煤层钻孔的环境。另外，通过设置多层抗压的壳体结构以及绝热材料，也使得高压直流电源具有很高的抗压能力的同时，也能够抵抗高温环境。再者，通过设置多个缓冲结构，能够极大的卸载强冲击波，减少冲击波对电源的冲击，从而能够适用于更广阔的应用场景。

以上该实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。