一种电子回旋共振加热系统滑动抽气波导的制作方法

本实用新型属于微波技术领域，具体涉及一种新型大功率电子回旋共振加热系统滑动抽气波导。

背景技术：

对于电子回旋共振加热系统传输线而言，当传输的微波功率达到兆瓦量级时，为了有效的避免传输线因气体击穿而引起打火，通常需要使用真空传输线，使传输线的真空优于10^-2Pa。真空传输线除各部件法兰接口需要采用真空密封外，还需要采用抽气波导用于排除传输线内的气体，使传输线真空度达到所需要求。此外，在电子回旋传输线的安装过程中，会存在一定的安装误差；且随着环境温度的变化，传输系统各部件的尺寸会发生变化。为消除安装过程中的机械应力以及热效应等，便于传输线的安装，需要采用一种可以消除该种安装间隙误差的传输部件——滑动波导。

对于长距离的电子回旋传输系统过来说，现有技术中一般在传输线起始端与末端均配备一个抽气波导及一个滑动波导。对于传输系统传输效率来说，这种非标传输部件的数量越多，所产生的安装误差及微波传输损耗就越大，传输效率越低，因此需要尽量减少非标传输部件的使用。此外，现有技术中，滑动波导仅可用于非真空环境中，结构上存在真空“死空间”且间隙损耗大，无法使用于兆瓦量级传输系统中；现有技术中，抽气波导只依靠波纹主波导间间隙给传输系统抽气，间隙受损耗小的需求的影响不能过大，从而导致流导不够而难以兼顾有效抽速大且微波功率损耗小的技术要求，此外原有抽气波导只具备抽气口而无法监控传输线真实真空状况。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种电子回旋共振加热系统滑动抽气波导，能够解决滑动波导无法使用在电子回旋真空传输系统中，且微波损耗较大的技术问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种电子回旋共振加热系统滑动抽气波导，包括两段相对安装的波纹主波导、两段波纹主波导相对的内侧一段套装在波导连接段内，相对的内侧面保留一定调节间隙，还包括设于波导连接段外部的真空波纹管和分别设于真空波纹管两侧的两个波纹管连接段；所述的真空波纹管和两侧的波纹管连接段固定连接组成真空波纹管组件；所述的波纹主波导上加工有波导连接法兰，波纹管连接段的端部与波导连接法兰密封连接；所述的两个波纹管连接段的下端分别加工真空抽气端口和真空监测端口；所述的波纹主波导的中段部分沿轴向方向加工真空抽气条孔。

所述的波纹主波导为一体加工的波导管结构，靠近相对的内侧的一段外径较小，这一段设于所述的波导连接段内部，波纹主波导中段位于波纹管连接段内部，中段加工有沿轴向的真空抽气条孔，同时中段上加工有波导连接法兰，波导连接法兰内侧表面加工有圆形环槽，槽内放置密封圈，使得波导连接法兰和波纹管连接段的端部密封连接。

所述的波纹管连接段端部设有波纹管连接法兰，波纹管连接法兰与所述的波导连接法兰通过密封圈密封连接。

所述的密封圈为氟橡胶密封圈。

所述的真空抽气条孔沿波纹主波导轴向均匀分布，数量为15～22。

所述的波导连接段内壁为与波纹主波导波纹参数相同的槽纹结构。

所述的波纹主波导通径内壁为光滑曲面，齿形结构为连续正弦波纹。

所述的波纹主波导与传输系统导波部件的导波通径及槽纹结构一致。

所述的波纹主波导和波导连接段均采用硬铝材料制成。

所述的调节间隙范围为0-10mm。

本实用新型的有益效果如下：

波导上设计的抽气条孔沿轴向，与原有间隔缝隙这样的抽气结构相比，微波损耗小，有效的抽气截面面积大，抽气效率高，有效抽速大，因此适用于真空传输系统中；

两个波导通过连接波导连成整体，相当于将原有抽气波导和弹性波导合二为一，简化了微波传输结构减少了微波传输过程中的损耗，传输效率高。

同时波导连接段能够保证两侧的波导的同轴度，起到精确定位的作用，进而减少了两端波导之间微波杂模的产生，减少波导内部打火的可能性，也减少了微波损耗，传输效率高。

考虑到滑动抽气波导将用于真空传输系统中，采取合理的真空密封形式，真空漏率达到10^-9Pa·m³/s的要求；

适用于电子回旋传输系统真空抽气，有效抽速大，在始端与末端配备可以保证百米传输系统真空度达到10^-2Pa的要求；

作为一种高功率长脉冲毫米波传输部件，要求所产生的微波功率损耗应尽可能小，以保证传输系统的传输效率；

兼顾滑动波导与抽气波导的功能，有效减少了传输系统中非标部件的使用，从而有效减少了微波功率损耗；

适用于电子回旋MW量级真空传输系统中，能够稳定高效的传输大功率微波，能够实现对传输系统的真空抽气及真空状态监测，同时本发明可实现消除传输系统机械应力与热应力的功能。

附图说明

图1为电子回旋共振加热系统滑动抽气波导结构示意图；

图2为波纹主波导示意图；

图3为波导连接段示意图；

图中：1.波纹主波导；2.真空波纹管；3.波纹管连接段；4.波导连接段；5.真空抽气端口；6.真空监测端口；7.真空抽气条孔；8.调节间隙；9.氟橡胶密封圈；10.波导密封端面；11.波导连接法兰；12.波纹管连接法兰；13.波导对接端口。

具体实施方式

下面通过附图及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，电子回旋共振加热系统滑动抽气波导包括：两段相对安装的波纹主波导1、两段波纹主波导1相对的内侧一段套装在波导连接段4内，相对的内侧面保留一定调节间隙8。在波导连接段4外部为真空波纹管2，在真空波纹管2的两侧分别为波纹管连接段3，波纹管连接段3套装在波纹主波导1的中段的外部。

波纹主波导1上加工有波导连接法兰11，波纹管连接段3的端部与波导连接法兰11紧密接触，并通过氟橡胶密封圈9密封安装。两个波纹管连接段3的下端分别加工真空抽气端口5和真空监测端口6。

在波纹主波导1的中段部分沿轴向方向加工真空抽气条孔7。

如图2所示，波纹主波导1为一体加工的通径为Φ63.5mm的波导管结构。

靠近相对的内侧的一段外径较小，这一段安装在波导连接段4内部，中段位于波纹管连接段3内部，中段加工有沿轴向的真空抽气条孔7，同时中段上加工有波导连接法兰11，波导连接法兰11内侧表面加工有圆形环槽，槽内放置密封圈，使得波导连接法兰11和波纹管连接段3的端部密封连接。中段的波纹主波导1下端加工开口，则以上的两个波纹主波导1下端的开口分别为真空抽气端口5和真空监测端口6。

考虑到需要高效低耗传输兆瓦量级长脉冲毫米波，所述波纹主波导1通径内壁为光滑曲面，齿形结构为连续正弦波纹，能有效的避免尖端放电；综合考虑微波传输时的欧姆损耗问题，所述波纹主波导1采用适宜大功率微波传输系统的硬铝材料加工；两段波纹主波导1与传输系统导波部件的导波通径及槽纹结构一致，用于传输频率为100-170HGz的高功率毫米波；波纹主波导1置于真空波纹管组件外部的端口通过连接法兰与电子回旋传输系统导波部件对接，该端口设置波导密封端面10；波纹主波导1与传输系统导波部件之间设置静密封圈实现真空密封，静密封圈为C型密封圈结构，优选Helicoflex金属密封圈；波导连接法兰11与波导对接端口13之间的波纹管管壁上，沿轴向采用线切割工艺加工成型成真空抽气条孔7，用于作为传输线内气体的排出口。

真空抽气条孔7均布在波导管管壁上，其数量及大小综合考虑等电子回旋传输系统抽速要求、加工带来的变形、开条孔后部件的刚性等因素而确定。电子回旋传输线实际真空工况为长度几十乃至百米、内径63.5mm的细长管道，正常工作时要求尽快将传输线从大气条件下抽到真空度优于10^-2Pa水平，因此从抽速角度考虑希望抽气条孔数量及尺寸越大越好。从加工精度及部件使用耐久性角度考虑则不宜过多过大，否则容易引起波导管加工变形而增加传输损耗及引起部件局部打火。结合本实施例，波纹主波导1上所开的真空抽气条孔7数量为20，长度为100mm，宽度为1mm。

真空波纹管2及波纹管连接段3的内径大于波纹主波导1外径，采用不锈钢材料；真空波纹管2根据真空手册标准设计，其压缩与拉伸长度根据滑动抽气波导所要求的调节间隙1的调节范围而确定。

2个波纹管连接段3与真空波纹管2焊接成一体，形成真空波纹管组件；

波纹管连接段3上设置波纹管连接法兰12，用于实现与波纹主波导1的对接；两段波纹管连接段3上分别设置真空抽气端口5及真空监测端口6；为了避免高功率运行下的打火发生需要在运行前检测传输线的真空密封状况，真空抽气端口6将作为真空检漏端口与检漏仪对接，为了方便在检漏仪与抽气机组间灵活切换，真空抽气端口6采用标准KF快接口；传输线中的真实真空状态与抽气机组内置的真空显示状态存在较大差异，通过连接在真空监测端口6上的电阻规与电离规，可以获得真实的传输线真空状态信息，该信息纳入到电子回旋主控系统中进行实时监测，并在真空泄露情况下停止系统运行，保护相关设备。

如图3所示，波导连接段4为一体加工的波导管结构，其材质与波纹主波导1一致为硬铝材料；波导连接段4内径与波导对接端口13的外径尺寸相同，加工要求波导连接段4内径为正公差，波导对接端口13外径为负公差；波导连接段4套装在两段波纹主波导1的波导对接端口13外部，实现两段波纹主波导1的同轴定位对接，形成波导管组件，以减少两节波纹主波导1对接时由同轴性偏差产生的微波传输损耗；两段波纹主波导1对接时，之间预留一定长度的调节间隙8，用于作为消除传输线安装时产生的机械应力及由于温度环境及传输高功率微波时所产生的热应力。

波导连接段4内壁为与波纹主波导1波纹参数相同的槽纹结构，以进一步降低由于两段波纹主波导1的对接间隙所带来的微波传输损耗；两段波纹管连接段3及真空波纹管2组成的真空波纹管组件套装在两段波纹主波导1及波导连接段4组成的波导管组件外部，两者通过波导连接法兰11及波纹管连接法兰12实现对接；波导连接法兰11及波纹管连接法兰12之间设置氟橡胶密封圈9，实现真空密封；通过压缩或拉伸真空波纹管3，可以调节两段波导主波导1之间的间隙长度，从而改变器件的整体长度。

调节间隙7的存在会引起微波的模式匹配损耗，其大小的选择主要取决于微波功率损耗的要求及对传输线安装时对调节范围的需求。从微波功率损耗角度考虑，希望间隙越小越好；从消除安装误差的角度考虑，希望在初始间隙大小的基础上有一定的正负调节余量。

微波模式匹配损耗与波纹波导间隙的关系图采用现有技术中的公式计算而得，为了使微波功率损耗小于0.05％，要求间隙的大小小于10mm。本实施例中，综合考虑，滑动抽气波导自然状态下的调节间隙(两个波导相对断面的轴向距离)的大小为5mm，间隙调节范围为0-10mm。在最大间歇10mm情况下，对应的微波功率损耗约为0.043％，如果电子回旋共振加热系统中传输的是1MW/3s的微波，0.043％的损耗对应的热量1MW*0.043％*3J＝12900J。

对于脉冲式运行的电子回旋共振加热系统，由于微波功率损耗造成的抽气波导局部温度上升可以在脉冲间隔时间内恢复，故不需要考虑水冷；对于连续运行的电子回旋共振加热系统，考虑到温升的累积效应，其真空抽气波导在设计时需要考虑水冷结构：本实施例中，采用在抽气波导外部设置水冷管的方法进行部件冷却。