一种液电脉冲激波发生器制造技术

本发明专利技术公开了一种液电脉冲激波发生器。包括高压电极、低压电极、绝缘结构件以及金属外筒等，高、低压电极尖端为棒‑棒电极，并进行端部表面椭球面平滑处理，保证液体中击穿电压的稳定性和烧蚀寿命。绝缘结构件、高、低压电极配合形成旋转抛物面空腔，高、低压电极之间的放电间隙中点位于抛物面的焦点，保证液电放电形成的直达波和反射波定向径向辐射，有效提高液电脉冲激波的强度，同时能减少对绝缘结构件的损坏。本发明专利技术的液电脉冲激波发生器结构简单，通用性好，可靠性高，且聚焦腔可定向提升激波的强度，应用范围广泛。

Liquid electric pulse shock wave generator

The invention discloses a liquid electric pulse shock wave generator. Including the high voltage electrode, low voltage electrode, an insulating structure and a metal outer cylinder, high and low voltage electrode tip for rod rod electrode, and the end surface of the ellipsoid smoothing, guarantee the stability and erosion life breakdown voltage in liquid. Structure, high and low voltage electrode is formed with the rotating parabolic cavity insulation, the focus of the discharge gap midpoint between high and low voltage electrode located in the paraboloid, which direct wave and reflected wave directional radial liquid electric discharge formation, effectively improve the electrohydraulic pulse shock strength, and reduce the damage to the insulation structure of the. The electrohydraulic pulse shock generator has simple structure, good versatility and high reliability, and the focusing cavity can directionally enhance the strength of the shock wave, and has wide application range.

【技术实现步骤摘要】
一种液电脉冲激波发生器
本专利技术属于脉冲功率
，更具体地，涉及一种液电脉冲激波发生器。
技术介绍
在液体中发生快速高电压电弧放电，电弧通道快速膨胀以及液体汽化、膨胀会向外辐射强烈的激波，该现象为“液电效应”的物理效应之一。目前被广泛应用于液电成形、液电清砂、激波碎石、油田解堵及水下蛙人防护等领域。如何获得高强度的液电脉冲激波并对其进行精确导向，是液电脉冲激波应用中的关键问题之一。常采用脉冲电源对液体间隙进行放电产生液电脉冲激波，常采用的电极形式为板-板电极、针-板电极等。板-板电极为稍不均匀电场，可烧蚀面积大，能够延长液电脉冲激波发生器的寿命，但是板-板电极放电时电弧位置不固定，难以对激波进行精确导向，同时板-板间隙对激波传播有一定约束性，难以获得高强度激波。针-板电极能够有效降低间隙的击穿场强，提高电弧通道的能量注入效率，进而提高激波强度；同时电弧位置固定，便于对激波进行导向控制，但是针电极的快速烧蚀，使得间隙击穿电压变化较大，不利于提高激波发生器的寿命。目前对激波的聚焦及定向技术主要采用椭圆布局法，由于液电脉冲激波的传播遵循线性声学原理，将放电电极置于椭圆面聚焦装置空腔焦点处，通过激波的聚焦，可于另一个焦点处实现激波的聚焦，从而大大提高焦点附近激波的强度。但是这种聚焦导向的方法只适用于定点增强，在需要较大范围的激波增强及导向时难以应用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种液电脉冲激波发生器，结构简单，控制方便，安全可靠，且寿命长。为实现上述目的，本专利技术提供了一种液电脉冲激波发生器，其特征在于，包括高压电极、低压电极、金属外筒和绝缘结构件；所述高压电极和所述低压电极设置在所述金属外筒内，与所述金属外筒同轴，所述绝缘结构件设置在所述高压电极和所述金属外筒之间，与所述高压电极、所述低压电极和所述金属外筒围成激波发生腔；所述绝缘结构件的底面与所述金属外筒的轴切面相交为两条相对于所述高压电极对称的抛物线段，所述高压电极的顶部为半椭球面结构，与所述绝缘结构件的底面平滑接触，所述高压电极的顶部的半椭球面与所述绝缘结构件的底面共同构成所述激波发生腔的顶面，所述低压电极与所述高压电极正对，构成所述激波发生腔的底面，所述激波发生腔的底面和顶面相对于所述金属外筒的横截面对称。优选地，所述高压电极和所述低压电极形成的放电间隙的中点位于所述抛物线段的焦点，使液电放电形成的直达波和反射波沿所述金属外筒的径向辐射。优选地，所述低压电极和所述高压电极的材料为钨铜合金或镍铜合金。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)采用棒-棒电极形式，端部电极表面进行椭球面平滑处理，保证液电放电电弧的稳定性，便于聚焦与导向，同时能提高激波发生器的寿命，避免电极对激波传递的影响。(2)与椭圆布局法相比，旋转抛物面聚焦的激波作用范围大，能实现对面的作用效果。(3)高压电极、低压电极和金属外筒为同轴结构，便于与脉冲电源对接，能高效传递高频电脉冲信号，减小脉冲传输损耗，同时有利于提高机械强度。附图说明图1是本专利技术实施例的液电脉冲激波发生器的结构示意图；图2是本专利技术实施例的液电脉冲激波发生器的旋转抛物面腔的聚焦与导向示意图；图3是本专利技术实施例的液电脉冲激波发生器的电极表面与聚焦、导向面的示意图；图4是用本专利技术实施例的液电脉冲激波发生器获得增强激波的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，本专利技术实施例的液电脉冲激波发生器包括高压电极101、低压电极102、金属外筒103和绝缘结构件104。高压电极101和低压电极102设置在金属外筒103内，与金属外筒103同轴，便于与脉冲电源对接，高效传递高频电脉冲信号，减小脉冲传输损耗，同时有利于提高机械强度。绝缘结构件104设置在高压电极101和金属外筒103之间，其底部为抛物面结构，具体地，绝缘结构件104的底面与金属外筒103的轴切面相交为两条相对于高压电极101对称的抛物线段，高压电极101的顶部为半椭球面结构，半椭球面的长轴位于高压电极101的中心轴上。高压电极101和低压电极102采用棒-棒电极形式，具体地，低压电极102与高压电极101正对，高压电极101、绝缘结构件104、低压电极102和金属外筒103围成激波发生腔，高压电极101的顶部的半椭球面与绝缘结构件104的底部的抛物面共同构成激波发生腔的顶面，低压电极102构成激波发生腔的底面，激波发生腔的底面与其顶面相对于金属外筒103的横截面对称，金属外筒103构成激波发生腔的部分为镂空结构，使得放电液体105能进入激波发生腔。上述液电脉冲激波发生器中，高压电极101的顶部的半椭球面与绝缘结构件104的底部的抛物面为平滑接触，以最大化提高聚焦激波的强度，并提高整体机械性能。激波发生腔为近似旋转抛物面的空腔，高压电极101和低压电极102形成的放电间隙的中点位于抛物面的焦点，能保证液电放电形成的直达波和反射波沿金属外筒103的径向辐射，因而能有效提高液电脉冲激波的强度，同时减小对绝缘结构件104的损坏。更进一步地，根据激波的作用范围及作用距离优化抛物面的结构参数，根据放电间隙的大小及烧蚀寿命优化半椭球面的结构参数。电极材料采用耐烧蚀的金属材料，如钨铜合金、镍铜合金等，既能保证液电放电电弧的稳定性，又能保证激波发生器的寿命，提高其可靠性。金属外筒103采用不锈钢材料，绝缘结构件104采用高强度环氧材料。上述液电脉冲激波发生器工作时，将脉冲电源的输出端口分别接在高压电极101、低压电极102上，控制脉冲电源输出高压脉冲，液电脉冲激波发生器放电间隙击穿，形成脉冲电弧放电，在液电脉冲放电液体105中向外辐射激波。如图2所示，高压电极101、低压电极102端部表明进行椭圆面平滑处理，椭圆方程为激波发生腔为近似旋转抛物面的空腔，抛物线方程为y2＝8(x+2)。金属外筒103形成平台面，约束激波径向传播。实验表明，该激波发生器的寿命大于10000次。如图3所示，高压电极301与低压电极302之间的最小间隙距离为4mm，放电液体303采用自来水。当液体间隙发生击穿后形成高电压脉冲大电流电弧304，电弧膨胀及形成气泡空腔运动向外辐射液电脉冲激波305。激波源位于聚焦腔的焦点处，近似以球形波阵面向外传播，其中一部分激波会与抛物聚焦面发生反射向外径向射出，与直接径向辐射的激波定向辐射，从而定向地加强了激波的强度。直达激波与反射激波发生重叠，增加激波的作用时间，提高作用冲量，增强作用效果。利用脉冲电容器配合真空触发开关作为激波发生器的脉冲源。当脉冲电源的储能电容为5μF，充电电压为20kV时，在17cm处测量到激波波形如图4所示。激波呈现出明显的双峰值，第一个峰值为直达激波的强度，第二个峰值为反射激波的强度，反射激波的强度要高于直达激波的强度，激波发生器能起到激波增强的效果。同时直达激波与反射激波的叠加，拓宽了激波的作用时间，能够提高激波的作用效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液电脉冲激波发生器，包括高压电极、低压电极以及绝缘结构件，其特征在于，所述液电脉冲激波发生器还包括金属外筒；所述高压电极和所述低压电极设置在所述金属外筒内，与所述金属外筒同轴，所述绝缘结构件设置在所述高压电极和所述金属外筒之间，与所述高压电极、所述低压电极和所述金属外筒围成激波发生腔；所述绝缘结构件的底面与所述金属外筒的轴切面相交为两条相对于所述高压电极对称的抛物线段，所述高压电极的顶部为半椭球面结构，与所述绝缘结构件的底面平滑接触，所述高压电极的顶部的半椭球面与所述绝缘结构件的底面共同构成所述激波发生腔的顶面，所述低压电极与所述高压电极正对，构成所述激波发生腔的底面，所述激波发生腔的底面和顶面相对于所述金属外筒的横截面对称。

【技术特征摘要】
1.一种液电脉冲激波发生器，包括高压电极、低压电极以及绝缘结构件，其特征在于，所述液电脉冲激波发生器还包括金属外筒；所述高压电极和所述低压电极设置在所述金属外筒内，与所述金属外筒同轴，所述绝缘结构件设置在所述高压电极和所述金属外筒之间，与所述高压电极、所述低压电极和所述金属外筒围成激波发生腔；所述绝缘结构件的底面与所述金属外筒的轴切面相交为两条相对于所述高压电极对称的抛物线段，所述高压电极的顶部为半椭球面结构，与所述绝缘结构件的底面平滑接触，所述高压电极的顶部的...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘垣，刘毅，林福昌，李显东，李志远，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42