一种一体化高压真空绝缘堆栈制造技术

本发明专利技术提供了一种一体化高压真空绝缘堆栈，用以解决现有层叠型高压真空绝缘堆栈存在的结构复杂、密封环节多、装配难度大的技术问题。本发明专利技术提供的一种一体化高压真空绝缘堆栈，包括同轴设置的一体化绝缘筒、多个金属均压环以及两个环形的支撑电极；一体化绝缘筒为中空柱状结构；两个支撑电极分别密封连接于一体化绝缘筒的两端；多个金属均压环沿轴向依次设置在一体化绝缘筒外壁上；所述金属均压环外侧壁悬浮在一体化绝缘筒外侧，其内侧壁嵌入一体化绝缘筒内。体化绝缘筒内。体化绝缘筒内。

【技术实现步骤摘要】
一种一体化高压真空绝缘堆栈


[0001]本专利技术涉及绝缘堆栈，尤其涉及一种一体化高压真空绝缘堆栈。

技术介绍

[0002]大型Z箍缩装置能够在实验室产生高温(数百eV)、高压(数TPa)、强辐射(数MJ能量X射线)、高能量密度(～10
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J/m3)等极端物理环境，在Z箍缩惯性约束聚变、极端条件材料科学、强辐射物理及应用、实验室天体物理等领域中有重大应用。
[0003]高压真空绝缘堆栈是大型Z箍缩装置的重要部件，主要起机械支撑、不同类型绝缘介质之间物理隔离的重要作用。大型Z箍缩装置对高压真空绝缘堆栈的要求是：大尺寸(直径2～5m)、高耐压(数MV)、高工作场强(80～200kV/cm)、低电感(数nH)，此外还应具备良好的力学强度和结构稳定性、抗X射线辐照等。高压真空绝缘堆栈通常是整个Z箍缩装置绝缘最薄弱的环节之一。通常高压真空绝缘堆栈的内侧介质为真空，外侧介质为液体绝缘介质，如去离子水、变压器油、甘油等。目前，脉冲功率装置通常采用多层绝缘环和均压环交叉层叠型绝缘堆栈，其结构如图1图2所示，包括同轴设置的两个支撑电极01、多个绝缘环02以及多个金属均压环03；每两个绝缘环02之间设置有一个金属均压环03，使绝缘环02和金属均压环03依次交叉层叠设置；金属均压环03的两侧分别延伸出绝缘环02的内外两个侧壁，使金属均压环03的内侧部分浸没在真空中，其外侧部分浸没在液体绝缘介质中。两个支撑电极01位于依次交叉层叠的绝缘环02和金属均压环03的上下两个端面。为了实现两种绝缘介质之间的物理隔离，除了两端的支撑电极01和相应的绝缘环02之间需要密封连接外，每个绝缘环02和金属均压环03的接触表面均需要密封连接，图2中的密封连接采用O型密封圈04，所使用O型密封圈04的数量是绝缘环02数量的2倍。
[0004]目前，国际上最大尺寸的高压真空绝缘堆栈是美国Sandia国家实验室ZR装置绝缘堆栈，其外径约3.4m，高度约2.0m，分为A、B、C、D四层，其中A、B两层由6片厚度5.72cm绝缘环和5片厚度0.8cm金属均压环层叠组成，C、D两层由7片绝缘环和6片金属均压环组成。为了实现绝缘堆栈外侧去离子水和内侧真空的物理隔离，整个绝缘堆栈包含52个直径约3.3m的O型密封圈。随着Z箍缩装置电流和功率等级增大，真空绝缘堆栈的工作电压、外径、高度、层数随之增大，例如美国提出了一种Z箍缩聚变能源点火装置Z
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300，其绝缘堆栈工作电压大于7.7MV，直径约4.8m，高度大于5.2m，共通过6层组成，包含48片厚度5.72cm的高压绝缘环和44片厚度约0.95cm金属均压环，直径约4.7m的O型密封圈数量将达到96个。由此可见，随着Z箍缩装置电流和功率等级增大，高压真空绝缘堆栈面临了更多的问题，其结构复杂、密封环节多、装配难度大，已经成为制约下一代百太瓦级Z箍缩装置的瓶颈问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有层叠型高压真空绝缘堆栈存在的结构复杂、密封环节多、装配难度大的技术问题，而提供一种一体化高压真空绝缘堆栈。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术解决方案为：
[0007]一种一体化高压真空绝缘堆栈，其特征在于：包括同轴设置的一体化绝缘筒、多个金属均压环以及两个环形的支撑电极；
[0008]所述一体化绝缘筒为中空柱状结构；
[0009]所述两个支撑电极，即地电极和正高压电极分别密封连接于一体化绝缘筒的两端；
[0010]多个金属均压环沿轴向依次设置在一体化绝缘筒外壁上；所述金属均压环外侧壁悬浮在一体化绝缘筒外侧，使金属均压环3的一部分浸没在外部的液体绝缘介质中，其内侧壁嵌入一体化绝缘筒的内，未径向贯通一体化绝缘筒，使金属均压环并未浸没在真空中，避免了真空环境中强场作用下金属均压环表面电子发射问题；
[0011]进一步地，还包括两个O型密封圈；
[0012]所述两个支撑电极分别通过O型密封圈密封连接于一体化绝缘筒的两端。
[0013]进一步地，所述一体化绝缘筒内壁表面呈伞裙结构设置，用于增大真空侧沿面闪络距离，降低沿面平均电场；
[0014]进一步地，所述伞裙结构设置为45度。
[0015]进一步地，所述一体化绝缘筒内壁表面开设有宽度和深度为数十微米级的微槽，可以降低一体化绝缘筒内壁表面的二次电子发射系数。
[0016]进一步地，所述微槽通过激光刻蚀形成。
[0017]进一步地，所述金属均压环为圆周一体式结构，或者是由多个依次相连的片状结构圆周拼装的分体式结构。
[0018]本专利技术相比于现有技术的有益效果为：
[0019]1、本专利技术提供的一种一体化高压真空绝缘堆栈，创新性地将绝缘环设计为一体化绝缘筒，金属均压环的内侧壁镶嵌于一体化绝缘筒内，未径向贯通一体化绝缘筒壁，相比于现有的层叠型高压真空绝缘堆栈，结构简单，省去了层叠型高压真空绝缘堆栈多个绝缘环和金属均压环之间的真空密封环节，避免了密封故障和绝缘环、金属均压环交界面的微气隙击穿放电。
[0020]2、本专利技术提供的一种一体化高压真空绝缘堆栈，金属均压环的内侧壁镶嵌于一体化绝缘筒内，未径向贯通一体化绝缘筒壁，因此金属均压环并未浸没在真空中，相比于现有的层叠型高压真空绝缘堆栈，避免了真空环境强场作用下金属均压环表面的电子发射问题。
[0021]3、本专利技术创新性地提出了一体化高压真空绝缘堆栈，简化了高压真空绝缘堆栈的安装流程，提高了绝缘堆栈的运行维护效率和绝缘可靠性，在脉冲功率装置中具有重大应用前景。
[0022]4、本专利技术提供的一种一体化高压真空绝缘堆栈，一体化绝缘筒的内壁表面呈45
°
伞裙结构设置，增大了真空侧沿面绝缘距离，可以降低真空侧沿面的电场强度。
[0023]5、本专利技术提供的一种一体化高压真空绝缘堆栈，一体化绝缘筒内表面开设有宽度和深度为数十微米级的微槽，可以降低一体化绝缘筒内壁表面二次电子发射系数。
附图说明
[0024]图1为现有层叠型高压真空绝缘堆栈实施例的轴向剖视图；
[0025]图2为图1中A的局部放大图；
[0026]图3为本专利技术一体化高压真空绝缘堆栈实施例的轴向剖视图；
[0027]图4为图3中B的局部放大图；
[0028]图5为本专利技术一体化高压真空绝缘堆栈真空侧电场分布图；
[0029]图6为现有层叠型高压真空绝缘堆栈真空侧电场分布图；
[0030]图7为本专利技术一体化高压真空绝缘堆栈真空侧电场分布曲线图；
[0031]图8为现有层叠型高压真空绝缘堆栈真空侧电场分布曲线图。
[0032]现有层叠型真空绝缘堆栈具体附图标记如下：
[0033]01
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支撑电极；02
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绝缘环；03
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金属均压环；04
‑
O型密封圈；
[0034]本专利技术一体化高压真空绝缘堆栈具体附图标记如下：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化高压真空绝缘堆栈，其特征在于：包括同轴设置的一体化绝缘筒(2)、多个金属均压环(3)以及两个环形的支撑电极(1)；所述一体化绝缘筒(2)为中空柱状结构；所述两个支撑电极(1)分别密封连接于一体化绝缘筒(2)的两端；多个金属均压环(3)沿轴向依次设置在一体化绝缘筒(2)外壁上；所述金属均压环(3)外侧壁悬浮在一体化绝缘筒(2)外侧，其内侧壁嵌入一体化绝缘筒(2)内。2.根据权利要求1所述的一种一体化高压真空绝缘堆栈，其特征在于：还包括两个O型密封圈；所述两个支撑电极(1)分别通过O型密封圈密封连接于一体化绝缘筒(2)的两端。3.根据权利要求1或2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏浩，刘文元，吴撼宇，姜晓峰，姚伟博，杨森，邱爱慈，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：