專利名稱：高能脈沖氣體開關(guān)的石墨電極設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高電壓電工電器技術(shù)和脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高能脈沖氣體開
關(guān)的石墨電極設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
脈沖功率技術(shù)是指將較長時間內(nèi)存儲起來的具有較高密度的能量，進行快速壓縮、轉(zhuǎn)換或直接以很短的時間釋放能量給負(fù)載的電物理技術(shù)。開關(guān)器件在脈沖功率系統(tǒng)中占有特殊的地位，這是因為開關(guān)器件的參數(shù)和特性對脈沖的上升時間、幅值等產(chǎn)生最直接、最敏感的影響。對脈沖功率裝置而言，說它的性能由使用的開關(guān)的特性決定完全不過分。將儲能傳輸給負(fù)載的能力的任何進展，都是以成功地設(shè)計和研制各種各樣的脈沖大電流開關(guān)為前提的。 在強激光裝置、強磁場裝置、高功率微波、高能等離子體等脈沖功率技術(shù)的應(yīng)用場合，對開關(guān)的要求主要是能耐受高電壓、強電流、擊穿時延短而分散性小、電感和電阻小、電極燒蝕少，單次觸發(fā)導(dǎo)通的轉(zhuǎn)移電荷量大、可靠性高。例如，美國NIF(Naitional IgnitionFacility)裝置所使用的兩電極氣體開關(guān)，就要求工作于2. 0MJ的初級能源模塊中，能耐受24kV直流電壓而不發(fā)生自擊穿，能通過500kA的大電流，單次觸發(fā)導(dǎo)通的轉(zhuǎn)移電荷量達到150Cb (庫侖)，電極燒蝕率為100 g/Cb (微克每庫侖)，可靠導(dǎo)通次數(shù)在1500次以上無需維護和更換，價格低廉。 氣體開關(guān)具有響應(yīng)快、損耗小、承受電壓高、傳導(dǎo)電流大、穩(wěn)定性高、電感低、工作電壓調(diào)節(jié)方便、結(jié)構(gòu)簡單堅固、造價低等優(yōu)點，因此比較適合應(yīng)用在高能脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域。常見的氣體火花開關(guān)包括三電極場畸變火花開關(guān)、兩電極氣體火花開關(guān)等。高壓大電流領(lǐng)域的氣體開關(guān)導(dǎo)通會在其氣體間隙中產(chǎn)生強烈的電弧，電弧溫度隨著開關(guān)內(nèi)氣壓、電場強度、通過的電流大小等參數(shù)的變化可以達到幾千甚至幾萬攝氏度。高能脈沖開關(guān)一般不會采用帶觸發(fā)極的三電極結(jié)構(gòu)，因為在通過大電流時，觸發(fā)極燒蝕會非常嚴(yán)重，需要經(jīng)常維護，開關(guān)的可靠使用壽命很短。 過去國內(nèi)大量使用傳統(tǒng)金屬材料，例如銅、銅鎢合金制作高能脈沖開關(guān)的電極。事實上石墨已經(jīng)成為當(dāng)前應(yīng)用越來越廣泛的電極材料。石墨相對于銅等金屬材料的優(yōu)勢主要有以下幾點 (1)石墨的機械加工速度快。通常情況下，使用數(shù)控設(shè)備加工石墨材料能比加工同樣的銅材快2至5倍。 (2)石墨重量輕，其密度為1. 7 1. 9克每立方厘米，只有銅的1/5。 (3)石墨只有氣、固兩相，其升華溫度為365(TC，熱膨脹系數(shù)僅有銅的1/30 ;而銅
的軟化點在IOO(TC左右，容易因受熱發(fā)生變形；銅和銅鎢合金材料由于存在液相，容易發(fā)
生電極燒蝕噴濺，液化冷卻后會在電極表面形成凹坑或突起，破壞電極表面場強均勻性。 因此，采用純石墨電極的氣體開關(guān)是應(yīng)用于高能脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域的一個新型器
件，本發(fā)明所涉及的內(nèi)容即為此型開關(guān)的電極設(shè)計方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對強激光裝置、強磁場裝置、高功率微波、高能等離子體等需要
脈沖功率技術(shù)的工程應(yīng)用場合，提出一種高能脈沖氣體開關(guān)的石墨電極設(shè)計方法，該方法可以根據(jù)特定的工程技術(shù)要求(包括能量等級、工作電壓、單次轉(zhuǎn)移電荷量大小、可靠導(dǎo)通次數(shù))，設(shè)計滿足該要求的氣體開關(guān)重要參數(shù)(包括電極半徑、高度等機械尺寸、氣體間隙距離、氣壓調(diào)整策略等)。 本發(fā)明提供的一種高能脈沖氣體開關(guān)的石墨電極設(shè)計方法，其特征在于，該方法包括下述步驟 第1步根據(jù)工程技術(shù)要求，確定預(yù)期使用壽命N次，自擊穿電壓Ub，工作溫度tt:，單次轉(zhuǎn)移電荷量Q; 第2步選擇平均粒徑小于等于3、肖氏硬度大于等于70的石墨材料，并獲取該石墨材料的密度P和電極燒蝕率Sm兩個參數(shù)； 第3步初步設(shè)定石墨電極的半徑R，一對石墨電極構(gòu)成的初始氣體間隙距離d。，以及電極初始有效高度h。； 第4步利用(公式I)計算在預(yù)期使用壽命N內(nèi)氣體間隙距離d，利用(公式II)計算在預(yù)期使用壽命N內(nèi)石墨電極有效高度H;利用(公式III)計算在預(yù)期使用壽命N內(nèi)氣體開關(guān)內(nèi)部維持自擊穿電壓Ub基本不變需要設(shè)置的內(nèi)部充氣氣壓P，
d = d。+2XAh (公式I) 第5步判斷下述三個條件是否全部滿足，如果是，轉(zhuǎn)入第7步，否則，進入第6步； 條件1 :氣體間隙距離(d-d。)/d。大于等于50% ; 條件2 :H > 0 ; 條件3 :P大于1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓； 氣體間隙距離(d-d。) /d。大于等于50% 第6步對于第5步中不滿足的條件按下述要求進行處理，然后轉(zhuǎn)入第4步條件1不滿足，增大R、d。和h。中的至少一個；條件2不滿足，增大電極初始有效高度h。；條件3不滿足，增大石墨電極的半徑R和增大初始氣體間隙距離d。中的至少一個；
第7步采用得到的石墨電極的參數(shù)d、H、R設(shè)計石墨電極。 本發(fā)明提出，只要已知脈沖儲能放電裝置工程設(shè)計要求中開關(guān)導(dǎo)通的單次轉(zhuǎn)移電荷量、工作電壓、工作室溫、可靠導(dǎo)通次數(shù)，以及石墨電極所選石墨材料的密度和燒蝕率，就可以按照本發(fā)明給出的設(shè)計步驟確定氣體開關(guān)電極的關(guān)鍵參數(shù)。 使用本發(fā)明提出的設(shè)計方法，可以有科學(xué)依據(jù)地針對不同大功率高能脈沖放電裝置設(shè)計和制造相應(yīng)的兩電極石墨型氣體開關(guān)，也可以用于計算檢驗?zāi)承褪姌O氣體開關(guān)是否適合工作于某個特定的脈沖儲能放電裝置，從而避免了研制氣體開關(guān)過程中的盲目
4性，也避免了建立相同參數(shù)的試驗平臺長時間測試的傳統(tǒng)工程方法，節(jié)省大量的人力、財力和物力。
圖l是本發(fā)明所涉及的氣體開關(guān)石墨電極的截面圖；圖中，1是石墨電極，2是電極安裝夾具，3是電極座，d是氣體間隙距離，H是電極有效高度，R是石墨電極半徑，d、H、 R是電極設(shè)計中需要解決的關(guān)鍵參數(shù)。
具體實施例方式
下面結(jié)合圖對本發(fā)明作進一步說明。 本發(fā)明提出，石墨材料用于制作高能脈沖氣體開關(guān)電極需要注意以下兩點 (1)選用高密度高硬度且各向同性超細顆粒石墨材料。對于需要通過數(shù)百kA級峰
值電流的電極用石墨，其平均粒徑應(yīng)該不高于3，肖氏硬度應(yīng)不低于70。
(2)石墨比銅要脆，因此石墨電極形狀的設(shè)計應(yīng)盡量避免銳角邊緣，否則在大電流
造成的巨大沖擊電動力作用下容易造成石墨崩角。對于不可避免的銳角邊緣，應(yīng)該加強電
極的緊固并考慮減震措施。 本發(fā)明提出，高能脈沖開關(guān)的上、下石墨彼此相對的面要滿足等電場面的設(shè)計，以保證上、下石墨電極共同構(gòu)成的氣體間隙在外施直流高壓后電場強度處處相等。這是因為，兩電極氣體開關(guān)通常采用指令性觸發(fā)導(dǎo)通模式工作。觸發(fā)指令是由一個高壓脈沖裝置，例如脈沖變壓器、Marx發(fā)生器、點火線圈等，產(chǎn)生一個上升時間較短、峰值電壓很高的脈沖波。兩電極氣體開關(guān)的上、下石墨電極共同構(gòu)成一個氣體間隙。外施直流高壓后，氣體間隙可等效為一個平行板均勻電場，電場強度處處相等。這樣，當(dāng)觸發(fā)指令產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖施加到氣體開關(guān)間隙上后，只要這個氣體間隙的某個地方出現(xiàn)一個有效電子，就可使間隙觸發(fā)擊穿。而放電點的位置隨著有效電子出現(xiàn)點的位置變化，隨機均勻分布在整個電極表面，這種表面形狀的電極壽命和觸發(fā)特性是最好的。否則，開關(guān)導(dǎo)通時的電弧起弧點就會集中于電極表面的某些地方，多次導(dǎo)通之后，將嚴(yán)重?zé)g電極局部，不利于延長電極使用壽命。具體實施可以采用羅戈夫斯基(Rogowski)電極或布魯斯(Bruse)電極，如加工條件和精度限制，也可以采用倒圓角電極。 在石墨電極等電場面設(shè)計的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出的電極設(shè)計方法還基于以下兩個經(jīng)試驗證明的事實(事實1)石墨燒蝕過程主要是固相向氣相的轉(zhuǎn)化，即升華；(事實2)單次轉(zhuǎn)移電荷量大于25Cb的高轉(zhuǎn)移電荷量放電時，石墨電極燒蝕點的質(zhì)量損耗(即燒蝕速率Erosion rate)與且只與轉(zhuǎn)移電荷量呈線性增減關(guān)系。 本發(fā)明提出，設(shè)計氣體開關(guān)石墨電極需要確定的關(guān)鍵參數(shù)包括電極半徑R(或直徑)、氣體間隙距離d(或電極端面間距)、電極有效高度H、開關(guān)內(nèi)部充氣氣壓設(shè)置。
本發(fā)明還提出，要確定上述關(guān)鍵參數(shù)，需要已知脈沖儲能放電裝置工程設(shè)計要求中開關(guān)導(dǎo)通的單次轉(zhuǎn)移電荷量、工作電壓、工作室溫、可靠導(dǎo)通次數(shù)，以及石墨電極所選石墨材料的密度和燒蝕率，就可以按照接下來要推導(dǎo)的設(shè)計理論有步驟地計算確定圖1中所示的氣體開關(guān)石墨電極的關(guān)鍵參數(shù)氣體間隙距離d，電極有效高度H，石墨電極半徑R。
以下是本發(fā)明的設(shè)計理論闡述。
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—般來說，電極的燒蝕是電極表面和表面下層的能量集中釋放而引起電極材料熔化和汽化的結(jié)果，理論上，電極材料的燒蝕體積可分為兩部分，由下式給出
ve = kmvm+kvvv (公式1) 其中vm為電極的熔化體積，vv為電極的汽化體積，km和kv分別為熔化和汽化因子。
當(dāng)km = 1且kv = 0時為電極材料完全通過液化方式燒蝕的極端情況；當(dāng)km = 0且kv = 1
時為電極材料完全通過汽化方式燒蝕(純氣相侵蝕)的極端情況。(公式l)同樣適合于對燒蝕質(zhì)量的相關(guān)分析中。 由于上、下兩石墨電極構(gòu)成的氣體間隙為處處電場強度相等的等電場面，因此可以認(rèn)為電極發(fā)生放電的有效面積是一個等效半徑為R的圓，電極放電后會發(fā)生燒蝕的區(qū)域面積是 S = Ji R2 (公式2) 由于(事實2)，石墨電極燒蝕點的質(zhì)量損耗與且只與轉(zhuǎn)移電荷量呈線性增減關(guān)系，假設(shè)氣體開關(guān)每導(dǎo)通一次通過的轉(zhuǎn)移電荷量為Q(單位Cb)，每庫侖轉(zhuǎn)移電荷造成的石墨電極燒蝕率是Sm(單位g/Cb)，那么石墨電極每使用一次所損失的質(zhì)量Am可以表示成 Am=SmXQ (Q > 25Cb)(公式3) 石墨材料的密度用P表示，這個值通常在1. 7g/cm3 1. 9g/cm3之間，不同標(biāo)號的石墨材料密度略有不同。由于(事實l)石墨燒蝕主要是固相至氣相的轉(zhuǎn)化，結(jié)合(公式l)，有 Av =—=——^ (公式4) 其中Av是每次導(dǎo)通放電后石墨電極的燒蝕體積。 對于設(shè)計成等電場面的石墨電極來說，放電點的位置是均勻分布在整個電極表面的，多次導(dǎo)通后(假設(shè)導(dǎo)通放電次數(shù)N)，燒蝕點也是均勻分布在整個電極表面的，因此電極表面各處燒蝕的質(zhì)量損失也是均勻的，電極表面因燒蝕造成的高度變化也應(yīng)該是均勻的，這個高度變化用Ah表示，此時有以下等式成立
SXAh = NXAv (公式5) 將(公式4)代入(公式5)，可得 <formula>formula see original document page 6</formula>(公式6) 進一步的，將(公式2)代入式(公式6)，可得 <formula>formula see original document page 6</formula>(公式7) 顯然的，Ah增加意味著兩電極開關(guān)的氣體間隙距離將變大，假設(shè)一個初始狀態(tài)
的、全新的石墨型氣體開關(guān)的設(shè)計氣體間隙距離是d。，石墨電極的有效高度用H表示，初始
值是h。，使用這個開關(guān)N次后，氣體間隙距離將變成 d = d。+2 X A h (公式8) 而石墨電極的有效高度將變成 H = h。_ A h (公式9)
氣體間隙距離的變大將導(dǎo)致開關(guān)直流耐壓靜態(tài)特性發(fā)生明顯變化，而氣體開關(guān)工作狀況下的直流耐壓靜態(tài)特性是事先設(shè)定的設(shè)計值。因此，必須對氣體開關(guān)的內(nèi)部充氣氣壓作出相應(yīng)調(diào)整，以維持氣體開關(guān)工作狀況下的直流耐壓靜態(tài)特性不變。令Ub是反映氣體間隙直流耐壓靜態(tài)特性的自擊穿電壓，d是氣體間隙距離，x是氣體的相對密度，本發(fā)明使用下述可定量計算公式反映Ub和cU之間的關(guān)系
K =+萬。# (公式10) 其中A。和B。是常數(shù)，Ub單位為kV， d的單位為cm。石墨電極氣體開關(guān)內(nèi)部是充干燥空氣的，此時x可表示成 7 = ^77 (公式11) 其中，P是氣壓(kPa) ， t是攝氏溫度。將(公式7)、(公式8)和(公式11)代入(公式IO)，可以得到
2xWx^附xg) 2.89P 「 2xWx^附xg) 2.89P
t/ H--;- X--1" & X J t/ H--;- X- f/A = A
， " ；riTx/ j+ f " 、" ；riT x/ j 273+ f
(公式12)[ooee](公式12)可以簡記為 F(d。， Sm， R， P ， Q， N， P， t， Ub) = 0 (公式13)(公式13)表明，在參數(shù)d。， Sm， R， p ， Q， N， P， t， Ub中，任何一個參數(shù)未知，都可以根據(jù)其余已知參數(shù)計算出未知參數(shù)。至此完成本發(fā)明的理論推導(dǎo)。 當(dāng)氣體開關(guān)的dx值不是很大(不超過1()SpaXcm量級)時，(公式12)中可以取A0 = 24. 5， B0 = 6. 4。 由以上分析，可給出本發(fā)明涉及的高能脈沖氣體開關(guān)純石墨電極的設(shè)計步驟
步驟(1)根據(jù)工程技術(shù)要求，確定預(yù)期使用壽命N(次)，自擊穿電壓Ub，工作溫度tCC)，單次轉(zhuǎn)移電荷量Q; 步驟(2)選擇石墨材料(要求石墨材料的平均粒徑小于等于3，肖氏硬度大于等于70)，獲取該石墨材料的密度P和電極燒蝕率Sm兩個參數(shù)； 步驟(3)初步確定石墨電極的半徑R， 一對石墨電極構(gòu)成的初始氣體間隙距離d。，以及電極初始有效高度h。； 步驟(4)由(公式8)計算在預(yù)期使用壽命N內(nèi)氣體間隙距離d，本發(fā)明建議氣體開關(guān)使用N次后，氣體間隙距離d增大不超過d。的50X為宜，否則回到(步驟3)增大石墨電極的半徑R或者增大初始氣體間隙距離d。； 步驟(5)由(公式9)計算在預(yù)期使用壽命N內(nèi)石墨電極有效高度H，氣體開關(guān)使用N次后，石墨電極有效高度應(yīng)滿足HX)，否則回到(步驟3)增大電極初始有效高度h。；
步驟(6)由(公式12)計算在預(yù)期使用壽命N內(nèi)氣體開關(guān)內(nèi)部維持自擊穿電壓Ub基本不變需要設(shè)置的內(nèi)部充氣氣壓，氣體開關(guān)使用N次后，維持自擊穿電壓Ub基本不變的氣壓應(yīng)該是正壓，在101.3kPa(即l個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)以上，否則回到(步驟3)增大石墨電極的半徑R或者增大初始氣體間隙距離d。。
步驟(7)完成后，即完成了石墨電極的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計。
上述步驟(4) 、 (5)和(6)順序可以互換。
接下來給出一個高能脈沖氣體開關(guān)的石墨電極設(shè)計實例 某大型激光裝置的初級能源模塊工程技術(shù)要求為，使用總電容量4400 F的儲能電容器組，工作時充電至23. 5kV電壓，石墨電極氣體開關(guān)要求能通過峰值320kA，脈寬500 s的臨界阻尼脈沖電流波，直流靜態(tài)擊穿電壓為工作電壓兩倍即47kV，現(xiàn)場工作條件溫度為2(TC，氣體開關(guān)可靠使用壽命要求能達到工況下導(dǎo)通1500次以上無故障。
(步驟1)從上述工程技術(shù)要求，由本發(fā)明提出的設(shè)計方法，在參數(shù)d。， S m， R， p ，Q， N， P， t， Ub中，預(yù)期使用壽命在N > 1500次，自擊穿電壓Ub = 47kV， t = 2(TC，且可計算出開關(guān)的單次轉(zhuǎn)移電荷量，即 Q = C U = 4400 ii FX 23. 5kV = 103. 4Cb(步驟2)設(shè)計石墨電極必先選用石墨電極型材，假設(shè)選用某石墨材料，密度P=1.77g/cm3(石墨材料的密度通常在1.7g/cm3 1.9g/cm3之間)，電極燒蝕率Sm =1. 5X 10—4g/Cb(廠家提供或者試驗測定)，了解這兩個參數(shù)對電極設(shè)計十分重要，且所選石墨材料的電極燒蝕率Sm應(yīng)越低越好。(步驟3)接下來確定電極的機械尺寸R，初始氣體間隙距離d。，以及電極初始有效高度h。，可以設(shè)石墨電極半徑R = 3. Ocm，初始氣體間隙距離d。 = 0. 4cm，電極初始有效高度h。 = 2. 6cm。(步驟4)利用計算機進行數(shù)值計算，依步驟3所設(shè)機械尺寸參數(shù)和(公式8)，氣體開關(guān)使用1500次后，氣體間隙距離d " 1. 3cm，達到了 d。 = 0. 4cm的3倍，超出了本發(fā)明建議的50%限制，因此回到(步驟3)，增大石墨電極半徑R或者初始氣體間隙距離d。，修改后的尺寸R = 5. Ocm， d。 = 0. 8cm，再次按(公式8)計算可得氣體開關(guān)使用1500次后，氣體間隙距離d " 1. 13cm，增加了 0. 33cm，即40%，滿足本發(fā)明建議的50%限制。[OOSS](步驟5)完成步驟4后，依修改后的R = 5. 0cm， d。 = 0. 8cm，按(公式9)進行數(shù)值計算，可得氣體開關(guān)使用1500次后，石墨電極有效高度H從初始值2. 6cm變?yōu)?. 4cm，滿足本發(fā)明提出的HX)條件。(步驟6)完成步驟5后，依修改后的R = 5. Ocm， d。 = 0. 8cm，取A。 = 24. 5， B。=6.4，按(公式12)解方程進行計算機數(shù)值計算，可得氣體開關(guān)使用1500次后，維持自擊穿電壓Ub = 47kV基本不變的氣壓大約是1. 4個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，滿足本發(fā)明提出的大于1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的要求，至此完成設(shè)計。 因此，要設(shè)計前述某大型激光裝置的初級能源模塊的工程技術(shù)要求，選擇密度P=1. 77g/cm3，電極燒蝕率Sm = 1.5X10—V/Cb的石墨材料，所設(shè)計氣體開關(guān)的尺寸可以是石墨電極半徑R = 5. Ocm，初始氣體間隙距離d。 = 0. 8cm，電極初始有效高度h。 = 2. 6cm。
本發(fā)明提出的高能脈沖氣體開關(guān)的純石墨電極設(shè)計方法，可以在已知工程技術(shù)要求的情況下，把握關(guān)鍵參數(shù)要求，科學(xué)地、方便地依步驟設(shè)計相應(yīng)的石墨電極。
以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
一種高能脈沖氣體開關(guān)的石墨電極設(shè)計方法，其特征在于，該方法包括下述步驟第1步根據(jù)工程技術(shù)要求，確定預(yù)期使用壽命N次，自擊穿電壓Ub，工作溫度t℃，單次轉(zhuǎn)移電荷量Q；第2步選擇平均粒徑小于等于3、肖氏硬度大于等于70的石墨材料，并獲取該石墨材料的密度ρ和電極燒蝕率δm兩個參數(shù)；第3步初步設(shè)定石墨電極的半徑R，一對石墨電極構(gòu)成的初始氣體間隙距離d0，以及電極初始有效高度h0；第4步利用(公式I)計算在預(yù)期使用壽命N內(nèi)氣體間隙距離d，利用(公式II)計算在預(yù)期使用壽命N內(nèi)石墨電極有效高度H；利用(公式III)計算在預(yù)期使用壽命N內(nèi)氣體開關(guān)內(nèi)部維持自擊穿電壓Ub基本不變需要設(shè)置的內(nèi)部充氣氣壓P，d＝d0+2×Δh(公式I)其中， <mrow><mi>Δh</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>N</mi><mo>×</mo><mi>δm</mi><mo>×</mo><mi>Q</mi> </mrow> <mrow><mi>π</mi><msup> <mi>R</mi> <mn>2</mn></msup><mo>×</mo><mi>ρ</mi> </mrow></mfrac> </mrow>H＝h0-Δh(公式II) <mrow><msub> <mi>U</mi> <mi>b</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>A</mi> <mn>0</mn></msub><mo>×</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>d</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <mi>Δh</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><mfrac> <mrow><mn>2.89</mn><mi>P</mi> </mrow> <mrow><mn>273</mn><mo>+</mo><mi>t</mi> </mrow></mfrac><mo>+</mo><msub> <mi>B</mi> <mn>0</mn></msub><mo>×</mo><msqrt> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>d</mi> <mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mn>2</mn><mi>Δh</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>×</mo> <mfrac><mrow> <mn>2.89</mn> <mi>P</mi></mrow><mrow> <mn>273</mn> <mo>+</mo> <mi>t</mi></mrow> </mfrac></msqrt> </mrow>(公式III)第5步判斷下述三個條件是否全部滿足，如果是，轉(zhuǎn)入第7步，否則，進入第6步；條件1氣體間隙距離(d-d0)/d0大于等于50％；條件2H＞0；條件3P大于1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；氣體間隙距離(d-d0)/d0大于等于50％第6步對于第5步中不滿足的條件按下述要求進行處理，然后轉(zhuǎn)入第4步條件1不滿足，增大R、d0和h0中的至少一個；條件2不滿足，增大電極初始有效高度h0；條件3不滿足，增大石墨電極的半徑R和增大初始氣體間隙距離d0中的至少一個；第7步采用得到的石墨電極的參數(shù)d、H、R設(shè)計石墨電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高能脈沖氣體開關(guān)的石墨電極設(shè)計方法，該方法只要已知脈沖儲能放電裝置工程設(shè)計要求中開關(guān)導(dǎo)通的單次轉(zhuǎn)移電荷量、工作電壓、工作室溫、可靠導(dǎo)通次數(shù)，以及石墨電極所選石墨材料的密度和燒蝕率，就可以按照本發(fā)明給出的設(shè)計步驟確定氣體開關(guān)電極的關(guān)鍵參數(shù)。使用本發(fā)明提出的設(shè)計方法，可以有科學(xué)依據(jù)地針對不同大功率高能脈沖放電裝置設(shè)計和制造相應(yīng)的兩電極石墨型氣體開關(guān)，也可以用于計算檢驗?zāi)承褪姌O氣體開關(guān)是否適合工作于某個特定的脈沖儲能放電裝置，從而避免了研制氣體開關(guān)過程中的盲目性，也避免了建立相同參數(shù)的試驗平臺長時間測試的傳統(tǒng)工程方法，節(jié)省大量的人力、財力和物力。
文檔編號H01T1/22GK101777730SQ201010142769
公開日2010年7月14日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者何孟兵, 張欽, 戴玲, 李化, 李黎, 林福昌, 王燕 申請人:華中科技大學(xué)