本發(fā)明屬于x射線，具體涉及一種x射線源高壓絕緣結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、x射線源是產(chǎn)生x射線的裝置，由x射線管、高壓電源和控制電路組成。在x射線管中，電子槍發(fā)射出的電子，經(jīng)過(guò)高壓電場(chǎng)加速后，轟擊陽(yáng)極靶材，產(chǎn)生x射線。高壓電源將低壓直流電通過(guò)濾波、逆變、初步升壓、倍壓整流等一系列操作后，轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐绷麟?，提供給x射線管。控制電路通過(guò)控制輸入的低壓直流電來(lái)間接控制高壓電源的工作過(guò)程，同時(shí)控制x射線源的工作過(guò)程。高壓電源的電路結(jié)構(gòu)包括濾波電路、逆變電路、變壓器升壓電路和倍壓整流電路；其中，濾波電路、逆變電路和變壓器升壓電路通常與控制電路共同設(shè)計(jì)在一塊電路板上，單獨(dú)放置于x射線管外側(cè)；由于倍壓整流電路在工作時(shí)，需要將輸入的交流電逐步升高為高壓直流電，通常需要單獨(dú)放置于絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)，避免高壓對(duì)低壓端拉弧放電，損壞高壓電路。變壓器升壓電路輸出的交流電通過(guò)設(shè)置于絕緣結(jié)構(gòu)外側(cè)的高壓輸入電極，與絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)的倍壓整流電路連接。高壓電源工作時(shí)產(chǎn)生的高壓直流電加載于x射線管的陽(yáng)極靶上，從而在x射線管內(nèi)產(chǎn)生高壓電場(chǎng)。

2、高壓電源作為x射線源的核心部件，其性能的穩(wěn)定與否直接決定了x射線源性能的優(yōu)劣。一方面，高壓電源輸出的高壓直流電范圍從幾千伏至幾百千伏，并能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，這就要求高壓電源有足夠的耐壓，避免拉弧放電損壞。另一方面，高壓電源的體積直接影響x射線源的體積，x射線源的體積越小，在運(yùn)輸、安裝和使用時(shí)會(huì)具有更大的優(yōu)勢(shì)。因此，在足夠小的體積內(nèi)，為x射線管提供足夠高的穩(wěn)定高壓是高壓電源一直尋求突破的技術(shù)問(wèn)題。而高壓電源的絕緣結(jié)構(gòu)性能又直接決定著高壓電源的穩(wěn)定性。

3、x射線源的體積還受到其功率限制。x射線源的功率越大，高壓電源和x射線管的體積也越大，同時(shí)產(chǎn)生的熱量也越多。通過(guò)提高x射線源的散熱能力，使其能穩(wěn)定工作。因此，對(duì)于集成式的x射線源，體積小、重量輕、絕緣耐壓性好、散熱快的高壓電源是x射線源行業(yè)共同追求的目標(biāo)。

4、現(xiàn)有x射線發(fā)射裝置中，高壓絕緣結(jié)構(gòu)通常采用絕緣灌封的方式，將倍壓整流電路灌封成一個(gè)整體。比如中國(guó)專利cn111937498a、cn111955056a和cn110574137b中都提到一種高壓絕緣結(jié)構(gòu)，采用環(huán)氧樹(shù)脂灌封的方式，將倍壓整流電路封裝在一個(gè)固體絕緣塊內(nèi)，然后在固體絕緣塊的上部安裝金屬殼體，在金屬殼體內(nèi)再安裝x射線管，并在x射線管和殼體之間填充液態(tài)絕緣介質(zhì)。這種將倍壓整流電路灌封為一體的結(jié)構(gòu)可以縮小整體的體積，提高集成度，但是也存在以下幾方面的問(wèn)題：第一，倍壓整流電路一旦出故障，將不可拆卸，不可檢修，增加x射線源的維修成本；第二，這種灌封方式極易在灌封體內(nèi)形成低真空氣泡，造成帕型放電，損壞倍壓整流電路；第三，固態(tài)絕緣材料的導(dǎo)熱性差，熱量難以快速傳導(dǎo)出固體絕緣塊，導(dǎo)致熱量堆積，增加倍壓整流電路損壞風(fēng)險(xiǎn)。

5、灌封材料除了采用環(huán)氧樹(shù)脂以外，還可以采用具有一定彈性的硅橡膠作為灌封材料。比如，在中國(guó)專利cn206259315u中公開(kāi)了一種x射線管及高壓絕緣結(jié)構(gòu)，采用具有一定彈性的硅橡膠作為灌封材料，將x射線管和倍壓整流電路一起灌封于一個(gè)金屬殼體內(nèi)，只在金屬殼體側(cè)壁留出x射線出射口。這種結(jié)構(gòu)雖然有效地提高了集成度，縮小了體積，但同樣會(huì)導(dǎo)致以下問(wèn)題：第一，灌封結(jié)構(gòu)內(nèi)易出現(xiàn)低直空氣泡，引起帕型放電，易損壞倍壓整流電路；第二，硅橡膠具有彈性，受熱發(fā)生膨脹變形，會(huì)在倍壓整流電路和x射線管與硅橡膠相接觸處形成微小空腔，引起帕型放電，降低x射線源的穩(wěn)定性；第三，硅橡膠散熱能力差，熱量堆積，造成x射線管陽(yáng)極端附近局部溫度高，降低x射線源的穩(wěn)定性。

6、為了避免固體灌封材料導(dǎo)致的帕型放電問(wèn)題，可以采用液態(tài)絕緣介質(zhì)填充倍壓整流電路和x射線管周圍空隙。又比如，在中國(guó)專利cn210668257u和cn210668263u中公開(kāi)了一種高壓x射線源高壓絕緣結(jié)構(gòu)，與專利cn206259315u相比，只是將硅橡膠灌封材料換成了液態(tài)絕緣油，但是外殼都是直接采用鋁合金或者不銹鋼等金屬殼。這種結(jié)構(gòu)要求金屬殼的內(nèi)腔體積較大，并且要求金屬殼內(nèi)腔體側(cè)壁平整光滑。一方面，液態(tài)絕緣油會(huì)隨著x射線源的長(zhǎng)時(shí)間工作而劣化，導(dǎo)致絕緣耐壓降低，若倍壓整流電路和x射線管距離金屬內(nèi)腔體側(cè)壁絕緣間距不夠，則會(huì)導(dǎo)致耐壓不足，降低x射線源穩(wěn)定性；另一方面，金屬殼內(nèi)腔體表面若不夠平整光滑，在高壓電源電場(chǎng)作用下，會(huì)發(fā)生金屬尖端微放電，引起拉弧放電，加速絕緣油劣化；微放電嚴(yán)重的甚至?xí)苯訉?dǎo)致高壓擊穿，損壞高壓電源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有x射線源高壓絕緣結(jié)構(gòu)中金屬殼的體積較大、易發(fā)生金屬尖端微放電劣化絕緣介質(zhì)的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種x射線源高壓絕緣結(jié)構(gòu)，采用絕緣工程塑料材質(zhì)的高壓絕緣筒，相比于金屬殼，可縮小絕緣筒體積，在承受較高的絕緣耐壓的同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生微尖端放電劣化絕緣介質(zhì)，有助于提升x射線源的散熱效率和穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、一種x射線源高壓絕緣結(jié)構(gòu)，包括高壓絕緣筒1，套接在高壓絕緣筒1上端的金屬散熱筒2，位于高壓絕緣筒1底部的密封底板3，以及設(shè)置于高壓絕緣筒1外側(cè)壁的膨脹形變裝置5；

4、其中，所述高壓絕緣筒1的側(cè)壁開(kāi)有第一通孔11和第二通孔12，第一通孔11與膨脹形變裝置5連接；所述高壓絕緣筒1的內(nèi)部為圓柱形空腔，被劃分為相連通的上空腔與下空腔；所述下空腔內(nèi)放置倍壓整流電路6；所述金屬散熱筒2與高壓絕緣筒1同軸，其內(nèi)部為圓柱形空腔，由金屬散熱筒2與上空腔構(gòu)成的空間內(nèi)放置x射線管7；所述倍壓整流電路6的輸入電極嵌入第二通孔12中，電壓輸出端62與x射線管7的陽(yáng)極72電氣連接；所述金屬散熱筒2與高壓絕緣筒1之間，高壓絕緣筒1與密封底板3之間，以及x射線管7的外殼71與金屬散熱筒2之間，均通過(guò)對(duì)應(yīng)相配合的密封槽和密封圈完成密封；在放置倍壓整流電路6和x射線管7后的高壓絕緣筒1的內(nèi)部填充絕緣介質(zhì)；所述高壓絕緣筒1的材質(zhì)為絕緣工程塑料。

5、進(jìn)一步地，所述高壓絕緣筒1的材質(zhì)具體為聚酰胺（pa）、聚碳酸酯（pc）、聚甲醛（pom）、聚苯醚（ppo）、聚酯（pbt）、聚苯硫醚（pps）或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（pbt）等。

6、進(jìn)一步地，所述x射線源高壓絕緣結(jié)構(gòu)還包括包覆于高壓絕緣筒1外壁的金屬箔9。

7、進(jìn)一步地，所述金屬箔9的上端與金屬散熱筒2的下端外側(cè)電氣連接，金屬箔9的下端與密封底板3電氣連接。

8、進(jìn)一步地，所述金屬箔9為導(dǎo)電的金屬薄膜，具體材質(zhì)為銅或者鋁。

9、進(jìn)一步地，所述絕緣介質(zhì)為液態(tài)絕緣介質(zhì)。

10、進(jìn)一步地，所述液態(tài)絕緣介質(zhì)為變壓器油，具體為45號(hào)變壓器油、10號(hào)變壓器油或25號(hào)變壓器油等。

11、進(jìn)一步地，所述x射線源高壓絕緣結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置于金屬箔9周圍的多根金屬拉桿4，金屬拉桿4的上端通過(guò)緊固件與金屬散熱筒2連接，下端通過(guò)緊固件與密封底板3連接。

12、進(jìn)一步地，所述高壓絕緣筒1的上頂面18與金屬散熱筒2的上頂面22間距20~50mm。

13、進(jìn)一步地，所述膨脹形變裝置5包括碗狀膨脹形變結(jié)構(gòu)51和固定環(huán)52；其中，碗狀膨脹形變結(jié)構(gòu)51包括嵌入第一通孔11的中間凹陷部分53，以及設(shè)置在中間凹陷部分53周圍的翻沿54；在翻沿54、固定環(huán)52和高壓絕緣筒1側(cè)壁設(shè)置多組組合孔55，各組組合孔55同軸；碗狀膨脹形變結(jié)構(gòu)51置于固定環(huán)52與高壓絕緣筒1外側(cè)壁之間，通過(guò)緊固件實(shí)現(xiàn)翻沿54與高壓絕緣筒1外側(cè)壁的緊密貼合。

14、進(jìn)一步地，所述組合孔55中位于高壓絕緣筒1側(cè)壁的孔為螺孔。

15、進(jìn)一步地，所述碗狀膨脹形變結(jié)構(gòu)51的材質(zhì)為彈性材料，具體為橡膠。

16、進(jìn)一步地，所述液態(tài)絕緣介質(zhì)在從室溫升溫至所需最大溫度時(shí)產(chǎn)生的膨脹體積，小于碗狀膨脹形變結(jié)構(gòu)51的形變體積。

17、進(jìn)一步地，所述高壓絕緣筒1的外側(cè)壁形狀為圓柱形時(shí)，在外側(cè)壁設(shè)置圓形下沉平面17，第一通孔11位于圓形下沉平面17中心，并在第一通孔11周圍設(shè)置與組合孔55對(duì)應(yīng)的螺孔56；碗狀膨脹形變結(jié)構(gòu)51置于固定環(huán)52與圓形下沉平面17之間，通過(guò)緊固件實(shí)現(xiàn)翻沿54與圓形下沉平面17的緊密貼合。

18、進(jìn)一步地，所述電壓輸出端62與x射線管7的陽(yáng)極72通過(guò)連接線電氣連接，所述連接線具體為金屬?gòu)椈?。

19、進(jìn)一步地，所述高壓絕緣筒1的內(nèi)部底端設(shè)置內(nèi)臺(tái)階15，倍壓整流電路6的底面設(shè)置第一卡盤61，在第一卡盤61外側(cè)邊緣以及內(nèi)臺(tái)階15上設(shè)置多組組合沉孔151，通過(guò)緊固件實(shí)現(xiàn)第一卡盤61與內(nèi)臺(tái)階15的連接固定。

20、進(jìn)一步地，所述高壓絕緣筒1的內(nèi)部設(shè)置隔板13；其中，隔板13的下平面中間為內(nèi)陷平面131，用于輔助固定倍壓整流電路6；隔板13的中心開(kāi)有第三通孔132，用于穿過(guò)連接線；第三通孔132周圍開(kāi)有多個(gè)第四通孔133，以供上空腔與下空腔內(nèi)液態(tài)絕緣介質(zhì)的流通。

21、進(jìn)一步地，所述倍壓整流電路6的周圍設(shè)置與高壓絕緣筒1的內(nèi)壁相匹配的第二卡盤63，用于輔助固定倍壓整流電路6，并在第二卡盤63上開(kāi)有多個(gè)第五通孔64，以供上空腔與下空腔內(nèi)液態(tài)絕緣介質(zhì)的流通。

22、進(jìn)一步地，所述金屬散熱筒2的外側(cè)壁設(shè)置多個(gè)翅片散熱槽21，用于增大金屬散熱筒2的散熱面積。

23、進(jìn)一步地，所述高壓絕緣筒1的外側(cè)壁形狀為正方形底面的長(zhǎng)方體，或圓柱形。

24、進(jìn)一步地，所述高壓絕緣筒1的外側(cè)壁形狀為長(zhǎng)方體時(shí)，金屬拉桿4的總根數(shù)為4，分別嵌入長(zhǎng)方體外側(cè)壁的4條棱。

25、進(jìn)一步地，所述高壓絕緣筒1的外側(cè)壁形狀為圓柱形時(shí)，金屬拉桿4的外形為圓柱形。

26、進(jìn)一步地，所述高壓絕緣筒1中與金屬散熱筒2相套接的上端部分的外側(cè)壁尺寸小于下端部分的外側(cè)壁尺寸。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

28、1、本發(fā)明提出了一種x射線源高壓絕緣結(jié)構(gòu)，將倍壓整流電路和x射線管放置于空間連通的高壓絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并在內(nèi)部其他區(qū)域填充絕緣介質(zhì)；一方面，由于高壓絕緣筒的材質(zhì)為絕緣工程塑料，本身具有較高的絕緣耐壓強(qiáng)度，相比于金屬殼，在承受相同絕緣耐壓時(shí)，體積可做到更??；另一方面，工程塑料材質(zhì)的高壓絕緣筒不會(huì)產(chǎn)生微尖端放電和劣化液態(tài)絕緣介質(zhì)，避免產(chǎn)生拉弧放電、高壓擊穿等問(wèn)題，進(jìn)而提升x射線源的穩(wěn)定性；

29、2、由于絕緣工程塑料的散熱能力相比金屬稍有不足，因此本發(fā)明通過(guò)在高壓絕緣筒的上下兩端分別設(shè)置金屬散熱筒和金屬密封底板，以提升整體的散熱效率；并為了進(jìn)一步地適應(yīng)大功率x射線源的散熱需求，在金屬散熱筒外側(cè)面開(kāi)有一系列翅片槽，增大散熱面積，進(jìn)一步提升散熱效率；

30、3、由于絕緣工程塑料的絕緣性好、導(dǎo)電能力差，在高壓電源電場(chǎng)作用下，高壓絕緣筒外表面會(huì)積聚靜電荷，當(dāng)電荷積聚到一定程度時(shí)，會(huì)對(duì)空氣或者外側(cè)金屬低壓端放電拉弧，導(dǎo)致高壓電源不穩(wěn)定，因此本發(fā)明通過(guò)在高壓絕緣筒外壁貼合包覆一層金屬箔，可以有效地傳導(dǎo)走高壓絕緣筒外表面積累的靜電荷，避免引起放電拉?。涣硗?，金屬箔還可作為電場(chǎng)屏蔽結(jié)構(gòu)，避免高壓電源的高壓電場(chǎng)對(duì)外側(cè)控制電路的干擾，同時(shí)避免外側(cè)環(huán)境中的電磁場(chǎng)對(duì)高壓電源產(chǎn)生影響，進(jìn)一步提升x射線源的穩(wěn)定性；

31、4、優(yōu)選地，本發(fā)明在高壓絕緣筒內(nèi)部其他區(qū)域填充液態(tài)絕緣介質(zhì)，一方面，液態(tài)絕緣介質(zhì)有助于進(jìn)一步提升高壓電源的整體絕緣特性，并防止在高壓電源內(nèi)部出現(xiàn)低真空氣泡，避免引起帕型放電問(wèn)題；另一方面，液態(tài)絕緣介質(zhì)在倍壓整流電路產(chǎn)生的內(nèi)部電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生快速翻滾，翻滾的液態(tài)絕緣介質(zhì)會(huì)將倍壓整流電路和x射線管產(chǎn)生的熱量加速傳導(dǎo)至外圍的高壓絕緣筒以散熱；由于倍壓整流電路和x射線管周圍的液態(tài)絕緣介質(zhì)可流通，倍壓整流電路產(chǎn)生的熱量還會(huì)被翻滾的液態(tài)絕緣介質(zhì)傳導(dǎo)至上方的金屬散熱筒和底部的金屬密封底板進(jìn)行散熱；因而本發(fā)明的x射線源高壓絕緣結(jié)構(gòu)既適用于小功率x射線源，使得體積更小，穩(wěn)定性更高；也適用于大功率x射線源，可實(shí)現(xiàn)大功率x射線源的快速散熱，提升耐壓特性和穩(wěn)定性，避免大功率x射線源因長(zhǎng)時(shí)間熱量積累而導(dǎo)致的x射線源損壞問(wèn)題；

32、5、優(yōu)選地，本發(fā)明采用金屬拉桿和密封圈作為拉緊固定和密封結(jié)構(gòu)，可以快速的拆卸檢修，對(duì)倍壓整流電路和x射線管的封裝工藝要求簡(jiǎn)單，成本低廉，相比于灌封結(jié)構(gòu)，更具有實(shí)用性；

33、6、優(yōu)選地，在高壓絕緣筒外側(cè)增加了與液態(tài)絕緣介質(zhì)體積膨脹相匹配的膨脹形變裝置，隨液態(tài)絕緣介質(zhì)的膨脹與收縮而發(fā)生相應(yīng)的形變，避免了液態(tài)絕緣介質(zhì)膨脹造成的泄漏與損壞，提升了高壓電源工作的穩(wěn)定性；

34、7、優(yōu)選地，高壓絕緣筒的外側(cè)壁形狀設(shè)計(jì)為圓柱形，使得高壓絕緣筒整體為圓環(huán)柱結(jié)構(gòu)，可便于加工與安裝，減小x射線源高壓絕緣結(jié)構(gòu)的體積和重量，更有利于散熱；更重要的是，圓環(huán)柱結(jié)構(gòu)有助于提升高壓電源外側(cè)的絕緣耐壓特性的一致性，減小高壓電場(chǎng)畸變?cè)斐傻牟环€(wěn)定。