Патент на изобретение №2311720
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ДИСКОВЫЙ СЕКТОРНЫЙ ВЗРЫВОМАГНИТНЫЙ ГЕНЕРАТОР, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СБОРКИ
(57) Реферат:
Изобретение относиться к области импульсной техники, в частности к области магнитной кумуляции энергии, где сжатие магнитного потока осуществляется с помощью ударной волны взрывчатого вещества (ВВ). В заявляемом генераторе проводящая оболочка дискового заряда в каждой кассете выполнена составной в виде набора фрагментов П-образной формы из токопроводящего тонколистового материала. Обратный токопровод выполнен в виде набора параллельных пластин в количестве по числу фрагментов деформируемой проводящей оболочки в кассете, установленых с промежутками относительно друг друга, а пленочная изоляция между ними выполнена в гофрированной форме. Кроме того, в заявляемом способе при изготовлении кассет в дисковую форму устанавливают дисковый с Т-образным сечением опорный элемент. Далее заливают в форму жидкое ВВ и охлаждают его. При этом вырезают развертки фрагментов оболочки из тонколистового проводящего материала, изгибают их до П-образной формы и разомкнутыми на внутреннем радиусе частями надевают на дисковый заряд ВВ, образуя составную оболочку заряда. Далее устанавливают кассеты с изолированными прокладками между ними на центральный проводник, а пленочный изолятор в виде круглого полотна с центральным отверстием укладывают с выходного торца генератора с заведением на наружную поверхность кассет. Затем укладывают пластины обратного токопровода, а образующиеся складки изолятора заводят в зазоры между пластинами обратного токопровода и закрывают конструкцию защитным чехлом снаружи. Техническим результатом при решении данной задачи является увеличение надежности, упрощение конструкции ВМГ, повышение электропрочности изоляции, а также упрощение и удешевление технологии изготовления и сборки дискового взрывомагнитного генератора. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил. – глубина скин-слоя (эффективная толщина слоя на поверхности проводника, по которому протекает ток), На фиг.1 изображен заявляемый дисковый секторный ВМГ. На фиг.2 изображено поперечное сечение А-А дискового секторного ВМГ. На фиг.3 показана развертка заготовки для изготовления секторного фрагмента проводящей оболочки дисковой кассеты. На фиг.1, 2, 3 обозначены: 1 – проводящая кассета; 2 – дисковый заряд взрывчатого вещества кассеты; 3 – центральный цилиндрический проводник; 4 – цилиндрический заряд ВВ; 5 – система инициирования заряда ВВ по оси в виде цепочки электродетонаторов; 6 – торцевые проводящие пластины; 7 – обратный токопровод; 8 – пленочная изоляция между дисковыми кассетами 1 и обратным токопроводом 7; 9 – опорный элемент кассеты Т- образного сечения; 10 – нагрузка; 11 – источник запитки начальным магнитным потоком; 12 – электродетонаторы для замыкания входной торцевой проводящей пластины 6 с обратным токопроводом 7; 13 – разрядник; 14 – развертка фрагмента оболочки заряда для кассеты, при изгибе приобретающая П-образную форму. Дисковый секторный ВМГ содержит по, меньшей мере, одну дисковую кассету 1, каждая из которых содержит проводящую оболочку 14 и дисковый заряд 2. Дисковые кассеты 1 установлены последовательно друг за другом на центральном проводнике 3 на опорных элементах 9 Т-образного сечения из инертного материала. Проводящая оболочка дискового заряда в каждой кассете выполнена составной в виде набора фрагментов 14 П-образной формы из листа меди или алюминия толщиной 0.5-1 мм, что соответствует глубине проникновения импульсного тока (скин-слою) в проводящие стенки. Проводящие оболочки дисковых кассет на внутреннем радиусе разомкнуты. Дисковые кассеты разделены друг от друга промежутками с диэлектрическими прокладками (на чертеже прокладки в промежутках не показаны, чтобы не загромождать чертеж). Центральный проводник 3 содержит цилиндрический заряд ВВ 4 с цепочкой электродетонаторов 5 для его инициирования по оси одновременно на всей длине. Через торцевые проводящие пластины 6 и обратный токопровод 7 ВМГ соединен на одном конце с источником начального магнитного потока 11 через разрядник 13, а на другом – с нагрузкой 10. Обратный токопровод 7 выполнен, как показано на фиг.2, в виде набора параллельных пластин по числу фрагментов проводящей оболочки 1 дисковых кассет. Параллельные пластины 7 установлены с промежутками вдоль оси ВМГ. Это позволило выполнить высоковольтный фигурный изолятор 8, отделяющий обратный токопровод 7 от дисковых кассет 1, из целостного пленочного диэлектрического материала с единственным отверстием для вывода тока в нагрузку. Образующиеся складки при перегибании пленочного изолятора с торцевой части ВМГ на цилиндрическую часть позволило вывести в промежутки между пластинами 7 обратного токопровода. Отметим, что промежутки между пластинами 7 обратного токопровода направлены вдоль направления тока и поэтому не ухудшают условия для прохождения тока. Электродетонаторы 12 установлены над торцевой пластиной 6 ВМГ. Они служат для перемыкания источника 11 запитки ВМГ начальным магнитным потоком, чтобы генерируемая энергия не возвращалась к источнику 11, а передавалась полностью к нагрузке 10. Способ изготовления и сборки дискового секторного ВМГ начинается с изготовления дисковых кассет 1. При изготовлении дисковых кассет вначале изготавливаются заряды 2 из взрывчатого состава тротил с гексогеном, температура плавления которого составляет 82°С. При изготовлении заряда вначале в заливочную форму устанавливают дисковый опорный элемент 9 Т-образного сечения из инертного материала, например из стали. Затем заливают в форму расплавленный взрывчатый состав. После охлаждения взрывчатое вещество застывает, а Т-образный опорный элемент 9 обеспечивает зарядам 2 необходимую прочность и опору кассете. Затем из листовой меди или алюминия толщиной 0,5…1 мм вырезают развертки секторных фрагментов и изгибают их до П-образной формы. Затем надевают секторные фрагменты 14 на дисковый заряд 2 со стороны наружного радиуса и фиксируют их на заряде 2 клеем. Секторные фрагменты 14 на внутреннем радиусе остаются нормально разомкнутыми. Следующей операцией является установка собранных кассет 1 на центральный проводник 3, отделяя кассеты друг от друга изолирующими прокладками (например, из картона) толщиной 1…2 мм. Затем из полиэтиленовой пленки вырезают заготовки в виде, по меньшей мере, одного круглого полотна с центральным отверстием для проводника нагрузки и надевают, начиная с выходного на нагрузку торца ВМГ с последующим загибанием свободных участков пленки на цилиндрическую поверхность кассет. Для усиления электрической прочности можно использовать пакет вырезанных пленок общей толщиной порядка 1,5 мм. Отметим, что электропрочность такого многопленочного изолятора 8 достаточно велика и составляет порядка 300 кВ. Завершают сборку ВМГ установкой поверх изолятора 8 параллельных пластин 7 обратного токопровода, присоединяя их на одном конце к источнику 11 начального магнитного потока, а на другом – к нагрузке 10. Образующиеся складки пленочного изолятора 8 выпускают в промежутки между параллельными пластинами 7 и закрывают конструкцию защитным чехлом снаружи. Работает заявляемый генератор следующим образом. Вначале происходит разряд источника 11 начального магнитного потока, и происходит запитка электрического контура ВМГ начальным магнитным потоком. В качестве источника 11 начального магнитного потока удобно использовать батарею конденсаторов. При разряде источника 11 ток в контуре ВМГ протекает по центральному проводнику 3, затем по нагрузке 10 и возвращается к источнику 11 по пластинам обратного токопровода 7. Отметим, что, поскольку проводящие оболочки 14 кассет 1 на внутреннем радиусе разомкнуты, то ток по оболочкам 14 кассет на стадии запитки не проходит и давление магнитного поля на проводящие оболочки и на заряды ВВ в кассетах не действует. В максимуме разрядного тока от источника питания 11 происходит одновременный подрыв электродетонаторов 12 на входной проводящей пластине 6 и цепочки детонаторов 5 в цилиндрическом заряде 4. Взрыв электродетонаторов 12 осуществляет замыкание входной проводящей пластины 6 с пластинами 7 обратного токопровода. После этого цепь ВМГ оказывается соединенной через торцевые пластины 6 только на полезную нагрузку 10. Взрыв цепочки детонаторов 5 инициирует взрыв цилиндрического заряда 4, взрывом которого осуществляется радиальное расширение стенок центрального проводника 3. Расширяющиеся стенки центрального проводника 3 замыкают оболочки дисковых кассет со стороны внутреннего радиуса и ударом возбуждают детонацию дисковых зарядов 2 одновременно во всех дисковых кассетах. Детонация по дисковым зарядам 2 распространяется радиально со скоростью детонации порядка 8 км/с, а стенки провидящих оболочек дисковых кассет под действием взрыва дисковых зарядов 2 разлетаются конусообразно навстречу друг другу. Динамическая точка встречи стенок перемещается в направлении увеличения радиуса, то есть к обратному токопроводу. При этом стенки одновременно всех дисковых кассет быстро вытесняют магнитный поток в нагрузку. При вытеснении магнитного потока стенки кассет производят работу против магнитного потока, в результате чего магнитная энергия в контуре и, как следствие, ток быстро увеличиваются и по пластинам обратного токопровода передаются в полезную нагрузку 10. Примером реализации заявляемой конструкции генератора является разработка модели предлагаемого ВМГ с десятью кассетами диаметром 200мм с общей длиной 400 мм. Такой относительно небольшой генератор при токе запитки от источника начального потока 4 миллиона ампер усиливает ток в 9,5 раз и создает импульс тока амплитудой 35 миллионов ампер в полезной нагрузке с индуктивностью 5 нГн. Примером реализации заявляемого способа является изготовление и сборка модели с кассетами диаметром 200 мм. Изготовление дисковых кассет с проводящими оболочками в виде набора секторных фрагментов П-образной формы, изготавливаемых из непрерывных фрагментов тонкого толщиной 1 мм алюминиевого листа, оказывается существенно проще, чем в прототипе, так как операция выполнения сильноточных контактов отсутствует. Также является простой по сравнению с прототипом операция изготовления высоковольтного изолятора из изолирующей пленки, так как за счет вывода образующихся складок в промежутки между параллельными пластинами обратного токопровода обеспечивается возможность изготовления высоковольтного изолятора из непрерывных полотен пленки. Непрерывность проводящих оболочек в кассетах и изготовление изолятора из непрерывного полотна пленки повышает надежность работы ВМГ. Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое изобретение позволяет упростить конструкцию ВМГ, повысить электропрочность изоляции, уменьшить трудоемкость процесса его изготовления и повысить надежность работы генератора в целом.
Формула изобретения
1. Дисковый секторный взрывомагнитный генератор, содержащий, по меньшей мере, одну кассету, состоящую из деформируемой проводящей оболочки с дисковым зарядом взрывчатого вещества, установленную на центральном проводнике с цилиндрическим зарядом взрывчатого вещества и системой инициирования и расположенную между двумя торцевыми проводящими пластинами, обратный токопровод, установленный в периферийной части генератора, отличающийся тем, что оболочка дискового заряда в каждой кассете выполнена составной в виде набора фрагментов П-образной формы из тонколистового токопроводящего материала. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что обратный токопровод выполнен в виде набора параллельных пластин в количестве по числу фрагментов кассет деформируемой проводящей оболочки в кассете, установленных с промежутками относительно друг друга, а пленочная изоляция между ними выполнена в гофрированной форме. 3. Способ изготовления и сборки дискового секторного взрывомагнитного генератора, включающий изготовление, по меньшей мере, одной кассеты, установку кассет на центральном цилиндрическом проводнике между торцевыми токопроводящими пластинами и укладку пленочной изоляции, отличающийся тем, что при изготовлении кассет в дисковую форму устанавливают дисковый с Т-образным сечением опорный элемент и заливают взрывчатое вещество, охлаждают его, при этом вырезают развертки фрагментов оболочки из тонколистового проводящего материала, изгибают их до П-образной формы и разомкнутыми на внутреннем радиусе частями надевают на дисковый заряд взрывчатого вещества, образуя составную оболочку заряда, далее устанавливают кассеты с изолированными прокладками между ними на центральный проводник. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что пленочный изолятор в виде круглого полотна с отверстием для подвода нагрузки укладывают с выходного торца генератора с заведением на наружную поверхность кассет, затем укладывают пластины обратного токопровода, а образующиеся складки изолятора заводят в зазоры между пластинами обратного токопровода и далее закрывают конструкцию защитным чехлом снаружи.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
– постоянная магнитной проницаемости вакуума, – удельное сопротивление проводника,