[發明專利]用于高真空室和高氣壓室轉接的高電壓電極法蘭

在審

• 申請號: 201710949945.1
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN107580405A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 孫玄;霍昆;王彥鵬;林木楠
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H05H7/14
• 分類號: H05H7/14
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,鄧治平

技術領域

本發明涉及高電壓電工電器技術和粒子加速器領域，特別涉及一種用于高真空室和高氣壓室轉接的高電壓電極法蘭。

背景技術

在加速器領域，為了對粒子進行加速，一般會把粒子放入真空中做加速運動，這樣可以減少粒子在運動中受到其他粒子碰撞導致的動能損失以及軌跡的改變；一般來說，粒子的加速也需要多級電極的吸引才能實現，如果想要使粒子獲得盡量大的加速度，就需要高電壓的電極，目前電極工作額定電壓可以達到高壓(10KV～220KV)，根據高電壓技術知識可以知道，為了防止高壓的輝光放電、電擊穿和電暈等現象的發生就需要導體外部存在高介電常數(ε)絕緣介質；現有相關技術中，國家電網輸配電領域為了考慮長距離輸配電成本一般采用的是固體介質，并且在端點連接處直接將高壓電極暴露于空氣中，利用空氣作為絕緣介質；但是關于加速器的實驗就要考慮電壓的紋波系數以及如果發生高壓爬電、絕緣體電擊穿所導致的供電電源損壞，因此目前現成的技術不能滿足實驗要求；特別是在加速器實驗中為了實驗安全和成功，特別要采用高氣壓氣體介質作為絕緣體，但是在高氣壓氣體和高真空氣體之間工作的電極法蘭目前很少見到。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了用于高真空室和高氣壓室轉接的高電壓電極法蘭，其目的在于解決現有電極法蘭無法同時連接高真空室(10^-2～10^-5Pa)和高氣壓室(0.2～0.4MPa)、無法同時有效防止電擊穿和高壓(20～130KV)爬電以及同時保證高真空室和高氣壓室的相互氣壓隔離。

為實現上述目的，按照本發明設計，提供了用于高真空室和高氣壓室轉接的高電壓電極法蘭，包括不銹鋼法蘭筒、灌封環氧樹脂絕緣體、絕緣陶瓷體和無氧銅電極，所述的不銹鋼法蘭筒一個端面的高氣壓端法蘭螺絲孔，用于與高氣壓室進行密封連接，另一個端面的高真空端法蘭螺絲孔，用于與高真空室進行密封連接，灌封環氧樹脂絕緣體連接絕緣陶瓷體和不銹鋼法蘭筒的內部界面，其中灌封環氧樹脂絕緣體的灌封深度是不銹鋼法蘭筒內部深度的0.5～0.9倍，所述的絕緣陶瓷體與不銹鋼法蘭筒高真空端法蘭面的通孔密封連接，絕緣陶瓷體的外圓柱面直徑是不銹鋼法蘭筒內部中空圓柱筒面直徑的0.5～0.6倍，所述的無氧銅電極密封連接于絕緣陶瓷體內部，并且無氧銅電極為圓柱體，所述的不銹鋼法蘭筒、灌封環氧樹脂絕緣體、絕緣陶瓷體和無氧銅電極構成同軸對稱結構。

其中，所述的不銹鋼法蘭筒兩個端面的法蘭連接面有刀口，可以降低高真空室和高氣壓室的泄露率。

其中，所述的絕緣陶瓷體的兩端均加工有第一防爬電環和第二防爬電環，并且第一防爬電環厚度大于第二防爬電環厚度；

所述的絕緣陶瓷體的長度大于密封連接在其內部的無氧銅電極的長度，并且無氧銅電極的任意一端都距離最近的絕緣陶瓷體端口5cm以上。

其中，所述的無氧銅電極的兩端分別有一個香蕉插口，無氧銅電極不是中空結構；

所述的無氧銅電極的一端與絕緣陶瓷體接觸高氣壓室的一端密封連接，無氧銅電極的另一端懸浮于絕緣陶瓷體的內部；

所述的無氧銅電極的高氣壓端電極接口用于從高氣壓室中饋入20～130KV的直流高壓，而無氧銅電極的高真空端電極接口作為加速器電極的引入電壓接口。

其中，所述的不銹鋼法蘭筒的高氣壓端法蘭連接的高氣壓室中充滿的氣體介質可以是如下三種氣體中任一或者其任意混合：純凈空氣、N₂、SF₆，高氣壓室壓強值范圍為0.2～0.4MPa。

其中，所述的不銹鋼法蘭筒的高真空端法蘭連接的高真空室的真空度范圍為：10^-2～10^-5Pa。

其中，所述的不銹鋼法蘭筒與絕緣陶瓷體的密封連接處涂抹有聚四氟乙烯膠(PTFE)，用于增強密封性。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，本發明能夠取得下列的有益效果：

1.不銹鋼法蘭筒兩個端面的法蘭盤是連接高氣壓室和高真空室的標準接口，通過法蘭盤上的螺紋孔緊固，可以實現連接的緊固和安全。

2.聚四氟乙烯膠(PTFE)、不銹鋼法蘭筒內部的灌封環氧樹脂絕緣體以及不銹鋼法蘭筒與絕緣陶瓷體之間的連接構成三層密封，不僅防止了無氧銅電極上的高壓引起的電擊穿，也提高了高氣壓室和高真空室的密封強度。

3.絕緣陶瓷體兩端的防爬電環是不同厚度的多層環，而且無氧銅電極的兩個電極接口位于絕緣陶瓷體內部，這樣兩個電極接口就完全隔離于不銹鋼法蘭筒。