МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ «СЕКЦИОНИРОВАННЫЙ ИЗОЛЯТОР» С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА РАБОТЫ

АННОТАЦИЯ

Углубление  изучения  свойств материалов требует совершенствования методик их исследования и конструкций экспериментальных установок. Это требует модернизации изделий входящих в состав установок и повышения ресурса их работы. Одним из изделий подвергающейся модернизации является «Секционированный изолятор», а его основной модернизированной деталью – «Градиентное кольцо». Проведенные эксперименты показали эффективность мероприятий по модернизации.

Ключевые слова: Установка; изолятор; кольцо; модернизация; пробой.

В современном машино- и приборостроении широко используются различные конструкционные материалы. Для изучения   свойств материалов применяются различные методики. Данные методики изучения свойств конструкционных материалов включают использование различных установок.

На базовом предприятии проводятся исследования по влиянию сверхжесткого рентгеновского излучения на различные объекты специального назначения [1].

Это привело к созданию мощной электрофизической установки «Гамма». Она может состоять из различного числа ускорительных модулей. Общий вид и состав модуля   представлен на рисунке 1.

1 – двойная ступенчатая формирующая линия; 2 – предимпульсный коммутатор; 3 – водяная передающая линия; 4 – ускорительная трубка; 5 – магнитоизолированная передающая линия; 6 – диод; 7 – генератора импульсных напряжений; 8 – ввод высоковольтный

Рисунок 1. Общий вид модуля

Данный модуль работает при большом напряжении до 1МВ.  При таком напряжении наблюдаются пробои в узлах модуля.

Для предотвращения пробоев в узлах модуля применяют изоляторы различной конструкции[2]. Составной частью модуля передачи энергии является ускорительная трубка.

В ускорительной трубке применяют секционированный изолятор.

Конструкция секционированного изолятора представлена на рисунке 2.

Он состоит из   фланцев поз. 3 и поз. 4. (фланцы являются сборочными единицами первого порядка) и 15 диэлектрических стяжек поз.1. которые соединяют между собой фланцы. Фланец поз. 3 состоит кольца–обоймы и запаянного в него кольца-фиксатора. Во фланце поз. 3  имеются отверстия для крепления с магнитоизолированной передающей линией ускорительной трубки.  Фланец поз. 4 состоит кольца-обоймы и запаянного в него кольца-направляющей, и вкрученных в кольцо-направляющую шести винтов М8, для соединения с сильфонным узлом ускорительной трубки.

Рисунок 2. Чертеж неразборного секционного изолятора

Между фланцами поз. 3 и поз. 4. установлено  кольцо поз.5 и секционированного изолятора поз. 3. Все это соединено при помощи шпилек-стяжек поз.1  с моментом затяжки 20Н/м.

Градиентные кольца   секционированного изолятора поз. 2 выполнены из стали Сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-2014 [3].  Они получаются обработкой давлением – холодной штамповкой, вытяжкой и развальцовкой из листового металла.

Градиентные кольца   секционированного изолятора поз. 2  и склеены компаундом клеевым КМК 03 А1 с диэлектрическими кольцами (они выполнены из материала с большой электрической прочностью). Колько 5 также приклеивается к фланцу 3 компаундом клеевым КМК 03 А1.

Клеевые швы герметичные. Склеивание и контроль качества швов проводится по спец.инструкции.   Наличие клея на поверхности градиентного кольца диаметром 594 мм (поверхности Г) не допускается. Допускается пошаговая механическая зачистка поверхности градиентного кольца   в 16 местах на длине 20...40 мм.

Недостатком указанной конструкции секционированного изолятора является неразборность конструкции, что значительно снижает ресурс. Он выдерживает лишь 80-150 включений ускорительной трубки, после чего выходит из строя, по причине разрушения деэлектрических колец. Также, довольно часто (4-6 случаев из 100 собранных изделий) секционированные изоляторы, отправляются на утилизацию после проверки на герметичность.

Так же стоит отметить, что ресурс изолятора сильно влияет качество клеевого соединения. Наличие переходной зоны в диэлектрическом кольце, с измененной структурой молекул полиэтилена, ухудшает диэлектрические свойства кольца, и уменьшает число импульсов, которое оно может выдержать.

В конструкции изолятора 22 кольца, и разрушение одного кольца приводит к выходу из строя всего изолятора.

Произведена модернизация   секционированного изолятора (рис.3).  В результате модернизации изолятор сделан разборным, в результате чего значительно повысился его ресурс. До модернизации изолятор, конструкция которого представлена на рисунке 4, выдерживал до 50 включений, после чего утилизировался, так как полипропиленовые и стальные  кольца склеивались между собой и вклеивались в корпус изолятора.

Герметичность модернизированного изолятора обеспечивается резиновыми уплотнениями между изоляционными и градиентными кольцами.

Рисунок 3. Главный вид модернизированного секционированного изолятора

Поскольку изолятор конструктивно представляет собой цельный узел, обеспечена возможность контроля качества сборки и герметичности до его установки в ускорительную трубку.  Секционный изолятор  состоит из двух фланцев: одной сборочной единицы – фланца поз.1 и детали фланца 8, между которыми установлены 21изоляционное кольцо поз.5 и поз.20 градиентных колец  поз.4 соединенные уплотнениями поз.6. Фиксация положения колец  осуществляется 24 спицами поз.18 с помощью специальных  резьбовых креплений. Разработан технологический процесс и схема сборки изолятора.

Основным элементом изделия  «Секционированный изолятор» является  деталь  «Кольцо градиентное» с целью применения в модернизированной установке подвергшаяся основной модернизации (рис.4).

Рисунок 4. Деталь  «Кольцо градиентное»

Вместо листовой, полой  конструкции кольца, применена сплошная, что повышает надежность конструкции и её прочность при возросшем напряжении. С целью предотвращения повреждений кольца под действием электромагнитных тепловых полей и повышения ресурса работы изолятора, поверхности градиентного кольца не закрытые изоляционными кольцами выполнены с шероховатостью Ra 0,62.

Разработан технологический процесс изготовления детали «Кольцо градиентное». Для его обработки   разработано   станочное приспособление,   а также фасонный резец для обработки  фасонных поверхностей детали (рис.5).

Рисунок 5. Чертеж фасонного резца

Проведены сравнительные   испытания  с помощью  установки основных   характеристик ускорительного модуля до и после модернизации изделия «Секционированный изолятор». Измерена мощность электрического импульса по мере его прохождения по передающей системе модуля и построены соответствующие графики. Определено что при напряжении импульса 1МВ в установках до модернизации наблюдаются пробои, а после модернизации их нет даже после 250 импульсов.

Список литературы:

1. Пунин В.Т., Завьялов Н.В., Басманов В.Ф. и др. Результаты экспериментальных исследований некоторых режимов работы сильноточного импульсного ускорителя электронов «Гамма-1». // XII научные Харитоновские чтения по проблемам физики высоких плотностей энергии 19 – 23 апреля 2010 г. (сборник докладов). Саров: Изд-во РФЯЦ-ВНИИЭФ. 2010. С. 49 – 54.
2. Гордеев В.С., Гришин А.В., Назаренко С.Т. и др. Результаты экспериментальных исследований системы передачи энергии типового модуля установки «Гамма». // XIV Харитоновские тематические научные чтения. Мощная импульсная электрофизика. 12 – 16 марта 2012 г. (сборник докладов). Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». 2012. С. 112 – 116.  
3. ГОСТ 5632–2014 Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки: Сб. ГОСТов.-М.: Стандартинформ, 2015 – 52 с.