АЭ «Кристалл LT-ЗОCu» и «Кристалл LT-40Cu»
Внешний вид АЭ «Кристалл ЬТ-ЗОСи» (ГЛ-205А) с объемом актив ной среды Уа.с « 250 см3 и «Кристалл ЬТ-40Си» (ГЛ-205Б) с Уа.с ~ ~ 350 см3 представлен на цветной вклейке III, конструкция — на рис. 8.2. Конструкции этих АЭ аналогичны. Диаметр их разрядного канала равен 20 мм, АЭ ГЛ-205Б на 30 см длиннее, чем ГЛ-205А (1230 и 930 мм соответственно), и имеет шесть генераторов паров меди, т. е. на два генератора больше. АЭ ГЛ-205А является модернизи рованным вариантом АЭ ГЛ-201, АЭ ГЛ-205Б — модернизированным вариантом АЭ ГЛ-201Д, но при этом длина разрядного канала и га баритные размеры не изменялись (0134x1315 мм для АЭ ГЛ-205А и 0134x1621 мм для АЭ ГЛ-205Б). Масса этих АЭ - 11 и 13,5 кг соответственно (см.табл.8.3).  |
Секционированный разрядный канал (/) АЭ ГЛ-205А (рис.8.2) состоит из трех центральных керамических трубок (длина каж дой 186 мм) и двух концевых трубок 2 (длина каждой 123 мм) с внутренним диаметром 20 мм и толщиной стенки 2,85 мм. Централь ные трубки соединяются между собой двумя керамическими втулка ми 14 длиной 50 мм и с концевыми трубками — двумя втулками длиной 60 мм. Внутренний диаметр втулок равен 25,7 мм, толщи на их стенок 2,65 мм, длина взаимного перекрытия их с трубками 15 мм. В отличие от АЭ ГЛ-201 в новой конструкции концы керами ческих трубок не имеют внешних кольцевых выступов для фиксации соединительных втулок, являющихся концентраторами механических напряжений. Последние в АЭ ГЛ-201 нередко приводили к разрушениюразрядного канала. Поскольку трубки разрядного канала в новых мо делях гладкие, то сборка новых моделей отличается от сборки старых и включает следующие технологические операции. Сначала произво дится нанесение высокотемпературного мелкодисперсного склеивающе го цемента (98-99%А120з + 1-2%ТЮ2) на концы трубок. Затем эти трубки соединяются между собой керамическими втулками, которые фиксируются специальными оправками. После высыхания связующего их цемента оправки снимаются. В процессе тренировки АЭ до Тк ~ 1650°С склеивающий цемент спекается и конструкция канала становится жесткой. Срок службы АЭ при этом определяется только диффузией паров меди вдоль разряд ного канала к его относительно холодным концам. В концевых трубках (2) канала (/) имеются восемь продольных щелевидных отверстий размерами 2 0 x 3 мм, предназначенные для ухода паров меди в тепло- изоляторы (7, 8), где они и конденсируются. В области щелей темпера тура стенки трубки составляет около 1100°С. В старых конструкциях (АЭ ГЛ-201 и АЭ ГЛ-201Д) функцию одной щелевой керамической трубки выполняли две, соединенные между собой щелевой молибдено вой втулкой. Последняя ограничивает долговечность АЭ, так как при длительной наработке в условиях высоких температур она становится хрупкой и в циклическом режиме разрушается. В разрядном канале удлиненного АЭ ГЛ-205Б используется пять центральных керамиче ских трубок (рис.8.2), каждая из которых имеет длину 165,5 мм. Генераторы паров меди (3) с цилиндрической молибденовой подложкой, которые являются самыми эффективными источниками паров меди, размещены между керамическими трубками на соединяющих их втул ках (14) [223]. Молибденовая подложка имеет отверстия для свободно го прохода расплавленной меди с поверхности подложки в зазор с кера мической втулкой, и наоборот [224]. Введение перфорации позволило снизить вероятность деформации подложек. Расстояние между керами ческими трубками составляет 20 и 30 мм соответственно в центральной и концевых зонах разрядного канала. Поэтому высота молибденовой подложки в крайних генераторах равна 28 мм, масса меди (марки МВ) 14,5 г, в центральных — 19 мм и 8,5 г соответственно. Так как крайние генераторы расположены ближе к щелевидным отверстиям, то в них расход меди больше и необходимо закладывать большее количество меди. В рабочем режиме относительное термическое удлинение разряд ного канала АЭ ГЛ-205А составляет около 12 мм, АЭ ГЛ-205Б — 16 мм (Тк ~ 1600 °С, коэффициент термического расширения атА12о3 — = 78 • Ю-7 К-1). Если в АЭ ГЛ-205А при термическом удлинении канала роль мембран играют тонкостенные основания электродных узлов, то в АЭ ГЛ-205Б — сильфон (13) из нержавеющей стали, установленный в анодном узле (см. рис. 3.14 и 8.2). В настоящее время изготавливаются АЭ и с другим исполнением электродных узлов (без мембран и сильфонов — см. далее рис. 8.5). Эта конструкция простая, причем при расширении разрядного канала в нем не создается напря жений. Соединительные узлы канала при этом должны быть склеены надежно, а катод и анод установлены непосредственно на концевых трубках канала и соединены с электродными узлами гибкими токопро- водящими полосками, выполненными в виде петли [226].  |
Безнакальный вольфрам-бариевый катод 4 (см. рис. 8.2) конструк тивно представляет собой кольцо, завальцованное в молибденовый цилиндрический держатель. Последний, для обеспечения надежного электрического контакта, приварен по торцу к молибденовой цилин дрической манжете электродного узла 5. Размеры катодного кольца 32x24x3,5 мм, масса 14 г. Из этой массы примерно 7% (1 г) составля ет активное вещество состава ЗВаО • А^Оз • 0,5СаО • 0,55Ю2 (алюмо силикат бария), которым пропитана пористая вольфрамовая кольцевая подложка катода. Работа выхода активного вещества составляет око ло 2 эВ. Внутри катода имеется кольцевая проточка шириной 1 мм и глубиной до 3 мм, обеспечивающая локальное и устойчивое го рение импульсного дугового разряда. Локализованное катодное пят но размером около 1-2 мм в процессе работы, по мере истощения бария, постепенно перемещается по периметру проточки. Скорость перемещения пятна, как свидетельствуют длительные испытания АЭ, равна ^0,013 мм/ч, т.е. срок службы катода составляет около 6000 ч. На рабочей поверхности катода отчетливо наблюдаются следы эрозии от интенсивной ионной бомбардировки. При этом частично распыляет ся и вольфрамовая подложка. На рис. 8.3 изображены катоды в молиб деновых держателях, отработавшие около 1500 ч. В месте локализации разряда катод разогревается до яркого свечения (температура пятна до стигает ~ 1000-1100°С), т.е. безнакальный вольфрам-бариевый катод работает в режиме автотермоэмиссии. Анод по конструкции идентичен катоду, но изготовлен из чистого молибдена. Анод также распыля ется, но в значительно меньшей степени. Эрозия анода обусловлена колебательным (затухающим) характером развития разряда и соот ветственно работой анода частично в режиме катода, но при более низких значениях импульсного тока. В настоящее время рассматри вается возможность применять в качестве материала анода вольфрам, температура плавления которого в 1,5 раза больше, чем у молибдена.  |
Двухслойный эффективный теплоизолятор АЭ 6, 7, расположен ный между разрядным каналом и вакуумноплотной оболочкой 9 (см. рис. 8.2), обеспечивает тепловую защиту канала (Тк ~ 1600 °С). Внутренний слой 6, прилегающий непосредственно к разрядному ка налу, сформирован из мелкодисперсного порошка на основе полых микросфер марки «Т» (95% А^Оз + 5% З1О2) с рабочей температу рой 1600°С, верхний слой 7, прилегающий к оболочке — из волок нистого материала ВКВ-1 (55-45% А^Оз + 45-55% Т1О2) с рабочей температурой 1100°С (см. табл. 2.2). Диаметр границы разделения сло ев теплоизолятора равен 55 мм, температура в этой зоне — не бо лее 1100°С. Приэлектродные области АЭ заполнены теплоизолятором ВКВ-1, который отделен от основного двухслойного теплоизолятора слоем нового волокнистого теплоизолятора типа РугоНЬег 1600 фир мы «ОкНег» (95% А^Оз + 5% З1О2) с рабочей температурой 1600°С или типа АИгата! 80 — с той же рабочей температурой. В преж них моделях теплоизоляторы такого качества не применялись. Новый теплоизолятор находится в зоне, где температура канала изменяется примерно от 1300 до 1 0 0 0 ° С . Поэтому он не спекается и, следова тельно, зазор вдоль разрядного канала не образуется и порошковый теплоизолятор не высыпается через щелевидные отверстия в объем канала, не перекрывает его и не запыляет выходные окна. В старых моделях АЭ в этой зоне располагался волокнистый материал ВКВ-1, который со временем спекался, что способствовало попаданию порошка в канал через щели в конденсорах. Спекание материала приводило и к возрастанию неравномерности распределения температуры вдоль оси разрядного канала, увеличению потребляемой мощности и соот ветственно к снижению мощности излучения. Новые модели АЭ этих недостатков практически не имеют. В них также увеличена примерно в 1,25 раза как плотность засыпки полых микросфер, так и плотность набивки волокнистого материала ВКВ-1, что привело к уменьшению потребляемой мощности примерно на 10-15%. Если масса микросфер и волокнистого материала в АЭ ГЛ-201 составляла соответственно 0,6 и2,3кг,товАЭГЛ-205А- 0,7и3кг,вГЛ-201Д- 0,8и3,2кг ивГЛ-205Б- 1,0и4кг. В АЭ ГЛ-205А и ГЛ-205Б уширенные концы металлокерамической вакуумноплотной оболочки были удлинены по сравнению с АЭ ГЛ-201 и ГЛ-201Д со 125 до 220 мм (рис. 8.4, а и б). Это привело к повышению температуры концов разрядного канала и соответственно его актив ной зоны. Внутренний диаметр керамических цилиндров марки 22ХС (94% А^Оз) в уширениях оболочки составляет 104 мм, толщина — 5 мм, в центральной части — соответственно 96 и 5 мм. Конструктивно оболочка АЭ ГЛ-205А (см. рис. 8.4, а) состоит из четырех спаянных медным припоем металлокерамических узлов, по торцам которых нахо- дятся металлические «тарелки» толщиной 1-1,2 мм из сплава 47НД или 29НК с компенсаторными керамическими кольцами высотой 6 мм. Узлы соединяются между собой путем аргонно-дуговой сварки тор цевых «тарелок». Длина оболочки АЭ ГЛ-205Б на 306 мм больше, чем ГЛ-205А, за счет добавления одного металлокерамического узла (рис. 8.4, б). Разработаны и испытаны АЭ с металлостеклянной оболоч кой. Она более технологична и приводит к более высокому коэффици енту выхода годных изделий и меньшей стоимости. В настоящее время заказчикам поставляются АЭ и со стеклянной оболочкой. Выходные окна 10 (см. рис. 8.2) диаметром 72 мм и толщиной 7 мм изготовлены из оптического стекла марки А-151, отклонение от парал лельности их плоскостей не больше 20". Окна приклеены к концевым стеклянным секциям 11с помощью клея марки МСП с рабочей темпе ратурой 200 °С. Максимальная температура выходных окон в рабочем режиме АЭ составляет 130-150 °С. При испытаниях АЭ в течение бо лее чем 2000 ч (около 200 циклов включения и выключения) разгерме тизации склеенных узлов не было. Такой способ соединения выходных окон с концевыми секциями не вносит деформаций в материал окна и приводит к улучшению качества выходного излучения. В моделях ГЛ-201 и ГЛ-201Д окна к секциям приварены в пламени газовой горел ки, из-за чего в той или иной степени происходило искажение качества выходного излучения. Д л я снижения потерь мощности излучения, связанных с френелевским отражением, выходные окна в новых моделях просветлены. Просветляющая пленка устойчива к воздействию ультрафиолетового излучения плазмы разряда и коэффициент пропускания в течение всего срока службы сохраняется на уровне 98%. Для защиты выходных окон от продуктов распыления электродов, парами активного вещества и другими частицами при тренировке и эксплуатации АЭ в конструкции предусмотрены экраны-ловушки 12 (см. рис. 8.2) и сужения в концевых стеклянных секциях [225]. Тренировка по обезгаживанию АЭ ГЛ-205А производится по ана логии с двухэтапным режимом тренировки базового АЭ ГЛ-201. Если длительность тренировки АЭ ГЛ-201 с включенным разрядом при непрерывной прокачке неона и размещении АЭ в коаксиальном тепло вом экране составляет ~ 30 ч, то в новом АЭ ГЛ-205А — примерно 42 ч. Последнее обусловлено большей (в 1,2 раза) плотностью набивки теплоизолятора и несколько большим его объемом. Режим тренировки АЭ ГЛ-205Б аналогичен режиму тренировки базового АЭ ГЛ-201Д и занимает около 60 ч, что в 1,2 раза больше, чем для базового. АЭ «Кристалл LT-50Cu» Внешний вид АЭ «Кристалл ЬТ-50Си» (ГЛ-205В) с разрядным ка налом, имеющим диаметр 32 мм и длину 1230 мм и объем активной среды Уа.с ^ 900 см3, представлен на цветной вклейке III, конструк ция — на рис. 8.5. АЭ ГЛ-205В является модернизированным вариантом АЭ ГЛ-201 Д32. ГЛ-205В имеет такие же габаритные размеры и длину разрядного канала, как и ГЛ-205Б, и массу 15 кг (см. табл. 8.2). Разрядный канал / АЭ (рис. 8.5) состоит из пяти керамических трубок длиной 151 мм и двух — длиной 65 мм, имеющих внутренний диаметр 32 мм и толщину стенки 2,65 мм, и двух концевых щелевых трубок 2 длиной 115 мм с внутренним диаметром 37,3 мм и толщиной стенки 3 мм. Восемь продольных щелей, предназначенных для ухода паров меди в теплоизолятор, имеют размеры 3 0 x 3 мм. Центральные трубки канала соединяются между собой четырьмя керамическими втулками 13 длиной 50 мм, а концевые — двумя длиной 60 мм с внут ренним диаметром 37,3 мм и толщиной 3 мм. Конструкция и технология изготовления шести генераторов паров меди 3, катода и анода 4, электродных узлов 5, теплоизоляторов 6, 7 и 8, вакуумноплотной оболочки 9, выходных окон 10, концевых сек ций / / и экранов-ловушек 12 АЭ ГЛ-205В аналогичны применяемым в АЭ ГЛ-205А и Б. Масса меди в каждом из четырех центральных генераторов составляет около 21 г, в каждом из двух крайних — 35 г, что соответствует сроку службы АЭ более чем 2000 ч. Вольфрам- бариевый кольцевой катод (40x33,5x3,7 мм) с внутренней проточкой, содержащий около 7% массы активного вещества, обеспечивает устой чивое локальное горение импульсного разряда в течение всего срока службы. Вакуумноплотная металлокерамическая оболочка с внутрен ним диаметром 104 мм (см. рис. 8.4, в) не имеет уширений на концах, поскольку керамические цилиндры с большим диаметром не произ водятся. Поэтому для повышения температуры на концах разрядного канала плотность набивки теплоизолятора ВКВ-1 по торцам делали больше, чем в центральной части.  |
Длительность тренировки по обезгаживанию АЭ ГЛ-205В в режиме прокачки буферного газа неона при включенном разряде практически такая же, как для АЭ ГЛ-205Б (около 60 ч), так как массы теплоизо ляторов этих АЭ примерно равны. Во всех новых моделях АЭ на парах меди после окончания трени ровки по обезгаживанию проводится процесс восстановления образо вавшихся окислов водородом при рабочей температуре (Тк ^ 1600°С). После этого в АЭ для повышения эффективности добавляется чистый водород с парциальным давлением до 10 мм рт. ст. Следует подчеркнуть, что все материалы, которые используются в конструкции АЭ «Кристалл» (кроме теплоизоляторов), широко при меняются в отечественной электровакуумной технике. Эффективность старых и новых моделей АЭ «Кристалл» Эффективность старых и новых моделей А Э серии «Кристалл» оценивалась по значениям средней мощности излучения, мощности, потребляемой от выпрямителя источника питания, и по практическо му КПД в оптимальных режимах. Модуляторы источника питания были выполнены по схеме емкостного удвоения напряжения со зве ном магнитного сжатия импульсов тока (табл. 8.4). Из табл. 8.4 сле дует, что при одинаковых значениях мощности излучения потребля емая мощность у новых моделей АЭ «Кристалл» (ГЛ-205 А, Б и В) примерно в 1,2 раза меньше, а практический КПД больше, чем у старых. Снижение потребляемой мощности приводит к увеличе нию срока службы тиратронов, который для ТГИ1-2500/50 составляет 1500-2000 ч. Срок службы новых моделей АЭ определяется практиче ски только запасом меди в генераторах и рабочей температурой, так как устранены основные причины разрушения разрядного канала, пере крытия апертуры канала каплями конденсирующейся меди, запыления выходных окон. Кроме того, новые модели в течение гарантированной наработки (^ 1000 ч) обеспечивают высокое качество излучения и вос производимость параметров. |
