[发明专利]用于高真空室和高气压室转接的高电压电极法兰

说明书

技术领域

本发明涉及高电压电工电器技术和粒子加速器领域，特别涉及一种用于高真空室和高气压室转接的高电压电极法兰。

背景技术

在加速器领域，为了对粒子进行加速，一般会把粒子放入真空中做加速运动，这样可以减少粒子在运动中受到其他粒子碰撞导致的动能损失以及轨迹的改变；一般来说，粒子的加速也需要多级电极的吸引才能实现，如果想要使粒子获得尽量大的加速度，就需要高电压的电极，目前电极工作额定电压可以达到高压(10KV～220KV)，根据高电压技术知识可以知道，为了防止高压的辉光放电、电击穿和电晕等现象的发生就需要导体外部存在高介电常数(ε)绝缘介质；现有相关技术中，国家电网输配电领域为了考虑长距离输配电成本一般采用的是固体介质，并且在端点连接处直接将高压电极暴露于空气中，利用空气作为绝缘介质；但是关于加速器的实验就要考虑电压的纹波系数以及如果发生高压爬电、绝缘体电击穿所导致的供电电源损坏，因此目前现成的技术不能满足实验要求；特别是在加速器实验中为了实验安全和成功，特别要采用高气压气体介质作为绝缘体，但是在高气压气体和高真空气体之间工作的电极法兰目前很少见到。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了用于高真空室和高气压室转接的高电压电极法兰，其目的在于解决现有电极法兰无法同时连接高真空室(10^-2～10^-5Pa)和高气压室(0.2～0.4MPa)、无法同时有效防止电击穿和高压(20～130KV)爬电以及同时保证高真空室和高气压室的相互气压隔离。

为实现上述目的，按照本发明设计，提供了用于高真空室和高气压室转接的高电压电极法兰，包括不锈钢法兰筒、灌封环氧树脂绝缘体、绝缘陶瓷体和无氧铜电极，所述的不锈钢法兰筒一个端面的高气压端法兰螺丝孔，用于与高气压室进行密封连接，另一个端面的高真空端法兰螺丝孔，用于与高真空室进行密封连接，灌封环氧树脂绝缘体连接绝缘陶瓷体和不锈钢法兰筒的内部界面，其中灌封环氧树脂绝缘体的灌封深度是不锈钢法兰筒内部深度的0.5～0.9倍，所述的绝缘陶瓷体与不锈钢法兰筒高真空端法兰面的通孔密封连接，绝缘陶瓷体的外圆柱面直径是不锈钢法兰筒内部中空圆柱筒面直径的0.5～0.6倍，所述的无氧铜电极密封连接于绝缘陶瓷体内部，并且无氧铜电极为圆柱体，所述的不锈钢法兰筒、灌封环氧树脂绝缘体、绝缘陶瓷体和无氧铜电极构成同轴对称结构。

其中，所述的不锈钢法兰筒两个端面的法兰连接面有刀口，可以降低高真空室和高气压室的泄露率。

其中，所述的绝缘陶瓷体的两端均加工有第一防爬电环和第二防爬电环，并且第一防爬电环厚度大于第二防爬电环厚度；

所述的绝缘陶瓷体的长度大于密封连接在其内部的无氧铜电极的长度，并且无氧铜电极的任意一端都距离最近的绝缘陶瓷体端口5cm以上。

其中，所述的无氧铜电极的两端分别有一个香蕉插口，无氧铜电极不是中空结构；

所述的无氧铜电极的一端与绝缘陶瓷体接触高气压室的一端密封连接，无氧铜电极的另一端悬浮于绝缘陶瓷体的内部；

所述的无氧铜电极的高气压端电极接口用于从高气压室中馈入20～130KV的直流高压，而无氧铜电极的高真空端电极接口作为加速器电极的引入电压接口。

其中，所述的不锈钢法兰筒的高气压端法兰连接的高气压室中充满的气体介质可以是如下三种气体中任一或者其任意混合：纯净空气、N₂、SF₆，高气压室压强值范围为0.2～0.4MPa。

其中，所述的不锈钢法兰筒的高真空端法兰连接的高真空室的真空度范围为：10^-2～10^-5Pa。

其中，所述的不锈钢法兰筒与绝缘陶瓷体的密封连接处涂抹有聚四氟乙烯胶(PTFE)，用于增强密封性。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明能够取得下列的有益效果：

1.不锈钢法兰筒两个端面的法兰盘是连接高气压室和高真空室的标准接口，通过法兰盘上的螺纹孔紧固，可以实现连接的紧固和安全。

2.聚四氟乙烯胶(PTFE)、不锈钢法兰筒内部的灌封环氧树脂绝缘体以及不锈钢法兰筒与绝缘陶瓷体之间的连接构成三层密封，不仅防止了无氧铜电极上的高压引起的电击穿，也提高了高气压室和高真空室的密封强度。

3.绝缘陶瓷体两端的防爬电环是不同厚度的多层环，而且无氧铜电极的两个电极接口位于绝缘陶瓷体内部，这样两个电极接口就完全隔离于不锈钢法兰筒。