Вибухомагнітний генератор

Корисна модель відноситься до магнітних генераторів імпульсів, керованих енергією вибуху, і може бути застосована в електроенергетиці, наприклад, для формування випробувальних імпульсів для перевірки стійкості блискавки повітряних ліній електропередачі та обладнання підстанцій.

Технічний результат полягає у підвищенні швидкості ковзання лайнера по витках спіральної котушки та у створенні можливості отримання необхідних характеру зміни в часі швидкості виведення індуктивності з контуру навантаження та параметрів імпульсу потужності, що віддається у навантаження. Цей результат досягається без збільшення потужності заряду вибухової речовини, без використання вибухового розмикача в ланцюзі навантаження і, отже, збільшення габаритів.

Вибухомагнітний генератор містить лайнер у вигляді струмопровідної труби (1), заповненої конденсованою або бінарною вибуховою речовиною. З боку вхідного торця (2) лайнера вставлений запал (3). Труба (1) коаксіально охоплена багатосекційною спіральною котушкою (4). Між вхідним торцем (2) лайнера і вхідним торцем котушки (4) через комутатор (5) включений накопичувальний конденсатор 6. До вихідного торця (7) лайнера через імпульсний трансформатор (8) підключено активно-індуктивне навантаження (9). Примикає до торця (7) секція (10) котушки (4) виконана конусною, звуженням до вихідного торця (7) лайнера. Секція (11) котушки (4) виконана циліндричною, а секції (12) і (13) виконані конусними, що розширюються до вихідного торця (7) лайнера. 4 з.п.ф., 1 іл.

Відомий, прийнятий за прототип, вибухомагнітний генератор, що містить лайнер з струмопровідної труби, заповненої вибуховою речовиною, з можливістю підриву з боку вхідного торця лайнера, і спіраль, коаксіально охоплює трубу лайнера, між вхідними торцями яких підключений через комутатор накопичувальний конденсатор підключено навантаження [пат. UA 91467 U1, МПК H01H 39/00, H03K 3/53, 2010]. Для підвищення імпульсної потужності, що віддається у навантаження, прототип містить вибуховий розмикач з розривним провідником у ланцюзі навантаження, що спрацьовує від детонації вибухової речовини на вихідному торці лайнера.

Недолік прототипу полягає в тому, що він не забезпечує одночасного виконання вимог щодо імпульсної потужності та компактності конструкції, що пред'являються до обладнання мобільного випробувального комплексу для перевірки блискавкостійкості ПЛ та ПС високої напруги.

Розкриття істоти корисної моделі

Предметом корисної моделі є вибухомагнітний генератор (ВМГ) імпульсу струму, що містить лайнер у вигляді струмопровідної труби, заповненої вибуховою речовиною (ВВ), з можливістю підриву з боку вхідного торця лайнера, і багатосекційну спіральну котушку, коаксіально охоплює лайнер, між вхідними комутатор накопичувальний конденсатор, а між їх вихідними торцями підключена, наприклад через імпульсний трансформатор, навантаження, при цьому, щонайменше, секція спіральної котушки, що примикає до вихідного торця лайнера виконана конусної, що звужується до вихідного торця лайнера.

Технічний результат, що досягається зазначеною сукупністю ознак, полягає у підвищенні швидкості ковзання лайнера по витках спіральної котушки та встворення можливості отримання необхідних характеру зміни часу швидкості виведення індуктивності з контуру навантаження і параметрів імпульсу потужності, що віддається в навантаження. Цей результат досягається без збільшення потужності заряду ВР, без використання вибухового розмикача в ланцюзі навантаження і, отже, збільшення габаритів пристрою.

Розвиток корисної моделі передбачає, що трубопровідна труба лайнера може бути заповнена бінарною вибуховою речовиною (БВВ).

Інший розвиток корисної моделі передбачає виконання спіральної котушки з кутом конусності, близьким, але не перевищує розрахунковий кут конусності лайнера при детонації вибухової речовини. При цьому кут конусності конусної секції спіральної котушки, що звужується до вихідного торця лайнера, може бути меншим за розрахунковий кут конусності лайнера при детонації вибухової речовини на 1°-15°.

Ще один розвиток корисної моделі передбачає, що спіральна котушка додатково містить щонайменше одну конусну секцію, що розширюється до вихідного торця лайнера.

Здійснення корисної моделі з урахуванням її розвитку

На фіг.1 схематично представлено заявляється пристрій.

Лайнер виконаний у вигляді струмопровідної труби 1, заповненої вибуховою конденсованою речовиною (КВВ) або БВВ, яке може бути виготовлено, наприклад, на основі нітрометану і сенсибілізатора етилендіаміну або DETA. Використання БВВ не вимагає дотримання режимних заходів для зберігання та транспортування.

З боку вхідного торця 2 лайнера вставлений запал 3 при підриві забезпечує можливість детонації ВР. Труба 1 коаксіально охоплена багатосекційною спіральною котушкою 4. Між вхідним торцем 2 лайнера і вхідним торцем котушки 4 через комутатор 5 включений накопичувальнийконденсатор 6 (ланцюг його заряду не показано). До вихідного торця 7 лайнера через імпульсний трансформатор 8 підключена активно-індуктивна навантаження 9. Примикає до вихідного торця 7 секція 10 котушки 4 розміщена співвісно з поздовжньою віссю труби 1 лайнера і виконана конусної, з звуженням до торця 1 1 7 . секції 12 і 13 виконані конусними, що розширюються до вихідного торця 7 лайнера. Для надання котушці необхідної форми витки її спіралі попередньо намотуються на відповідний технологічний каркас і скріплюються компаундом (наприклад, епоксидною смолою). Після затвердіння. компаунд технологічний каркас видаляється, а в котушку 4 вводиться труба 1 лайнера.

Пристрій працює на принципі стиснення (кумуляції) магнітного потоку. Принцип полягає у наступному.

Замкнений провідний контур, що обмежує магнітний потік, стискається зовнішніми силами. В результаті взаємодії провідника, що рухається, і магнітного поля, що стискається ним, механічна енергія зовнішніх сил перетворюється в енергію магнітного поля. Зокрема, у разі ВМГ механічна енергія, що перетворюється на енергію магнітного поля, вивільняється у процесі вибуху заряду КВВ. Продукти детонації КВВ, впливаючи на мідну трубу 1 лайнера, розширюють її поперек силових ліній створеного заздалегідь (при розряді накопичувального конденсатора) магнітного поля, роблячи тим самим роботу проти пондеромоторних сил цього магнітного поля, що наростає за величиною. Накопичена магнітна енергія імпульсного струму передається у навантаження. Щільність генерованої електричної енергії ВМГ може досягати 10 2 Дж/г, а питома потужність ГВт/м 3 . З використанням ВМГ отримані імпульсні струми до кількох сотень МА та освоєно енергетичний діапазон кілька сотень МДж при піковій потужностісотні ТВт.

Пристрій працює наступним чином.

Токонесучими елементами ВМГ є спіраль котушки 4 і труба 1 лайнера, заповнена ВР. Початковий магнітний потік створюється струмом від конденсаторної батареї 6 після замикання комутатора 5 Ініціювання ВР проводиться з торця 2 лайнера за допомогою запалу 3. У міру просування фронту детонації вздовж лайнера, труба 1 розширюється, утворюючи конічну лійку, звернену широкою частиною запалу (т. .до вхідного торця лайнера). При цьому струмопровідний лайнер ковзає розширеною частиною по витках спіралі котушки 4, витісняючи магнітний потік в навантаження. Цей процес можна представити як рух уздовж котушки 4 конусного поршня, що стискає магнітне поле при поширенні детонації від запалу 3 до торця 7. Форма вихідного імпульсу на навантаженні визначається параметрами навантаження і швидкістю виведення V індуктивності L котушки 4 з замкнутого через навантаження струмового контуру.

Необхідний характер зміни швидкості виведення індуктивності з контуру навантаження задається комбінацією циліндричної і конусних секцій котушки 4 і використанням мідної товстостінної труби 1. Товщина стінки труби 1 визначає кут конусності вирви вибухового лайнера. Конусна форма секції 10 (звуження до вихідного торця лайнера) призводить до збільшення швидкості ковзання лайнера по спіралі (і швидкості V) без використання потужнішого ВР. За рахунок збільшення товщини стінок труби 1 кут конусності воронки лайнера, що вибухає, зменшується і наближається до кута конусності секції 10, що сприяє досягненню максимальної швидкості ковзання V і створенню необхідної швидкості виведення індуктивності з контуру навантаження.

При проведенні експериментів із заявляється ВМГ були отримані наступні результати.

Зростання струму в навантаженні від0,15 до 1 амплітудного значення відбувається в останні 15-20 мкс роботи ВМГ, а енергія, що виробляється ВМГ, зростає від 10% до 100% за

15 мкс за повного часу роботи близько 200 мкс. Максимальна потужність ВМГ, що заявляється, підвищена в 5-10 разів порівняно з прототипом, що має циліндричну спіральну котушку.

Виконання деяких секцій котушки 4 у формі зворотного конуса, що розширюється до вихідного торця 7, дозволяє збільшити кут конусності кінцевої секції 10 (за рахунок її більшого початкового діаметра), що, своєю чергою, додатково сприяє зростанню швидкості виведення індуктивності з контуру навантаження і прискорює досягнення вихідним струмом амплітудного значення.

1. Вибухомагнітний генератор імпульсу струму, що містить лайнер у вигляді струмопровідної труби, заповненої вибуховою речовиною, з можливістю підриву з боку вхідного торця лайнера, і багатосекційну спіральну котушку, коаксиально охоплює лайнер, між вхідними торцями яких включений через комутатор на торцями підключена, наприклад, через імпульсний трансформатор навантаження, при цьому щонайменше примикає до вихідного торця лайнера секція спіральної котушки виконана конусної, що звужується до вихідного торця лайнера.

2. Генератор за п.1, у якому струмопровідна труба лайнера заповнена бінарною вибуховою речовиною.

3. Генератор по п.1, в якому конусна секція спіральної котушки виконана з кутом конусності, близьким, але не перевищує розрахунковий кут конусності лайнера, що вибухає.

4. Генератор по п.3, в якому кут конусності конусної секції спіральної котушки менше розрахункового кута конусності лайнера, що вибухає, на 1÷15°.

5. Генератор за будь-яким з пп.1-4, у якому спіральна котушкамістить щонайменше одну конусну секцію, що розширюється до вихідного торця лайнера.