Конструкції електронно-променевих установок

У всіх ЕПУ є загальні системи, подібні по своєму функціональному призначенню й принципу дії. Серед них можна виділити два комплекс-енергетичний й електромеханічний

Енергетичний комплекс ЕПУ містить у собі електронну гармату із блоками живлення й керування променем. Електронною гарматою називається пристрій, у якому, емітований катодом, пучок електронів формується в електричному й магнітному полях у промінь, що прискорюється в електричному полі, виводиться через отвір в аноді й направляється на нагрів об’єкту.

Численним сімейством ЕПУ є плавильні установки. Найбільш проста схема електронної плавильної установки з кільцевим катодом й автоелектронним нагріванням, у який анодом служить сам розплавлений метал, що, показана на рис. 10.1. Катодом К. є вольфрамова спіраль, яка нагріта до 2500 К струмом, що протікає через неї. Анод А – це електрод що розплавляється, та рідкометалева ванна, яка знаходиться в верхній частині утвореного в кристалізаторі злитку. Навколо катода розташований молібденовий екран Э, який перебуває під тим же потенціалом. Вихідні з катода електрони відштовхуються екраном і у вигляді кільцевого пучка спрямовуються на електрод та у рідкометалеву ванну злитка. Кінець електрода розплавляється під дією електронів, що його бомбардують. Рідкий метал краплями стікає у ванну.

Піднімаючи та опускаючи електрод, можна змінювати кількість електронів, що попадають на нього. Можна підняти його так, щоб припинити його плавлення, у цьому випадку метал у ванні буде перегріватися або витримується при постійній температурі.

ЕПУ з кільцевим катодом працюють на прискорювальній напрузі 5—15 кВ. Їхніми перевагами є простота пристрою й висока провідність, внаслідок чого в них можна одержати значні струми пучка при низькій напрузі. Їхній недолік-знаходження катода в плавильній камері, через що при газовиділенні з поверхні ванни він знаходиться в зоні підвищеного тиску. Електрони, що вийшли з катода, зіштовхуються із частками газів й іонізують їх. Позитивні іони, що утворяться, направляються до катода та осідають на ньому, що сильно знижує його емісійну здатність і скорочує термін служби. Тому плавильні ЕПУ з кільцевим катодом мають обмежене застосування для переплаву металів з малим виділенням газів.

ЕПУ з радіальними пушками (рис. 10.2) у меншій мері піддаються цьому недоліку. У цих установках навколо електрода по радіусу встановлено кілька катодів та анодів з отворами, через які електрони, що рухаються прямолінійно, проходять до кінця електрода і ванни. Таким чином, тут анод відділений від металу, який він розплавляє, хоча й вони обидва перебувають під однаковим потенціалом. Анод є напрямним і формуючим пристроєм. У цьому випадку система анод-катод відповідає поняттю електронної гармати.

Частина установки, у якій перебувають електронні пушки, відділена від плавильного простору перегородкою з отворами для електрода та пучка електронів. Верхня й нижня частини камери мають індивідуальні системи відкачки газів. При значному виділенні газів з ванни лише частина парів металу попадає через отвори у верхню камеру і відкачується з її насосом. Радіальні пушки працюють при відносно низькій прискорювальній напрузі (близько 15 кВ), тому вони мають обмежену потужність. Для збільшення потужності всієї ЕПУ необхідно збільшити кількість радіальних гармат.

У якості плавильних, найбільше поширення одержали ЕПУ з аксіальними пушками (рис. 10.3). На відміну від радіальної аксіальна пушка утворить сильно сфальцьований електронний промінь. У ній є два катоди. Основний катод К виконаний у вигляді масивної ввігнутої знизу вольфрамової пластини і розігрівається до 2300—2500 К електронним бомбардуванням від допоміжного катода К₁, що виконаний у вигляді вольфрамової спіралі, що нагрівається струмом. Між катодами прикладається напруга 3,5—5,0 кВ. Допоміжний катод має негативний потенціал щодо основного, так що основний катод є анодом для допоміжного. Анод А має спеціальну форму для створення в просторі між ним і катодом такого електричного поля, що сфокусувало б електронний пучок так, щоб він практично весь проходив через отвір анода. Пройшовши через анод, електронний промінь попадає в промені-провід Л, що з'єднує катодну камеру із плавильною камерою установки, у якій перебуває електрод Э, що переплавляється. Він може переміщатися горизонтально: його можна вводити під пучок або виводити з-під нього. Частина електронів променя проходить повз електрод і попадає на поверхню ванни рідкого металу, розташованої в кристалізаторі в нижній частині камери.

Промені-провід повинен захищати катодний вузол від прориву в нього газів із плавильної камери. Із цією метою промені-провід забезпечується відкачуючим насосом, крім того, є насоси,які відкачують гази і пари з катодного вузла та робочої камери. У промені-проводі виробляється додаткове магнітне фокусування за допомогою магнітних лінз М, оскільки на своєму шляху через промені-провід електронний пучок розширюється. ЕПУ з аксіальними пушками працюють при прискорювальній напрузі 30-40 кВ.

Плавильні ЕПУ застосовуються головним чином для переплавлення сталі, молібдену, ніобію й інших тугоплавких і хімічно активних металів. Їхня потужність становить від 50 (у лабораторних умовах) до 2000 кВт.

Зварювальні ЕПУ з особливо гостро сфокусованим променем працюють при прискорювальній напрузі 70—100 кВ.

Для живлення ЕПУ використаються високовольтні джерела живлення постійного струму. Вони складаються з підвищувальних трансформаторів і високовольтних випрямлячів, що збирають на тиратронах, селенових елементах або кремнієвих діодах. На великих установках для стабілізації струму променя застосовуються параметричні джерела струму.

Дата добавления: 2014-01-07