Способ изготовления цилиндрической оболочки для захвата и сжатия магнитного потока

Способ изготовления цилиндрической оболочки для захвата и сжатия магнитного потока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электротехнике, к технике получения сверхсильных магнитных полей методом магнитной кумуляции, а конкретно к технологии изготовления оболочки для захвата и сжатия магнитного потока, являющейся элементом магнитокумулятивного генератора (МКГ) [А.Д.Сахаров и др. Магнитная кумуляция. ДАН СССР, 165, №1, с.65, 1965].

Известен способ изготовления цилиндрической оболочки для захвата и сжатия магнитного потока [А.И.Быков и др. а.с.№2065247 кл. Н 02 N 11/00, опубл. в БИ №22, 1996 г.], которая в исходном состоянии вследствие плохой проводимости материала оболочки пропускает магнитный поток в полость цилиндра, а при схлопывании к центру материал оболочки приобретает металлическую проводимость, оболочка захватывает и сжимает магнитный поток, усиливая начальное магнитное поле. Способ заключается в создании цилиндрической оболочки из композитного материала - смеси порошков металла и диэлектрика известным способом прессования или заливки в форму. Соотношение компонентов смеси подбирается таким образом, чтобы в исходном состоянии проводимость композита была мала, а при сжатии материала под действием ударной волны заряда ВВ МКГ растет до значений, позволяющих оболочке захватить и при дальнейшем схлопывании к центру сжать магнитное поле внутри оболочки.

Недостатком оболочки, выполненной по данному способу, является обнаруженные экспериментально [V.V.Aseeva и др. Investigation of Conducting Properties of MC-1 Generator Cascades Material from Powder Composite. In: Program of VIII^th International Conference on Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics, October 18-23, 1998, Tallahassee, USA, WE-04, p. 156] недостаточно эффективные захват и сжатие магнитного потока оболочкой больших размеров. Удельная плотность порошкового композитного материала (определяемая главным образом количеством металлической компоненты) в исходном состоянии ограничена по величине сверху: избыточное количество металла увеличивает начальную проводимость композита до значений, препятствующих диффузии начального поля в полость. А поэтому гораздо более легкая диэлектрическая компонента занимает большой объем и для достижения высокой проводимости композита при сжатии магнитного поля (для сближения металлических частичек до соприкосновения) необходимо трехмерное сжатие материала ударной волной, что невозможно при больших радиусах оболочки (когда сжатие практически происходит только в радиальном направлении). Недостаточно высокая проводимость сжатого композита в оболочках большого диаметра приводит к большим потерям магнитного потока на начальном этапе работы МКГ.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления цилиндрической оболочки для захвата и сжатия магнитного потока а.с.№683510 кл. Н 02 N 11/00, опубл. в БИ №30, 1980 г. Способ по прототипу заключается в том, что на цилиндрической оправке укладывают изолированные проводники, далее заливают отверждаемым компаундом, далее после его отверждения производят механическую обработку оболочки. В результате оболочка представляет собой многослойную катушку из медного изолированного проводника типа ПЭВ-2 диаметром 0.12-0.3 мм. На цилиндрической оправке соответствующего диаметра этим проводником укладывают несколько витков с шагом порядка или больше диаметра оправки. Рядом с этим проводником вплотную справа и слева укладывают следующие проводники и так далее проводник к проводнику, пока вся оправка не будет покрыта слоем проводников, после чего наматывается второй слой, проводники которого укладывают в промежутки между проводниками первого слоя. Индуктивность полученной таким образом катушки определяется диаметром и длиной оправки и числом витков, а масса катушки - числом слоев. После намотки необходимого числа слоев рабочая длина катушки обматывается несколькими слоями стеклоткани и пропитывается под вакуумом компаундом на основе эпоксидной смолы. Затем катушка обтачивается под внутренний диаметр кольца из взрывчатого вещества, снимается с оправки, проводники по обоим торцам зачищаются и припаиваются к токоподводам. Изготовленная таким образом оболочка-катушка выполняет в МКГ функции источника начального магнитного потока и оболочки, захватывающей и сжимающей начальный магнитный поток.

Недостатком способа по прототипу является невозможность изготовления оболочки с расположением проводников вдоль оси цилиндра, что необходимо в тех случаях, когда надо разделить функции катушки и оболочки. Изготовленная спиральной намоткой оболочка поглощает часть энергии начального магнитного поля, создаваемого в этом случае другим источником, работая как вторичная обмотка трансформатора: часть наведенного магнитного потока не направлена вдоль оси и не сжимается при последующим схлопывании оболочки.

При создании данного изобретения решалась задача разделения функций создания и сжатия начального магнитного потока - катушки и оболочки. Изготовленная по заявляемому способу оболочка является “прозрачной” для магнитного поля, а при сжатии ее ударной волной изоляция проводников разрушается и проводники образуют оболочку с практически металлической проводимостью. Для этого достаточно лишь небольшое - на толщину изоляции проводника - одномерное - в направлении движения ударной волны, т.е. радиальное - смещение проводников.

Техническим результатом при решении данной задачи является создание достаточно простого способа изготовления цилиндрической оболочки из ориентированных вдоль оси проводников с необходимыми свойствами, позволяющими повысить эффективность захвата магнитного потока и уменьшить его потери при сжатии. Проводимость оболочки в исходном состоянии отсутствует, а при сжатии материала ударной волной достигает значений, близких величине проводимости материала проводников.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным способом изготовления цилиндрической оболочки для захвата и сжатия магнитного потока, включающим укладку изолированных проводников на основной цилиндрической оправке, заливку отверждаемым компаундом и механическую обработку оболочки после отверждения, новым является то, что изолированные проводники укладывают на дополнительной цилиндрической оправке плотной спиральной намоткой в один слой, наклеивают параллельно две ленты вдоль образующей оправки с зазором, разрезают проводники вдоль зазора, а полученное прямоугольное полотно наматывают вокруг основной оправки с образованием необходимого количества слоев, в которых проводники расположены вдоль образующих оправки.

Оболочка МКГ, сжимающая магнитный поток, должна быть “прозрачной” для потока аксиального начального магнитного поля, создаваемого внешним источником, то есть у нее должна отсутствовать проводимость в круговом (поперек оси) направлении, а при захвате и последующем сжатии магнитного потока она должна иметь близкую к металлической проводимость в том же направлении. Поэтому образующие оболочку проводники должны в исходном состоянии располагаться вдоль образующих цилиндра (вдоль оси). Если же проводники уложены по спирали, во время диффузии потока начального магнитного поля внутрь оболочки на концах проводников (торцах оболочки) возникает напряжение, приводящее к преждевременным пробоям и, следовательно, потерями начального магнитного потока. Для эффективного сжатия магнитного потока необходима высокая проводимость материала оболочки при сжатии, что достигается плотной упаковкой проводников в оболочке. Чтобы создать оболочку с такими свойствами предварительно изготавливается полотно необходимой длины и ширины из параллельно и вплотную друг к другу расположенных изолированных проводников, которое получается спиральной намоткой вплотную виток к витку в один слой. Намотанные проводники фиксируются лентами с клеящим слоем, которые располагаются поперек проводников вдоль оси с небольшим зазором. После разрезания проводников вдоль зазора и снятия с оправки образуется прямоугольное полотно, которое наматывается на основную оправку оболочки несколькими слоями так, чтобы проводники полотна теперь лежали вдоль образующих цилиндра. Многослойность оболочки необходима для поддержания цилиндрической симметрии сжатия - в этом случае на толщине оболочки укладываются несколько проводников и проводники одного слоя укладываются в зазоры между проводниками соседних с ним слоев. Эффективность сжатия потока достигается плотным расположением проводников, когда небольшое радиальное смещение проводников при прохождении ударной волны разрушает их изоляцию и замыкает проводники.

На фиг.1 изображена дополнительная оправка для изготовления прямоугольного полотна из изолированных проводников.

На фиг.2 изображен вид А с торца дополнительной оправки.

На фиг.3 изображена основная цилиндрическая оправка для изготовления оболочки.

На фиг.4 изображено сечение Б-Б основной оправки с оболочкой и охватывающим ее хомутом

поз. 1 - дополнительная цилиндрическая оправка;

2 - изолированные проводники, уложенные на дополнительной оправке в один слой плотной спиральной намоткой;

3 - ленты, наклеенные параллельно вдоль образующих оправки с зазором;

4 - разрез проводников в зазоре между лентами;

5 - основная цилиндрическая оправка;

6 - защитный слой на поверхности основной оправки;

7 - оболочка из прямоугольного полотна проводников, расположенных вдоль образующих основной оправки;

8 - хомут для закрепления проводников на концах полотна;

9 - фиксирующий хомут;

10 - нить для обмотки проводников, фиксирующая их для образования оболочки перед пропиткой компаундом.

Оболочку для захвата и сжатия магнитного потока изготавливают следующим образом. На дополнительной цилиндрической оправке 1, которая приводится во вращение, плотно наматывается изолированный проводник 2 в один слой с образованием спиральной катушки необходимой длины. На всю длину намотки параллельно вдоль образующих наклеивают две ленты 3 с небольшим зазором. Катушку разрезают по зазору 4, полотно из склеенных лентами проводников снимают с оправки 1 и распрямляют. На основную цилиндрическую оправку 5, установленную также с возможностью вращения и имеющую защитный слой 6, предотвращающий приклеивание проводников оболочки 7 при дальнейшей заливке, наматывают полотно с образованием необходимого количества слоев. Концы намотки закрепляют хомутами 8. Поверх уложенных проводников устанавливают разрезной фиксирующий хомут 9, внутренний диаметр которого соответствует наружному диаметру оболочки 7. У хомута 9 закрепляется капроновая нить 10 и, постепенно передвигая хомут 9 вдоль оправки 5, обматывают проводники полотна нитью 10 на длине, равной длине оболочки МКГ. Конец нити закрепляют, фиксирующий хомут 9 снимают, необмотанные лишние концы проводников вместе с лентой обрезают. Оболочку 7 с оправкой 5 помещают в заливочную форму и заливают отверждаемым компаундом. После отверждения компаунда форму и оправку удаляют и производят необходимую механическую обработку оболочки.

В примере реализации заявляемого способа использовались медные проводники с лаковой изоляции типа ПЭТВ-2 диаметром 0.25 мм. Изготовленное из них прямоугольное полотно имело ширину ~300 мм и длину ~1100 мм. Оболочка из этого полотна состояла из 12 слоев, внутренний и внешний диаметры оболочки 28 мм и 34 мм, длина 240 мм. Проводники оболочки ориентированы вдоль образующих цилиндра. Оболочка установлена на оси МКГ типа каскадный генератор МК-1 [A.I. Bykov et al., The cascade magnetocumulative generator of ultrahigh magnetic fields - A reliable tool for megagauss physics. Physica B, 216, p. 215-217, 1996], в котором создается и сжимается магнитный поток и который применяется для исследования свойств вещества в сверхсильных магнитных полях. Эксперименты с генераторами МК-1 с внутренними каскадами-оболочками, изготовленными по заявляемому способу, показали, что по сравнению с прототипом их использование позволило избавиться от потерь потока при его диффузии в полость оболочки до момента включения оболочки в процесс сжатия потока, увеличить эффективность захвата и сжатия магнитного потока и, в совокупности, увеличить конечное магнитное поле генератора МК-1. Заявляемый способ изготовления оболочек МКГ достаточно прост, технологичен и обеспечивает изготовление оболочек высокого качества.

Способ изготовления цилиндрической оболочки для захвата и сжатия магнитного потока, включающий укладку изолированных проводников на основной цилиндрической оправке, заливку отверждаемым компаундом и механическую обработку оболочки после отверждения, отличающийся тем, что проводники укладывают на дополнительной цилиндрической оправке плотной спиральной намоткой в один слой проводников, наклеивают параллельно две ленты вдоль образующей оправки с зазором, разрезают проводники вдоль зазора, а полученное прямоугольное полотно наматывают вокруг основной оправки с образованием необходимого количества слоев, в которых проводники расположены вдоль образующих оправки.