一种带膨胀结构的X射线管组件的制作方法

一种带膨胀结构的x射线管组件
技术领域
1.本技术涉及一种带膨胀结构的x射线管组件，主要适用于防止x射线管组件内的绝缘流体受自然环境温度变化影响x射线管内部压力稳定性。


背景技术：

2.目前在小型x射线管组件（简称管组件，下同）领域，业内普遍采用注油注气的方式来保证管组件内部的高压稳定性。注油注气结构对注气气体的纯度以及注气气体本身的高压绝缘性有较高的要求，对注气气体的注气压力以及注气体积也需要严格控制，不然极易出现管组件使用效果下降等问题。
3.现有注油注气结构的主要缺点：
4.1、注油注气结构对注气气体的纯度要求高。由于采用注气的结构方式，在实际使用过程中高压输入存在完全暴露在注气气体氛围内的情况，在该情况下，气体的高压绝缘性能需能满足承受正常工作使用高压的能力。但是当注气气体纯度不够（例如混入部分空气）时，注气气体的高压绝缘性和灭弧能力会显著下降，从而导致管组件打火甚至直接失效。
5.2、目前行业内普遍采用的注气气体为六氟化硫。纯净的sf6气体虽然无毒，但在工作场所要防止sf6气体浓度上升到缺氧的水平，浓度过大会出现使人窒息的危险，设计户内通风装置时要考虑到这一情况。且六氟化硫气体在电弧作用下的分解物如sf4，s2f2，sf2，sof2，so2f2，sof4和hf等，它们都有强烈的腐蚀性和毒性。
6.3、注油注气结构对注气气体的注气压力要求高。在实际应用中，管组件的工作环境限制温度从-20℃到70℃，气体在极限温度下气体压力的变化梯度大，存在较大的高低温失效风险。当注气气体注气压力过大时，随着温度的升高，绝缘油随温度升高而体积膨胀，压缩了注气气体的体积，根据克拉伯龙方程pv=nrt可知，p=nrt/v，其中n是物质的量（恒定值），r是气体常数，当温度t增大体积v减小时，气体压力p会显著增大，在极限高温状态下，管组件内部气体压力较大，对管组件各零部件以及各密封面要求高，容易造成漏气失效，更严重甚至可能导致管组件炸裂。当注气气体注气压力过小时，随着温度的降低，绝缘油随温度升高而体积收缩，增大了注气气体的体积，根据克拉伯龙方程pv=nrt可知，p=nrt/v，其中n是物质的量（恒定值），r是气体常数，当温度t减小体积v增大时，气体压力p会显著减小，在极限低温状态下，管组件内部气体压力较小，当内部气压小于标准大气压时会导致漏气失效。


技术实现要素：

7.本技术解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构简洁，设计调试方便，相对安全不易失效的带膨胀结构的x射线管组件。
8.本技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种带膨胀结构的x射线管组件，其特征是所述x射线管组件的壳体内设置有膨胀结构，所述壳体内仅注有一种绝缘流体，所
述膨胀结构包括膨胀结构主体、膨胀结构压环，膨胀结构主体与膨胀结构压环固定连接，膨胀结构压环与壳体的前端盖密封固定连接，膨胀结构主体采用软质不透气材料制成，膨胀结构主体内侧与大气连通，膨胀结构主体外侧与绝缘流体接触，膨胀结构主体在绝缘流体工作温度范围（x射线管组件的工作环境温度一定在这个温度范围内）内一个大气压下不拉伸。本技术通过膨胀结构将x射线管组件内与大气隔绝，使得膨胀结构主体内侧与大气连通从而膨胀结构主体内侧压力始终维持在一个大气压，由于设计膨胀结构主体采用软质不透气材料制成且在x射线管组件工作温度范围内不拉伸，故膨胀结构主体外侧与绝缘流体的压力也维持在一个大气压，从而实现膨胀结构主体内外压力平衡且都维持在一个大气压，提高x射线管组件的安全性、可靠性和使用寿命。
9.本技术所述膨胀结构主体采用呈鼓形的膨胀鼓。
10.本技术所述膨胀结构主体常温状态一个大气压下占用x射线管组件内部体积-（绝缘流体在一个大气压下的极限高温体积-绝缘流体在一个大气压下的常温体积≥0。
11.本技术绝缘流体在一个大气压下的常温体积-绝缘流体在一个大气压下的极限低温体积≤膨胀结构主体占用x射线管组件内部体积初始缩小量。
12.本技术所述膨胀结构主体采用半球形的膨胀半球，所述膨胀结构压环具有膨胀结构压环通道，膨胀结构压环通道直径与膨胀半球直径相等，所述前端盖上设置有流体通道兼膨胀结构容纳通道，所述流体通道兼膨胀结构容纳通道直径与膨胀结构压环通道直径相等。
13.所述膨胀结构主体常温正常展开时的体积大于绝缘流体体积从常温状态变化至极限高温或极限低温时体积变化量。
14.本技术所述绝缘流体采用绝缘油，膨胀结构主体材料采用丁腈橡胶。
15.本技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构简洁，设计调试方便，不易失效，避免了注气方式时注气气体的纯度、注气压力等可能导致的安全风险，提高了生产效率，提高了产品质量、可靠性和使用寿命。
附图说明
16.图1是本技术实施例x射线管组件的结构示意图。
17.图2是图1的a-a剖视示意图。
18.图3是本技术实施例x射线管组件的立体示意图。
19.图4是本技术实施例一种膨胀结构主体（膨胀鼓）的连接关系示意图。
20.图5是本技术实施例膨胀结构主体采用膨胀鼓的安装调试示意图，其显示膨胀鼓向内凹，设定内凹程度为膨胀鼓占用x射线管组件内部体积初始缩小量v1。
21.图6是图2的b-b剖视示意图。
22.图7是本技术实施例另一种膨胀结构主体（膨胀半球）的结构示意图。
23.图8是本技术实施例膨胀结构主体采用膨胀半球时三种主要变化状态的转向示意图，不转向时中间那个状态为膨胀结构主体被常温时的绝缘流体支撑恰好与膨胀结构压环底面基本对齐时的初始设定（安装）状态示意图，左边为膨胀结构主体常温正常展开状态（假设或者设计极限低温时绝缘流体收缩使得膨胀结构主体展开至该状态）示意图，右边为膨胀结构主体当绝缘流体处于极限高温时反向完全展开状态（假设或者设计极限高温时绝
缘流体膨胀使得膨胀结构主体反向展开至该状态）示意图。
24.图中：1-x射线管组件，10-壳体，11-前端盖，111-密封螺钉安装孔（兼作流体通道），112-膨胀结构主体采用膨胀半球时的流体通道兼膨胀结构容纳通道，2-膨胀结构，21-膨胀结构主体，22-膨胀结构压环，221-膨胀结构压环通道，23-膨胀结构螺钉，3-绝缘流体（本实施例为绝缘油），4-膨胀结构排水控制工装,41-用来标记膨胀结构内部空间变化程度的带刻度的容积标识管，411-容积标识管对应膨胀结构主体被注水后的水量起始位置，412-容积标识管对应膨胀结构主体被挤出设定水量v1的最终位置，42-工装压板，43-密封圈。
具体实施方式
25.下面结合附图并通过实施例对本技术作进一步的详细说明，以下实施例是对本技术的解释而本技术并不局限于以下实施例。
26.参见图1～图8，本技术实施例x射线管组件改进点主要为采用膨胀结构2代替管内注气，除了膨胀结构2以外的部分为现有技术。本技术先按照x射线管组件结构设计体积合适的膨胀结构2，设计标准为在常温状态设定的膨胀结构2在整个绝缘流体3工作温度范围内（包括极限高、低温条件）一个大气压下膨胀结构主体21不拉伸（指膨胀结构主体21没有处于膨胀拉伸状态，不需要变形），换句话说，膨胀结构主体21占用x射线管组件内部体积的伸缩量满足大于等于x射线管内的绝缘流体3在极限温度条件下的体积变化, 膨胀结构2最终使用状态时与外界大气连通，下面均默认为1个大气压的压力，膨胀结构主体21采用软质不透气材料制成。本技术通过设置膨胀结构主体21的伸缩量来保证内部绝缘流体3的压力稳定性（膨胀结构主体21内外压力始终保持平衡）。
27.假设膨胀结构2常温设定状态（指图5、图8中间所示状态）占用x射线管组件内部体积v0且对应x射线管组件内绝缘流体3的常温体积，计算极限高温（特例为80℃）时绝缘流体3的极限高温体积-绝缘流体3的常温体积=v1,即绝缘流体3当环境温度从常温变化至极限高温时，压力不变均在一个大气压的情况下体积扩大了v1，相应的膨胀结构2占用x射线管组件内部体积应该缩小v1，即膨胀结构2极限高温时占用x射线管组件内部体积应该为v0-v1，若此时膨胀结构主体21能够适应这种情况不拉伸即满足极限高温要求；类似的，计算绝缘流体3的常温体积-绝缘流体3的极限低温（特例为-20℃）体积=v2,即绝缘流体3当环境温度从常温变化至极限低温时，压力不变的情况下体积缩小了v2，相应的膨胀结构主体21占用x射线管组件内部体积应该扩大v2，若此时膨胀结构主体21能够适应这种情况不拉伸（即膨胀没有超过膨胀结构主体21常温下正常展开状态，参见图6、图8左侧）即满足极限低温要求，只要保证膨胀结构2在绝缘流体3处于极限高、低温时能够正常工作不拉伸，则膨胀结构主体21在任何处于极限高、低温之间的工作温度均不拉伸。
28.本技术第一种情况为所述膨胀结构主体2采用图6所示的膨胀鼓（整体形状呈鼓形），所述膨胀结构2包括膨胀结构主体21、膨胀结构压环22、膨胀结构螺钉23，膨胀结构主体21选择合适的材料（一般采用丁腈橡胶nbr），膨胀结构主体21与膨胀结构压环22固定连接，膨胀结构压环22通过膨胀结构螺钉23与前端盖11密封固定连接，膨胀结构主体21通过密封螺钉安装孔111与大气连通。本技术实施例需要根据x射线管组件设计参数计算常温状态膨胀结构主体21内部体积初始缩小量（指收缩量或收缩程度，即膨胀结构主体21内部体
积相对于膨胀结构主体21常温正常展开状态的压缩量，例如用手捏住膨胀结构主体21外围，使得其内部占有空间变小的程度，该值不小于v1），通过设置膨胀结构主体21常温状态处于恰当的初始状态，使得膨胀结构主体21在绝缘流体3处于极限高、低工作温度时仍能正常工作不拉伸（本实施例当绝缘流体3处于极限高温80℃时，高温使得绝缘流体3膨胀，进一步压缩膨胀结构主体21使得其占用空间最小但不需要拉伸变形；当绝缘流体3处于极限低温-20℃时，低温使得绝缘流体3收缩，膨胀结构主体21受大气压影响张开达到最大占用空间（即膨胀结构主体21内部体积在v0基础上扩大了v1）），从而不容易破且内外压力均维持在一个大气压附近。
29.本技术所述绝缘流体3指绝缘油或绝缘气，特例为绝缘油。
30.本技术实施例膨胀结构2采用膨胀鼓时的安装过程如下：
31.1、膨胀结构主体21与膨胀结构压环22固定连接后通过膨胀结构螺钉23将膨胀结构压环22与前端盖11密封固定连接（图4）；
32.2、膨胀结构排水控制工装4安装到前端盖11（图5）上；
33.3、膨胀结构主体21内部注水并使得水位达到容积标识管41的水量起始位置411；
34.4、轻轻挤压膨胀结构主体21，使得膨胀结构主体21压缩，排出一部分内部的水，待排出水的体积达到容积标识管41对应膨胀结构主体21被挤出设定水量（即前述膨胀结构2占用x射线管组件内部体积初始缩小量）v1的最终位置（设计使得水位从水量起始位置411上升至最终位置412时排出水量体积为v1）时停止挤压并维持v1不变；
35.5、从容积标识管41上部将密封螺钉放入密封螺钉安装孔111，通过密封螺钉将膨胀结构2密封（与大气隔绝）直至x射线管组件装配全部完成；
36.6、将密封螺钉拆除，清除膨胀结构主体21内部剩余的水并保持膨胀结构主体21与大气连通，x射线管组件装配完成。
37.本技术第二种情况为所述膨胀结构主体21采用图7所示的膨胀半球（整体形状呈半球形，其材质厚度很薄相对于其体积可不考虑，半径为r），膨胀结构2包括膨胀结构主体21、膨胀结构压环22，膨胀结构主体21与膨胀结构压环22固定连接，膨胀结构压环22与前端盖11密封固定连接，所述膨胀结构压环22具有膨胀结构压环通道221，膨胀结构压环通道221直径与膨胀半球直径相等，所述前端盖11上设置有流体通道兼膨胀结构容纳通道112，所述流体通道兼膨胀结构容纳通道112直径与膨胀结构压环通道221直径相等。当膨胀结构主体21处于常温正常展开状态或者极限低温时的形状如图8左侧所示；膨胀结构主体21安装时状态如图8中间部分所示，此时相对于常温正常展开状态被压缩了半球体积，由于半球体积可直接通过膨胀半球半径计算出来，从而省略了采用膨胀鼓所需要的工装及相关的安装和初始缩小量计量步骤，更简洁廉价；膨胀结构主体21处于极限高温时的状态如图8右侧所示，此时绝缘流体3受热膨胀，将膨胀结构主体21压至反向伸入膨胀结构压环通道221和流体通道兼膨胀结构容纳通道112中呈完全张开状态，由于此时恰好完全展开，使得该设计最节约膨胀结构主体21材料。采用该设计时，膨胀结构主体21常温正常展开时的体积（2/3πr3）不小于绝缘流体3体积从常温状态变化至极限高温或极限低温时体积变化量。
38.本技术实际设计时可以留一些余量，例如膨胀结构主体21允许的占用x射线管组件内部体积的伸缩量比极限高、低温所需要的绝缘流体3体积变化量大20~30%。
39.本技术主要改进点包括：
40.1、采用膨胀结构2代替管内注气。
41.2、膨胀结构2内部体积的伸缩量满足绝缘流体3在设计温差条件下的体积变化。
42.凡是本技术技术特征和技术方案的简单变形或者组合，应认为落入本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种带膨胀结构的x射线管组件，其特征是：所述x射线管组件的壳体内设置有膨胀结构，所述壳体内仅注有一种绝缘流体，所述膨胀结构包括膨胀结构主体、膨胀结构压环，膨胀结构主体与膨胀结构压环固定连接，膨胀结构压环与壳体的前端盖密封固定连接，膨胀结构主体采用软质不透气材料制成，膨胀结构主体内侧与大气连通，膨胀结构主体外侧与绝缘流体接触，膨胀结构主体在绝缘流体工作温度范围内一个大气压下不拉伸。2.根据权利要求1所述带膨胀结构的x射线管组件，其特征是：所述膨胀结构主体采用呈鼓形的膨胀鼓。3.根据权利要求1所述带膨胀结构的x射线管组件，其特征是：所述膨胀结构主体采用半球形的膨胀半球，所述膨胀结构压环具有膨胀结构压环通道，膨胀结构压环通道直径与膨胀半球直径相等，所述前端盖上设置有流体通道兼膨胀结构容纳通道，所述流体通道兼膨胀结构容纳通道直径与膨胀结构压环通道直径相等。4.根据权利要求1所述带膨胀结构的x射线管组件，其特征是：所述绝缘流体采用绝缘油，膨胀结构主体材料采用丁腈橡胶。5.根据权利要求2所述带膨胀结构的x射线管组件，其特征是：所述膨胀结构主体常温状态一个大气压下占用x射线管组件内部体积-（绝缘流体在一个大气压下的极限高温体积-绝缘流体在一个大气压下的常温体积）＞0。6.根据权利要求2所述带膨胀结构的x射线管组件，其特征是：绝缘流体在一个大气压下的常温体积-绝缘流体在一个大气压下的极限低温体积＜膨胀结构主体占用x射线管组件内部体积初始缩小量。7.根据权利要求3所述带膨胀结构的x射线管组件，其特征是：所述膨胀结构主体常温正常展开时的体积大于绝缘流体体积从常温状态变化至极限高温或极限低温时体积变化量。

技术总结
本申请涉及一种带膨胀结构的X射线管组件，其特征是所述X射线管组件的壳体内设置有膨胀结构，所述壳体内仅注有一种绝缘流体，所述膨胀结构包括膨胀结构主体、膨胀结构压环，膨胀结构主体与膨胀结构压环固定连接，膨胀结构压环与壳体的前端盖密封固定连接，膨胀结构主体采用软质不透气材料制成，膨胀结构主体内侧与大气连通，膨胀结构主体外侧与绝缘流体接触，膨胀结构主体在绝缘流体工作温度范围内一个大气压下不拉伸。所述膨胀结构主体采用膨胀鼓或膨胀半球。本申请结构简洁，设计调试方便，相对安全不易失效。相对安全不易失效。相对安全不易失效。


技术研发人员：章迎潮 宣少锋 蒋永盛
受保护的技术使用者：杭州凯龙医疗器械有限公司
技术研发日：2022.08.19
技术公布日：2023/1/6