Съемная кассета для усилительного модуля
REMOVABLE CASSETTE FOR THE AMPLIFIER MODULE

Изобретение относится к твердотельным лазерным усилителям с системой охлаждения и может быть использовано, например, в лазерных усилителях на дисковых активных элементах с охлаждением газом/жидкостью, циркулирующим/циркулирующей по замкнутому контуру.
Из существующего уровня техники известен усилительный модуль лазерной установки DiPOLE100, в которой представлена съемная кассета, являющаяся, по технической сущности, наиболее близким аналогом к заявляемому устройству [Paul D.Mason, Saumyabrata Banerjee, Klaus Ertel et al. // DiPOLE100: A 100 J, 10 Hz DPSSL using cryogenic gas cooled Yb:YAG multi slab amplifier technology// High-Power, High-Energy and High-Intensity Laser Technology II, edited by Joachim Hein, Proc. of SPIE Vol. 9513, 951302, 2015]. Представленная съемная кассета устанавливается в герметичный корпус усилительного модуля и образует совместно с ним участок замкнутого тракта для движения охлаждающего газа. Съемная кассета содержит дисковые активные элементы в оправах, закрепленных с торцов на двух основаниях, одно из которых установлено на элемент крепления к корпусу в виде герметизирующей крышки. Оправы и основания съемной кассеты образуют совместно с корпусом усилительного модуля каналы для охлаждения каждого активного элемента. На каждой оправе выполнены входной и выходной гидродинамические профили. Входной гидродинамический профиль имеет эллиптическое поперечное сечение, выходной - длинное остроугольное эллиптическое поперечное сечение с дополнительными спрямляющими поток стабилизаторами. При этом гидродинамические профили выполнены не на всю глубину деталей.
Известное устройство имеет следующие недостатки:
- сложность изготовления, обусловленная выполнением нескольких сложных элементов (гидродинамических профилей, посадочных мест для крепления активных элементов) на одной детали, а также выполнением гидродинамических профилей не на всю глубину деталей;
- невозможность независимой замены частей, на которых выполнены посадочные места для крепления активных элементов, и частей, на которых выполнены гидродинамические профили, например, при изменении способа крепления активного элемента или его формы потребуется изготовление полностью новой оправы с гидродинамическими профилями, аналогичная ситуация возникает при изменении режима охлаждения активных элементов с соответствующей необходимостью изменения формы гидродинамических профилей при неизменных активных элементах и способе их крепления);
- отсутствие интегрированной в съемную кассету электрической системы, что затрудняет или делает невозможным проведение измерений внутри съемной кассеты;
- сложность установки съемной кассеты в корпус лазерного модуля, обусловленная достаточно большими ее массой и габаритами в виду выполнения элемента крепления к лазерному модулю в виде герметизирующей крышки;
- сложность замены оправ, обусловленная тем, что демонтаж оправы возможен только после предварительного отсоединения герметизирующей крышки от одного из оснований и отсоединения всех оправ от другого основания.
Технический результат изобретения заключается в упрощении изготовления за счет выполнения сложных элементов на разных деталях и выполнения ряда элементов на всю глубину деталей с использованием более простого оборудования, а также в расширении эксплуатационных возможностей за счет возможности независимой замены частей, на которых выполнены посадочные места для крепления активных элементов, и частей, на которых выполнены гидродинамические профили, возможности проведения измерений различных параметров внутри съемной кассеты с достаточно простым изменением конфигурации измерительных средств, упрощения монтажа/демонтажа как оправ в съемную кассету, так и съемной кассеты в усилительный модуль.
Технический результат достигается тем, что в съемной кассете для усилительного модуля, содержащей активные элементы в оправах, основания, элементы крепления к усилительному модулю, входные гидродинамические профили и выходные гидродинамические профили со стабилизаторами, новым является то, что дополнительно оснащена входными и выходными направляющими потока, на которых выполнены соответственно входные и выходные гидродинамические профили, при этом направляющие потока сопряжены с оправами и тремя основаниями - общим, входным и выходным, причем входные и выходные направляющие потока с одной стороны закреплены на общем основании, а с другой - на входном и выходном основаниях соответственно с образованием пространства для установки оправ со стороны входного и выходного оснований, дополнительно в основаниях и в направляющих потока выполнены каналы для размещения электрических проводников с выходом в размещенную на общем основании соединительную коробку с электрическим разъемом для подключения к приборам.
Кроме того, оправы съемной кассеты для усилительного модуля со стороны входных и выходных направляющих потока и входные и выходные направляющие потока со стороны оправ могут быть оснащены элементами взаимного сопряжения в виде выступов и соответствующих пазов, при этом оправы закреплены на общем, и/или входном, и/или выходном основаниях. Элементы крепления к усилительному модулю могут быть выполнены в виде, по меньшей мере, одного закрепленного на общем основании кронштейна со съемной ручкой или встроенной выдвижной ручкой с пружинным возвратным механизмом. Гидродинамические профили на входных и выходных направляющих потока могут быть выполнены на всю глубину деталей, а стабилизаторы выполнены в виде отдельных пластин, закрепляемых на выходной направляющей сваркой, или пайкой, или приклеиванием.
Влияние отличительных признаков патентной формулы на технический результат.
Дополнительное оснащение входными и выходными направляющими потока, на которых выполнены соответственно входные и выходные гидродинамические профили позволяет выполнить сложные элементы (гидродинамические профили, посадочные места для крепления активных элементов) на разных деталях, что упрощает изготовление, при этом существенно уменьшая вероятность возникновения неисправимого брака и упрощая технологическую отработку, что особенно актуально в условиях единичного производства, кроме того, позволяет производить независимую замену оправ и направляющих потока (например, оправы, различающиеся устанавливаемым активным элементом или способом его крепления, могут применяться с одними и теми же направляющими потока или для различных режимов охлаждения активных элементов могут применяться различные направляющие потока без замены оправ), что расширяет эксплуатационных возможности.
Сопряжение направляющих потока с оправами и тремя основаниями - общим, входным и выходным и закрепление входных и выходных направляющих потока с одной стороны на общем основании, а с другой - на входном и выходном основаниях соответственно с образованием пространства для установки оправ со стороны входного и выходного оснований, позволяет выполнять монтаж/демонтаж независимо для каждой оправы без демонтажа/монтажа каких либо еще конструктивных элементов, что положительно влияет на технический результат.
Дополнительное выполнение в основаниях и в направляющих потока каналов для размещения электрических проводников с выходом в размещенную на общем основании соединительную коробку с электрическим разъемом для подключения к приборам, позволяет обеспечить проведение измерений различных параметров внутри съемной кассеты с возможностью достаточно простого изменения конфигурации измерительных средств, что расширяет эксплуатационные возможности.
Оснащение оправ со стороны входных и выходных направляющих потока и входных и выходных направляющих потока со стороны оправ элементами взаимного сопряжения в виде выступов и соответствующих пазов и закрепление оправ на общем и/или входном и/или выходном основаниях, позволяет упростить монтаж оправ в съемную кассету, а также при необходимости обеспечить его однозначность, что также положительно влияет на технический результат.
Выполнение элементов крепления к усилительному модулю в виде, по меньшей мере, одного закрепленного на общем основании кронштейна со съемной ручкой или встроенной выдвижной ручкой с пружинным возвратным механизмом, позволяет упростить монтаж/демонтаж съемной кассеты в усилительный модуль.
Выполнение гидродинамических профилей на входных и выходных направляющих потока на всю глубину деталей, а стабилизаторов в виде отдельных пластин, закрепляемых на выходной направляющей сваркой или пайкой, или приклеиванием, позволяет использовать более простое оборудования для обработки деталей «на проход», что упрощает изготовление.
Рассмотрим реализацию предлагаемого изобретения, представленного на фиг. 1, 2.
На фиг. 1 - аксонометрическое изображение съемной кассеты для усилительного модуля;
На фиг. 2 - схема установки оправ в съемную кассету для усилительного модуля.
На фигурах позициями обозначены:
1 - активный элемент;
2 - оправа;
3 - общее основание;
4 - входное основание;
5 - выходное основание;
6 - входная направляющая потока;
7 - выходная направляющая потока;
8 - соединительная коробка;
9 - крышка соединительной коробки;
10 - жгут;
11 - электрический разъем;
12 - элемент крепления к усилительному модулю;
13 - гидродинамический профиль;
14 - элемент взаимного сопряжения в виде паза;
15 - стабилизатор;
16 - элемент взаимного сопряжения в виде выступа;
17 - каналы для размещения электрических проводников;
18 - выдвижная ручка.
Съемная кассета для усилительного модуля содержит активные элементы 1, оправы 2, общее основание 3, входное основание 4, выходное основание 5, входные направляющие потока 6, выходные направляющие потока 7, соединительную коробку 8 с крышкой 9, жгут 10 с электрическим разъемом 11 и элементы крепления к усилительному модулю 12.
Основания выполнены в виде толстых пластин. На входной направляющей потока 6 и выходной направляющей потока 7 на всю глубину деталей выполнены соответствующие гидродинамические профили 13 с эллиптическими поперечными сечениями и пазы 14 для сопряжения с оправами 2. На выходной направляющей потока 7 также выполнены узкие прорези, в которые устанавливаются и закрепляются при помощи лазерной сварки стабилизаторы 15 в виде тонких пластин. На оправах 2 выполнены элементы взаимного сопряжения в виде прямоугольных выступов 16 и ответных пазов 14 направляющих потока. В основаниях и направляющих потока выполнены каналы для размещения электрических проводников 17 в виде отверстий и пазов.
Дисковые активные элементы 1 установлены в оправы 2. Входные направляющие потока 6 со стороны одного из торцов закреплены с определенным шагом на внутренней поверхности входного основания 4, со стороны другого торца - на внутренней поверхности общего основания 3. Выходные направляющие потока 7 со стороны одного из торцов закреплены на внутренней поверхности выходного основания 5, со стороны другого торца - на внутренней поверхности общего основания 3. К входному основанию 4 и выходному основанию 5 с внешней стороны крепятся оправы 2. Таким образом, основания, направляющие потока и оправы 2 образуют щелевидные каналы для охлаждения каждого активного элемента 1.
К общему основанию 3 с внешней стороны крепятся соединительная коробка 8, оснащенная съемной крышкой 9, и элементы крепления к усилительному модулю 12. Каналы для размещения электрических проводников 17, выполненные в основаниях и направляющих потока, образуют единую систему с выходом во внутреннюю полость соединительной коробки 8. Элементы крепления к усилительному модулю 12 выполнены в виде двух кронштейнов с цилиндрическими полостями, в которые устанавливается составная П-образная выдвижная ручка 18, снабженная возвратными пружинами, или съемная ручка/съемные ручки.
Рассмотрим работу устройства.
Средства измерения, например, температурные датчики (на фиг. не показаны) монтируются заранее, например, на основаниях, при этом электрические проводники от средств измерения располагаются в каналах для размещения электрических проводников 17 и через общее основание 3 выводятся в соединительную коробку 8 при ее снятой крышке 9. Во внутреннем объеме соединительной коробки 8 выполняется соединение электрических проводников от средства измерения с проводниками жгута 10 с последующей установкой крышки 9.
Затем оправы 2 с заранее закрепленными в них активными элементами 1 устанавливаются в съемную кассету с совмещением соответствующих элементов взаимного сопряжения в виде выступов 16 на оправах 2 и элементов взаимного сопряжения в виде пазов 14 на направляющих потока с последующей фиксацией на входном основании 4 и выходном основании 5.
Далее, съемная кассета устанавливается в усилительный модуль (на фиг. не показан), с использованием выдвижной ручки 18 и фиксируется в нем с использованием элементов крепления к усилительному модулю 12. После чего, электрический разъем 11 сопрягается с проходным герметичным разъемом (на фиг. не показан), установленным на стенку усилительного модуля, и усилительный модуль герметизируется крышкой.
Демонтаж съемной кассеты из усилительного модуля, оправ 2 из съемной кассеты и средств измерения с/без демонтажом/демонтажа соответствующих электрических проводников производится в обратном порядке.
При работе усилительного модуля гидродинамические профили 13 входных направляющих потока 6 обеспечивают равномерное распределение основного потока охлаждающей среды между каналами при входе в съемную кассету и одновременно сжатие потока с соответствующим увеличением скорости для обеспечения эффективного охлаждения активных элементов 1, а также минимизируют сопротивление системы. Гидродинамические профили 13 выходных направляющих потока 7 обеспечивают замедление потока охлаждающей среды при его выходе из каналов в общий поток после прохождения через съемную кассету, при этом стабилизаторы 15 минимизируют вероятность образования застойных зон и переходных процессов в потоке охлаждающей среды, наличие которых может привести к нежелательным вибрациям и увеличению сопротивления системы.
На предприятии была проведена конструкторская разработка и изготовлен опытный образец, который прошел испытания в составе усилительного модуля лазерной установки. Таким образом, предлагаемое изобретение позволило упростить изготовление за счет выполнения сложных элементов на разных деталях и выполнения ряда элементов всю глубину деталей с использованием более простого оборудования, а также в расширить эксплуатационные возможности за счет возможности независимой замены оправ и направляющих потока, возможности проведения измерений различных параметров внутри съемной кассеты с достаточно простым изменением конфигурации измерительных средств, упрощения монтажа/демонтажа как оправ в съемную кассету, так и съемной кассеты в усилительный модуль.