ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА

Полезная модель относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве мощных источников света с рабочим током более 40 А, таких как газоразрядные лампы, применяемые для освещения производственных помещений, культурно-спортивных и архитектурных сооружений, а также для рекламного освещения.
Большое разнообразие конструкций колб газоразрядных ламп и материалов, применяемых для их изготовления, разнообразие конструкций катодов и огромный диапазон сил токов приводят к тому, что газоразрядные лампы отличаются большим числом вариантов конструкций металлических вакуумно-плотных вводов. (Рохлин Г.Н. Разрядные источники света. М. Энергоатомиздат, 1991, с.467-806)
Требование большой механической прочности колб и высокие температуры ламп в рабочем состоянии обусловили применение в газоразрядных лампах кварцевого стекла, которое и предопределило особенности технологии сборки этих ламп при газопламенной сварке деталей из тугоплавкого кварца и при изготовлении вакуумно-плотных соединений из несогласованных по температурному коэффициенту линейного расширения (ТКЛР) кварца и металлов токовых вводов.
Несмотря на то, что впаи кварца с металлом не могут быть согласованными, поскольку не существует металла со столь низким, как у кварца, ТКЛР, поэтому в настоящее время для обеспечения вакуумно-плотных спаев наиболее распространены ленточные (фольговые), стержневые (проволочные) и цилиндрические впаи. /Н.И.Чуркина, В.В.Литюшкин, А.П.Сивко; Под общей редакцией А.А.Прыткова. - Саранск: Мордов. кн. изд.-во, 2003, с.111-114, рис.3.13, рис.3-14; с.310-320, рис.6.23 г, рис.6.29 б/.
Для газоразрядных ламп сверхвысокого давления, мощных шаровых ртутных, ксеноновых трубчатых мощностью до 100 кВт, кварцевых импульсных применяются сложные цилиндрические фольговые впаи.
Ксеноновые трубчатые лампы выпускаются как с естественным, так и с водяным охлаждением. Высокие температуры требуют применения кварцевого стекла с соответствующими конструкциями молибденовых вводов на большие силы тока. Электроды ламп представляют собой стержни чаще всего из торированного вольфрама.
Ввод должен быть вакуумно-плотным во всем диапазоне температур при изготовлении и работе лампы в течение всего срока ее службы, достаточно механически прочным для выдерживания усилий, которые могут на него приходиться в процессе работы газоразрядной лампы, быть удобным по конструкции и несложным по технологическому исполнению.
5
Специфичными для газоразрядных ламп являются различные варианты вводов в кварцевое стекло, ТКР которого, как известно, настолько мал, что ни один металл не обеспечивает получения с ним согласованного спая. Для газоразрядных ламп с рабочими токами от 10 до 100 А применяются цилиндрические фольговые вводы различного диаметра. Молибденовая фольга толщиной 50-80 мкм свертывается в виде разомкнутого цилиндра. Внутрь цилиндра вставляется кварцевый вкладыш, который при диаметре больше 6-8 мм, делается полым. Полость внутри вкладыша замкнута при давлении наполняющих ее газов (0,2-0,25)·10 Па(150-200 мм.рт.ст.). Длина вкладыша меньше длины фольговой трубки настолько, чтобы к концам трубки можно было приварить цилиндрические части электрода с одной стороны и внешнего звена ввода - с другой. Подготовленная таким образом «ножка» вставляется в заготовленную трубчатую часть колбы лампы и заваривается в нее. Для плотного прилегания внутренней части цилиндра колбы к молибденовой трубке и последней к кварцевому вкладышу в процессе припайки в колбе лампы создается вакуум, что обеспечивает указанное плотное прилегание под давлением окружающего воздуха. Для
уменьшения разрывающих усилий между кварцем и фольгой, как вкладыш, так и внешняя сторона фольги покрывается тонким слоем переходного стекла. Цилиндрический фольговый впай включает: незамкнутый цилиндр из молибденовой фольги, кварцевое стекло, кварцевый вкладыш, муфта электрода, стержень электрода, стальной вывод. (Скобелев В.М., Афанасьев Е.И. Источники света и пускорегулирующая аппаратура. М., «Энергия», 1973, с.159-164, с.217-220).
Цилиндрические фольговые впаи представляют собой незамкнутый цилиндр из молибденовой фольги, который плотно надевается на откалиброванный кварцевый вкладыш, а зазор между краями фольги составляет 2 мм. Узел, состоящий из приваренных к фольговому цилиндру, токового ввода и электрода, помещают в кварцевую заготовку, на внутреннюю поверхность которой нанесен слой переходного стекла, после чего сваривают с нею.
Наиболее близким техническим решением к полезной модели является газоразрядная ксеноновая лампа с рабочим током более 40 А, которая включает в себя кварцевую трубку, внешние токовводы, вакуумный спай из молибденовой фольги, электроды, при этом для мощных источников света до 100 кВт применяются сложные цилиндрические фольговые спаи. Цилиндрические фольговые спаи представляют собой незамкнутый цилиндр из молибденовой фольги, который плотно надевается на откалиброванный кварцевый вкладыш, а зазор между краями фольги составляет 2 мм. Узел, состоящий из приваренных к фольговому цилиндру токового ввода и электрода, помещают в кварцевую заготовку, на внутреннюю поверхность которой нанесен слой переходного стекла, после чего сваривают с нею (см. (Скобелев В.М., Афанасьев Е.И. Источники света и пускорегулирующая аппаратура. М., «Энергия», 1973, с.159-164, с.217-220).
Надежность целостности известных конструкций вакуумных впаев, использованных в мощных газоразрядных лампах, предопределяется не только их конструкцией и технологией, следствием которых может быть проблемы тепловых напряжений, а еще и наличия электролиза, расстекловывания, газовых включений, что приводит к натеканию и, как результат, к выходу из строя ламп.
Необходимо отметить сложность конструктивного и технологического исполнения известных вакуумных впаев, применяемых в мощных газоразрядных лампах, а также, соответственно, высокая их себестоимость изготовления и в целом газоразрядных ламп.
Предлагаемой полезной моделью решается техническая задача по повышению срока службы и надежности работы за счет оптимальной выбранной геометрии вакуумно-плотного впая, увеличению его механической прочности с целью выдерживания усилий, которые могут на него приходиться в процессе работы лампы, быть удобным по конструктивному исполнению и несложным по технологическому исполнению.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении срока службы, надежности работы за счет оптимальной выбранной геометрии впая, исключении вероятности натекания в процессе изготовления, повышении прочности путем изменения конструкции вакуумного впая и увеличения объема монолитного кварцевого стекла, расширении функциональных возможностей, которое заключается в использовании впая как для газоразрядных, так и мощных галогенных ламп накаливания, а также снижении себестоимости за счет упрощения конструкции вакуумного впая и технологии его изготовления, и в целом мощных газоразрядных ламп.
Для достижения указанного технического результата в газоразрядной лампе, включающей в себя кварцевую трубку, внешние токовводы,
кварцевый вкладыш, вакуумный впай из молибденовой фольги, электроды, цоколь, вакуумный впай из молибденовой фольги выполнен из молибденовых ленточных полос, расположенных симметрично и на одном расстоянии относительно друг друга по цилиндрической поверхности кварцевого вкладыша и закрепленных с противоположных сторон кварцевого вкладыша с помощью скрепляющих втулок, причем количество полос, ширина и их длина зависит от мощности лампы, а между молибденовыми ленточными полосами образован кварцевый монолит, состоящий из частей кварцевой трубки и кварцевого вкладыша.
При этом каждая полоса молибденового ленточного вакуумного впая выполнена эллиптической формы в сечении с толщиной по оси симметрии 35-50 мкм, а длина каждой полосы ленточного вакуумного впая выполнена равной 50-70 мм, а ширина 7-16 мм.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежами, где на представленных фигурах изображено:
- фиг.1 - общий вид газоразрядной лампы с рабочим током более 40А в продольном разрезе;
- фиг.2 - газоразрядная лампа в продольном разрезе в сборе перед заваркой и откачкой;
- фиг.3 - электродный узел в сборе в продольном разрезе
- фиг.4 - разрез А-А фиг.2 вид молибденового фольгового вакуумного впая в разрезе с кварцевой трубкой и кварцевым вкладышем, возможные варианты его исполнения.
Газоразрядная лампа из кварцевой трубки 1, внешних токовводов 2, кварцевого вкладыша 3, вакуумного впая 4, электродов 5, цоколя 6.
Вакуумный впай 4 выполнен из молибденовых ленточных полос, расположенных симметрично и на одном расстоянии относительно друг друга по цилиндрической поверхности кварцевого вкладыша 3, и
закрепленных с противоположных сторон кварцевого вкладыша 3 с помощью скрепляющих втулок 7.
Между молибденовыми ленточными полосами вакуумного впая 4 образован кварцевый монолит 8, который состоит из частей кварцевой трубки 1 и кварцевого вкладыша 3. В качестве кварцевого вкладыша может быть использован кварцевый вкладыш откаченный до 200 мм.рт.ст. или цилиндрический монолитный кварцевый вкладыш.
При этом необходимо отметить, что количество полос, ширина и длина в вакуумном впае 4 зависит от мощности газоразрядной лампы.
Каждая полоса молибденового ленточного вакуумного впая 4 выполнена эллиптической формы в сечении с толщиной по оси симметрии 35-50 мкм, при этом длина полосы ленточного вакуумного впая выполнена равной 50-70 мм, а ширина 7-16 мм. Благодаря выбранной геометрии вакуумного впая, выполненного из молибденовых полос эллиптической формы с толщиной по оси симметрии 35-50 мкм, длины ленточного вакуумного впая равной 50-70 мм и ширины 7-16 мм позволили создать надежный источник света, которая способствует повышению его надежности работы и срока службы. Ширина, длина, толщина молибденовых полос вакуумного впая определены экспериментальным путем, а выход за указанные пределы выполнения размеров толщины, ширины и длины полос вакуумного впая ухудшает эксплуатационные характеристики и параметры газоразрядной лампы.
Вакуумный впай 4, выполненный из молибденовых ленточных полос, располагают симметрично и на одном расстоянии относительно друг друга. Затем эти ленточные молибденовые полосы закрепляют с помощью скрепляющих втулок 7, выполненных также из молибденовые полосы.
Вакуумный впай 4 плотно надевается на откалиброванный кварцевый вкладыш 3, на поверхность которого, как правило, наносится слой переходного стекла. При этом впай, выполненный из молибденовых ленточных полос, располагают по цилиндрической поверхности кварцевого
вкладыша 3. Молибденовые ленточные полосы закрепляют с противоположных сторон кварцевого вкладыша с помощью скрепляющих втулок 7. Узел, состоящий из приваренных к вакуумному впаю 4 токового ввода 2 и электрода 5, помещают в кварцевую заготовку.
Подготовленная таким образом «ножка» вставляется в заготовленную трубчатую часть колбы 1 газоразрядной лампы и заваривается в нее. Для плотного прилегания внутренней части цилиндра колбы 1 к вакуумному впаю 4 и последней к кварцевому вкладышу 3 в процессе припайки в колбе лампы создается вакуум, что обеспечивает указанное плотное прилегание под давлением окружающего воздуха. Для уменьшения разрывающих усилий между кварцем и молибденовыми полосами, как вкладыш, так и внешняя сторона полос молибденовой фольги, как правило, покрывается тонким слоем переходного стекла.
Предлагаемая геометрия выполнения вакуумного впая 4 из молибденовых полос позволили уменьшить тепловые нагрузки на вакуумный впай 4, исключить вероятность натекания, увеличить механическую прочность и тем самым использованная совокупность конструкторских решений дали возможность создать надежный мощный источник света для освещения производственных помещений, культурно-спортивных и архитектурных сооружений.
Предлагаемая полезная модель позволила исключить использования сложных конструкций вакуумных впаев для мощных источников света, соответственно, повысить срок службы и их надежность работы, а также снизить себестоимости за счет упрощения технологии изготовления вакуумного впая и в целом конструкции газоразрядной лампы.
Следует также добавить, что предложенная конструкция газоразрядной лампы дала возможность исключить из конструкции сложные цилиндрические фольговые спаи, которые требует высокой квалификации и трудоемкие в изготовлении, что в конечном итоги позволило упростить
конструкцию и технологию изготовления мощных источников света и, соответственно, снизить их себестоимость.
Таким образом, предложенная полезная модель газоразрядной лампы позволила создать мощный источник света, обеспечивающий повышение срока службы, надежность работы и механическую прочность, как при изготовлении, транспортировки, так и в процессе эксплуатации.