ОПОРНО-НЕСУЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ТРАНСПОРТАБЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО ЛАЗЕРА
SUPPORT-BEARING STRUCTURE FOR TRANSPORTABLE ELECTRIC DISCHARGE LASER

Изобретение относится к средствам для размещения транспортабельных электроразрядных лазеров, а также может быть применено и для других электроразрядных высоковольтных передвижных устройств.
Известен резонатор лазера (патент РФ №2299505, МПК H01S 3/08, опубл. 20.05.2007 в бюл. №14), содержащий опорную конструкцию и несущую конструкцию с установленными на ней зеркалами и снабженную двумя устройствами для крепления на опорной конструкции.
Недостатком известного устройства является недостаточная жесткость и прочность конструкции для размещения на ней крупногабаритных массивных устройств (например, мощных электроразрядных газовых лазеров). Следует отметить и малый ресурс устройства вследствие низкой устойчивости опор к возникающим вибрационным и ударным воздействиям, сопровождаемым резонансом, во время перевозок.
Наиболее близким аналогом является фундамент на виброзащитных элементах (патент РФ №2383686, МПК E02D 27/44, опубл. 10.03.2010 в бюл. №7), содержащий ванну, размещенный в ней с зазором относительно стенок и днища фундаментный блок, шарнирно соединенный с виброизоляторами, установленными в днище ванны. Виброизоляторы связаны с фундаментным блоком посредством шарнирного рычага, связывающего фундаментный блок с опорным элементом виброизолятора, который содержит упругий элемент, корпус и маятниковый подвес. Корпус выполнен в виде короба с нижним основанием и верхней пластиной с отверстием для резьбовой шпильки маятникового подвеса, соединенными между собой тремя боковыми ребрами с образованием окна для размещения опорного рычага, на котором закреплен виброизолируемый объект.
Недостатком наиболее близкого аналога в случае использования его для размещения мощного электроразрядного газового лазера являются большие габариты и масса, а также сложность устройства, высокая цена, низкая надежность конструкции. Кроме того, наличие сложных и трудоемких в изготовлении демпфирующих элементов, которые могут приводить к возникновению резонансов во время транспортирования лазера, существенно снизит ресурс и качество работы как самой опорно-несущей конструкции, так и лазера.
Задача, решаемая предполагаемым изобретением, состоит в возможности длительного транспортирования мощного электроразрядного газового лазера, размещенного на заявленной опорно-несущей конструкции, с сохранением его технических характеристик во всем диапазоне частот и ускорений, характерных транспортным нагрузкам.
Технический результат, достигаемый при использовании предполагаемого изобретения, заключается:
- в обеспечении высокой прочности и жесткости конструкции при минимальных габаритах и массе, позволяющей работать лазеру даже при интенсивных механических нагрузках, возникающих во время транспортирования;
- в увеличении степени мобильности и функциональности лазера;
- в повышении надежности и увеличении ресурса работы лазера;
- в обеспечении технологичности конструкции;
- в снижении стоимости изготовления.
Технический результат достигается тем, что в опорно-несущей конструкции для транспортабельного электроразрядного лазера, содержащей фундаментный блок и ванну, фундаментный блок выполнен в виде рамы из труб прямоугольного сечения, с размещенной на ней и жестко скрепленной с ней плитой, трубы в раме расположены в продольном и поперечном направлениях, причем трубы одного направления расположены на расстоянии друг от друга и жестко связаны с трубами другого направления, ванна закреплена на раме, плита герметично закреплена над ванной, наполненной жидким диэлектриком, при этом в плите выполнено сквозное отверстие, расположенное над ванной. В плите над ванной установлен трубопровод контроля уровня заполнения жидким диэлектриком. Фундаментный блок и ванна выполнены из алюминиевого сплава АМг6. В качестве жидкого диэлектрика используют «Карбогал». Ванна содержит трубопровод для залива и слива жидкого диэлектрика. Плита выполнена из нескольких частей. Трубы рамы содержат диагональные укосины.
Выполнение фундаментного блока в виде рамы из труб прямоугольного сечения, которые расположены в продольном и поперечном направлениях (причем трубы одного направления расположены на расстоянии друг от друга и жестко связаны с трубами другого направления, которые также расположены на расстоянии друг от друга), с размещенной на ней и жестко скрепленной с ней плитой, обеспечивает высокие прочностные характеристики конструкции при минимальной массе, делает конструкцию наиболее технологичной в изготовлении, что снижает ее стоимость, позволяет в эксплуатации использовать имеющиеся пустоты для размещения в них оборудования и приборов лазера. Кроме того, наличие плиты, жестко скрепленной с рамой, позволяет жестко и прочно закрепить лазер на опорно-несущей конструкции с обеспечением герметичности внутреннего объема лазера, что уменьшает габариты и массу лазера, поскольку используются для герметичности элементы опорно-несущей конструкции.
Наличие у плиты сквозного отверстия, расположенного над ванной с жидким диэлектриком, позволяет через отверстие устанавливать высоковольтные части системы электропитания лазера в ванну, что существенно уменьшает общую высоту опорно-несущей конструкции, с размещенным на ней лазером, а также приближает центр масс изделия к опорной поверхности за счет утопления ванны в фундаментный блок, обеспечивая при этом большую устойчивость конструкции и исключая появления резонансных частот при транспортировании.
Ванна, наполненная жидким диэлектриком, позволяет разместить в ней высоковольтные элементы электрической части лазера при значительно меньших, чем в воздухе, расстояниях между элементами за счет значительно большого удельного сопротивления жидкого диэлектрика, что существенно уменьшает габариты и массу лазера, а значит - габариты и массу опорно-несущей конструкции.
То, что ванна опирается на раму и жестко скрепляется с ней и с плитой делает конструкцию жесткой и прочной, увеличивая ресурс и надежность опорно-несущей конструкции с размещенным на ней лазером.
Наличие у ванны элемента герметизации, расположенного по периметру ванны и соприкасающегося с поверхностью плиты обеспечивает максимально полное наполнение ванны жидким диэлектриком без его пролития и исключает вытекание жидкого диэлектрика за пределы ванны во время эксплуатации лазера, что увеличивает надежность, и ресурс конструкции повышает степень мобильности и функциональности лазера.
Наличие трубопровода контроля уровня заполнения жидким диэлектриком, установленного над ванной в плите, а также наличие в ванне трубопровода для залива и слива жидкого диэлектрика позволяет быстро осуществлять заполнение и слив жидкого диэлектрика, контролировать уровень заполнения ванны, а также обеспечивать объемное расширение жидкого диэлектрика при изменении его температуры. Конструкция становится более технологичной, повышается ее надежность.
В качестве диэлектрика может применяться «Карбогал» ТУ 95-1693-88, обладающий высоким значением пробивного напряжения (свыше 20 кВ/мм), высокой термической устойчивостью (не разлагается до нагревания свыше 500°C) и являющимся инертным по отношению к применяемым материалам. Ресурс изделия в этом случае значительно повышается, а габаритно-массовые показатели снижаются.
Фундаментный блок выполнен из алюминиевого сплава АМг6, что, наряду с обеспечением требуемой прочности и жесткости конструкции, позволяет значительно снизить вес конструкции, делая ее более мобильной и функциональной.
Трубы в раме соединены друг с другом при помощи резьбовых элементов и сварки, что обеспечивает с одной стороны высокую технологичность конструкции из-за удобства посекционной сборки при монтаже на транспортном средстве, с другой - высокую жесткость, прочность и большой ресурс конструкции.
Плита, выполненная из нескольких частей, позволяет облегчить изготовление, монтаж изделия, делая его более технологичным со снижением стоимости.
Использование в трубах диагональных укосин позволяет, в сравнении с известными аналогами, значительно снизить воздействие вибрации на установленное на опорно-несущую конструкцию изделие вследствие блокирования деформации трубы, сделать конструкцию более транспортабельной, обеспечивая при этом требуемую прочность и жесткость.
Устройство опорно-несущей конструкции поясняется фиг.1 и фиг.2, где 1 - плита центральная; 2 - две плиты малые; 3 - ванна; 4 - рама; 5, 6, 7, 8 - трубы прямоугольного сечения; 9 - трубопровод для залива и слива жидкого диэлектрика; 10 - трубопровод контроля уровня заполнения жидкого диэлектрика; 11 - высоковольтные устройства электроразрядного газового лазера; 12 - электроразрядный газовый лазер; 13, 14 - резьбовые элементы.
На фиг.1 представлена опорно-несущая конструкция с размещенным на ней электроразрядным газовым лазером. На фиг.2 представлен вид сверху на опорно-несущую конструкцию без лазера.
Рама 4, ванна 3 и плиты 1и 2 скрепляются между собой при помощи резьбовых элементов 13.
Рама 4 состоит из труб прямоугольного сечения 5, 6, 7 и 8. Трубы 5 и 8 расположены вдоль оси лазера, трубы 6 и 7 поперек на расстоянии друг от друга. Трубы 8 приварены к трубам 7, а трубы 5, 6 и 7 крепятся друг к другу при помощи резьбовых элементов 13.
Ванна 3 представляет собой сварную герметичную конструкцию, с установленным в ней трубопроводом для залива и слива жидкого диэлектрика 9, с помощью которого осуществляется заполнение и слив жидкого диэлектрика. Плита центральная 1 и плиты малые 2 соединены между собой резьбовыми элементами 14.
Вся конструкция может иметь длину от 3000 мм до 3500 мм, ширину от 3000 мм до 3400 мм, высоту от 2000 до 2500 мм и изготавливается из алюминиевого сплава АМг6. Толщина используемых листов сплава АМгб составляет 20^30 мм.
В ванну с габаритами: длина 3000 мм, ширина 2000 мм, высота 200 мм, - заливается около 900 кг жидкого диэлектрика «Карбогала», что обеспечивает электропрочность при напряжении порядка 300 кВ.
На такой опорно-несущей конструкции можно транспортировать лазер массой 6-7 тонн при вибрации с частотой до 2000 Гц и ускорением 3g.
Сборка опорно-несущей конструкции выполняется следующим образом: сначала на транспортном средстве выполняется сборка рамы 4, на которую сверху устанавливается ванна 3. В паз, выполненный на торце ванны, вставляется резиновая прокладка (на фиг. не показана), предназначенная для исключения утечек «Карбогала» из ванны. Далее на ванну устанавливаются плита центральная 1 и две малые 2. В дальнейшем плиты 1 и 2 стягиваются между собой при помощи болтовых соединений 14.
На плитах 1 и 2 выполнены группы отверстий для закрепления на них транспортабельного лазера 12.
После установки лазера 12 и высоковольтных устройств 11 ванна 3 через трубопровод для залива и слива жидкого диэлектрика 9 заполняется «Карбогалом», контроль заполнения осуществляется с помощью трубопровода контроля уровня заполнения жидкого диэлектрика 10.
Заявляемая опорно-несущая конструкция обеспечивает высокие прочностные характеристики при минимальных габаритах и массе, увеличивает надежность и ресурс, обеспечивает высокую технологичность со снижением стоимости изготовления, увеличивает степень мобильности и функциональность конструкции.
Все это позволяет в течение длительного времени транспортировать размещенный на опорно-несущей конструкции мощный электроразрядный газовый лазер, с сохранением его технических характеристик во всем диапазоне частот и ускорений, характерных транспортным нагрузкам.