ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА
DISCHARGE LAMP

Изобретение относится к газоразрядной технике, а именно к газоразрядным лампам низкого давления, и может быть использовано как источник света для ограждения опор и линий высоковольтных электропередач и других высотных сооружений, нахождение которых в зоне движения и маневрирования воздушных судов может нарушить или ухудшить безопасность полетов.
Известна газоразрядная лампа низкого давления, в которой расположены разрядный капилляр, два электрода и перегородка. Электроды имеют форму цилиндров со сферическим дном и выполняют функцию холодных катодов. Перегородка установлена в середине капилляра между двух электродов и выполнена как единое целое с колбой лампы. Разрядный капилляр также герметично соединен с перегородкой и свободными концами входит в цилиндры электродов. Выводы электродов подключены к источнику питающего напряжения. Лампа работает как от постоянного, так и переменного напряжения. [Патент РФ №2299494, H01J 61/00, 20.05.2007 г.].
Недостатком этой лампы является ее низкая светоотдача из-за малой длины излучаемой поверхности линейного разрядного капилляра, а также не высокая механическая прочность конструкции лампы из-за консольного крепления разрядного капилляра в колбе лампы.
Известна газоразрядная лампа низкого давления, содержащая прозрачный корпус из стекла, в котором расположен разрядный капилляр в форме спирали с электродами на концах и наполненный газом, содержащим неон, опорную втулку из металла, охватывающую один из торцов корпуса, электродные держатели, соединяющие электроды с источником питания - линией электропередач. Опорная металлическая втулка имеет внешнюю поверхность с множеством заостренных элементов, которые при работе лампы способствуют стеканию накопленных на этом электроде электрических зарядов, обеспечивая тем самым прохождение разрядного тока в капилляре. Рабочие токи в лампе устанавливаются подбором металлической массы втулки, формой и количеством заостренных элементов на ней, а также выбором материалов покрытия заостренных элементов, таких как радиоактивные вещества или окислы щелочных металлов. [Патент США №2030491, B64F 1/20, 11.02.1936 г.]
Недостатком этой лампы является неоправданная сложность ее конструкции, необходимость индивидуального подбора элементов и узлов лампы для обеспечения заданного разрядного тока, использование в конструкции радиоактивных материалов. Все это делает лампу трудоемкой в изготовлении и сложной в использовании.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению является газоразрядная лампа, включающая прозрачный корпус, в котором расположены разрядный капилляр в форме спирали с электродами Технолюкс серии Маэстро на его концах, уплотнительные кольца, фиксирующие положение концов разрядного капилляра и образующие объем, заполненный прозрачной демпфирующей жидкостью на основе глицерина Д-98, опорные втулки из металла, охватывающие торцы корпуса, на которых закреплены фланцы с электродными держателями, объемы между уплотнительными кольцами и торцами корпуса, в которых расположены балластные резисторы, залитые эластичным компаундом, а разрядный капилляр наполнен смесью газов неона и аргона в соотношении (300:1)÷(400:1) и суммарном давлении 3≤p/d≤4, где р - давление газов, мм рт.ст., d - внутренний диаметр разрядного капилляра, мм [Патент РФ №2697189, H01J 61/02, 13.08.2019 г. - прототип].
Недостатком этой лампы является низкая ее надежность от использования в цепи питания балластных резисторов, разогревающихся до высокой температуры в ограниченном объеме в процессе их работы, а также использование электродов таких, как Технолюкс серии Маэстро, которые не обеспечивают совместимость по тепловым свойствам армированного стекла электродов и разрядного капилляра лампы и узкий диапазон рабочей температуры лампы, связанный с использованием глицерина Д-98 100% концентрации в качестве демпфирующей жидкости.
Все это усложняет конструкцию лампы, делает ее трудоемкой в изготовлении, ненадежной в эксплуатации и неприемлемой для использования в регионах с суровым и резко-континентальным климатом с большими перепадами температур.
Задачей заявляемого изобретения является создание газоразрядной лампы низкого давления с высокой яркостью и светоотдачей, с малым потреблением электрической энергии, большой надежностью и долговечностью, способной работать в сложных механо-климатических условиях.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной газоразрядной лампе, включающей прозрачный корпус, в котором расположены разрядный капилляр в форме спирали с электродами на его концах, уплотнительные кольца, фиксирующие положение концов разрядного капилляра и образующие объем, заполненный прозрачной демпфирующей жидкостью на основе глицерина Д-98, опорные втулки из металла, охватывающие торцы корпуса, на которых закреплены фланцы с электродными держателями, объемы между уплотнительными кольцами и торцами корпуса залитые эластичным компаундом, а разрядный капилляр наполнен смесью газов неона и аргона в соотношении (300:1)÷(400:1) и суммарном давлении 3≤p/d≤4, где р - давление газов, мм рт.ст., d - внутренний диаметр разрядного капилляра, мм, шаг t спирали разрядного капилляра, мм, выбран согласно соотношению 2D≤t≤3D, где D - внешний диаметр разрядного капилляра, мм, при этом электроды выполнены в виде полых цилиндров, а в качестве демпфирующей жидкости использован водный раствор глицерина 65÷70% концентрации.
Основными рабочими характеристиками газоразрядной лампы являются ее высокие яркость свечения и светоотдача при малом потреблении электрической энергии. Для обеспечения этих параметров из цепи питания лампы исключены балластные резисторы, а оптимизация по светоотдаче и стабильности горения газового разряда при заданных габаритах лампы проведена согласно соотношению 2D≤t≤3D, где t - шаг спиралеобразного капилляра, мм, D - наружный диаметр разрядного капилляра, мм. Если шаг спирали разрядного капилляра будет больше 3D, то его линейная длина будет меньше и соответственно будет меньше его светоотдача. При шаге спирали разрядного капилляра меньше 2D линейная длина разрядного капилляра увеличится, соответственно повысится и его светоотдача, но при этом возрастет энергопотребление в лампе за счет увеличения напряжения горения разряда и возникнут дополнительные пульсации в разрядном токе трубки в виде пробоя статических зарядов из-за близко расположенных витков капилляра друг к другу.
В тоже время, чтобы эти параметры сохранились при использовании лампы в любых механо-климатических условиях, она должна обладать высокой устойчивостью и прочностью при воздействии этих факторов, что достигается за счет заполнения объема корпуса лампы между уплотнительными кольцами водным раствором глицерина Д-98 с 65÷70-процентной концентрацией. Такой раствор глицерина способен работать без потери своих свойств в широком диапазоне температур от минус 60°С до плюс 140°С. Если концентрация глицерина в водном растворе не соответствует значениям 65-70%, то диапазон рабочих температур лампы уменьшается, что делает ее неприемлемой для использования в суровых климатических условиях.
Использование в лампе электродов в виде полых цилиндров с последующей их технологической обработкой в процессе откачки, тренировки и наполнения лампы для работы их в качестве катодов повышает механическую прочность, надежность и долговечность лампы, снижая трудоемкость ее изготовления. Предпочтительным материалом при изготовлении таких электродов является алюминиевая фольга, например, А-6 толщиной порядка 0,3 мм. Малая толщина используемого материала позволяет легко формировать из плоской прямоугольной заготовки электродную заготовку цилиндрической формы, а достаточно высокая упругость материала А-6 и его малый вес обеспечивают простую установку и надежное закрепление цилиндрической заготовки в стеклянной колбе. В дальнейшем в процессе откачки лампы, ее тренировки и наполнения рабочей смесью газов электродные узлы проходят технологическую обработку для работы их в качестве катодов. Эти одновременно проводимые работы снижают трудоемкость изготовления лампы, обеспечивают ее надежность и долговечность. Важным условием обеспечения долговечной и надежной работы лампы является также характер распределения газового разряда внутри цилиндрического полого катода при его работе. Во избежание распыления материала катода газовый разряд не должен замыкаться на острых торцевых краях цилиндрического полого катода. Это достигается оптимизацией габаритных размеров цилиндрического катода и характером вхождения газового разряда в его полость. При условии вхождения газового разряда в полость катода на 1/3 его длины, размер катода оптимизирован соотношением длины к диаметру 3:1. При большем соотношении уменьшается длина световой части разрядного капилляра, а при меньшем - разряд в катодной полости будет замыкаться на острые края торцевых частей катодного цилиндра, что приведет к распылению катодного узла и выходу лампы из строя.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующейся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня заявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, результаты которого показывают, что заявленное техническое решение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень» по действующему законодательству.
Заявленная газоразрядная лампа поясняется чертежом.
На фиг. 1 показан один из возможных вариантов газоразрядной лампы.
Лампа содержит спиралеобразный разрядный капилляр 1 с электродами 2 в виде полых цилиндров, расположенных на внутренних поверхностях стеклянных колб, при этом разрядный капилляр 1 установлен в защитном корпусе 3 из прозрачного кварцевого стекла и зафиксирован в корпусе в двух сечениях эластичными центраторами 4, выполненными, например, из силиконовой трубчатой резины, а в области электродов - уплотнительными кольцами 5 из эластичного материала, например, из пористой резины Р-29. Пространство в защитном корпусе 3 между уплотнительными кольцами 5 заполнено прозрачной демпфирующей жидкостью 6-водным раствором глицерина Д-98, а область между уплотнительными кольцами 5 и торцами защитного корпуса 3 залита эластичным компаундом 7, например, «Виксинт ПК-68». На концах защитного корпуса 3 установлены и закреплены клеем-герметиком опорные втулки 8, в которые резьбовым соединением вставлены фланцы 9 с электродными держателями 10. Электродные держатели 10 и выводы электродов 2 соединены гибкими проводниками 11 через контактные винты 12. Электродные держатели 10 предназначены для подключения питающего напряжения, а также для закрепления лампы при ее эксплуатации. Газоразрядная лампа откачена, оттренирована и наполнена смесью газов неона и аргона в соотношении 300:1 при суммарном давлении 10 мм рт.ст. Состав и давление рабочих газов оптимизированы для обеспечения в лампе высокой яркости и спектральной характеристики свечения разряда, долговечности и надежности.
Лампа работает следующим образом. На электродные узлы подается рабочее напряжение (постоянное или переменное). В капилляре газоразрядной трубки возникает газовый разряд. При питании лампы от постоянного напряжения электроды работают в неизменном режиме, как анодный и катодный электроды, а при переменном напряжении питания электроды в качестве анода и катода работают попеременно. Газовый разряд внутри узкого капилляра даже при малых рабочих токах (в пределах 12 мA) имеет высокую яркость свечения, а свернутый в спираль длинный разрядный капилляр позволяет получить большой световой поток в лампе.
Предлагаемая газоразрядная лампа имеет высокие яркость и светоотдачу при малом потреблении электроэнергии, а также обеспечивает высокие надежность, долговечность и механическую прочность.
Пример конкретного выполнения
Газоразрядная лампа с разрядным капилляром в виде спирали из стекла С-52, с шагом t=16 мм наполнена смесью газов неона и аргона в соотношении 300:1 при суммарном давлении 10 мм рт.ст. Электроды выполнены в виде полых цилиндров из алюминиевой фольги марки А-6 толщиной 0,3 мм. Напряжение возникновения разряда в лампе составляет 4,5 кВ, а напряжение поддержания разряда - 3,4 кВ. Лампа работает как от источника постоянного, так и от источника переменного с частотой 50 Гц напряжения в заданном диапазоне температур от -60°С до +60°С. Лампа имеет оранжево-красный цвет свечения. Излучаемый при разрядном токе в лампе 12 мА световой поток составляет 800 лм. Габаритные размеры лампы - 975 мм х ∅55 мм. Предлагаемая лампа проста в эксплуатации, надежна, долговечна, имеет малую потребляемую электрическую мощность и большую механическую прочность. Малое потребление электрической энергии и возможность работы такой лампы от источника постоянного и переменного напряжения и широком диапазоне температур открывает большие перспективы ее использования для обозначения линий и опор высоковольтных электропередач с питанием непосредственно за счет емкостной связи с токоведущими проводами линии электропередач.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет создать унифицированную газоразрядную лампу, используемую, как источник света для ограждения опор и линий высоковольтных электропередач и других высотных сооружений, обладающую высокой яркостью и светоотдачей при малом потреблении электроэнергии, а также высокой надежностью, долговечностью и механической прочностью.