ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА
GAS TUBE

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности, усовершенствует газоразрядные осветительные лампы высокого давления.
Известна газоразрядная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными спиральными электродами, помещенную во внешнюю стеклянную колбу, присоединенную к цоколю, наполненную, по меньшей мере, одним из инертных газов и/или смесью инертных газов (Рохлин Г.Н. Газоразрядные источники света. Москва: Энергоатомиздат, 1991 г., стр.583-606).
Дуговой разряд в горелке с излучающим составом генерирует излучение в оптической области спектра и как источник этого излучения используется в народном хозяйстве.
Недостатками указанной лампы являются ненадежное зажигание и недостаточный срок службы, вследствие использования в них спиральных электродов из тугоплавкого металла, на которые невозможно закрепить необходимое количество эмиттера, что и является причиной ненадежного зажигания и недостаточного срока службы.
Наиболее близкой по технической сущности является газоразрядная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными спеченными или иными электродами, помещенную во внешнюю стеклянную колбу, наполненную, по меньшей мере, одним из инертных газов и/или смесью инертных газов, присоединенную к цоколю (Патент РФ № 2195743).
В описываемой лампе использованы спеченные или иные электроды, которые позволяют обеспечивать надежность зажигания ламп, в то числе при отрицательных температурах, что устраняет недостатки лампы-аналога.
Недостатком указанной лампы является большая себестоимость изготовления из-за избыточных по мнению авторов для горелок и внешней колбы размеров в конструкции лампы со спеченными электродами.
Целью предлагаемого изобретения является уменьшение себестоимости ламп за счет уменьшения в газоразрядной лампе со спеченными электродами размеров горелки, внешнего баллона, тренировки горелок и ламп и т.д.
-3
-3
Поставленная цель достигается тем, что в газоразрядной лампе, содержащей горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными спеченными или иными электродами, помещенную во внешнюю стеклянную колбу, присоединенную к цоколю, наполненную, по меньшей мере, одним из инертных газов и/или смесью инертных газов, отношение объема горелки к объему внешней колбы находится в пределах от 8,16×10 до 25,2×10, а отношение давления, по меньшей мере, одного из инертных газов и/или смеси инертных газов в кПа к мощности лампы в кВт находится в пределах от 25,7 до 280,0 кПа/кВт.
В экспериментально определенной конструкции газоразрядной лампы по предлагаемому изобретению удается уменьшить себестоимость ее изготовления за счет уменьшения габаритов внешней колбы, уменьшения размеров горелки, устранения одного из ограничительных сопротивлений, замены мастичного цоколя на резьбовой и т.д.
Принцип работы газоразрядной лампы заключается в следующем. Лампа включается в сеть питающего напряжения последовательно с балластным сопротивлением: активным, индуктивным, емкостным, комбинированным или электронным. При подаче питающего напряжения на спеченные или иные электроды лампы, под воздействием высоковольтного импульса или без него происходит пробой уменьшенного газоразрядного промежутка горелки и развитие в нем дугового разряда в среде рабочего состава. Дуговой разряд генерирует излучение в оптической области спектра: ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной, которое и используется для освещения объектов или в технических целях.
Сущность предлагаемого изобретения пояснена чертежом. Газоразрядная лампа содержит горелку (1) из кварца, поликристаллического оксида алюминия или другого прозрачного в оптической области спектра тугоплавкого материала. В горелку (1) герметично установлены спеченные или иные электроды (2), представляющие собой стержень из тугоплавкого металла, на который надета спеченная масса из смеси порошков тугоплавкого металла и эмиттера или традиционные спиральные электроды. С помощью элементов монтажа горелка (1) закреплена во внешней стеклянной колбе (3), наполненной, по меньшей мере, одним из инертных газов и/или смесью инертных газов. Внешняя колба (3) присоединена к цоколю (4).
-3
-3
Важным является отношение объема горелки к объему внешней колбы, оно определено экспериментально и находится в пределах от 8,16×10 до 25,2×10.
-3
При величине этого отношения, большей, чем 8,16×10, габариты лампы являются излишними для получения максимальных значений срока службы и светового потока.
-3
При величине этого отношения, меньшей, чем 25,2×10, тeплoвoй режим работы лампы становится излишне жестким, что приводит к уменьшению срока службы.
Приведенное соотношение получено экспериментальным путем.
При выполнении этого соотношения без ущерба для срока службы, стабильности зажигания ламп и уровня светового потока достигается максимальное снижение себестоимости ламп, т.е. цель предлагаемого изобретения.
Отношение давления, по меньшей мере, одного из инертных газов и/или смеси инертных газов в кПа, к мощности лампы в кВт находится в пределах от 25,7 до 280 кПа/кВт.
При значении этого соотношения, превышающем 280 кПа/кВт, лампы часто становятся взрывоопасными в рабочем состоянии.
При значении этого соотношения, меньшем, чем 25,7 кПа/кВт, колбы ламп нагреваются во время работы до температуры размягчения стекла колбы, что приводит к деформации колбы под действием атмосферного давления и выходу ламп из строя.
В качестве, по меньшей мере, одного из инертных газов и/или смеси инертных газов используется азот, аргон, криптон и/или их смеси.
Давление, по меньшей мере, одного из инертных газов и/или смеси инертных газов выбирается из расчета его давления на уровне атмосферного при номинальной работе лампы (при этом внешняя колба не испытывает нагрузок, связанных с давлением инертного газа). Из экспериментальных данных определено, что при наполнении внешней колбы при комнатной температуре такое давление должно составлять от 22,0 кПа до 35,0 кПа в зависимости от мощности ламп. Причем, чем выше мощность ламп, тем меньшим должно быть давление инертного газа, т.к. при номинальном режиме работы лампы более мощная лампа нагревается до более высокой температуры и, таким образом, чтобы давление во внешней колбе не превысило атмосферное, необходимо снижать начальное давление, по меньшей мере, одного из инертных газов и/или смеси инертных газов при комнатной температуре.
Таким образом, при давлении инертного газа в пределах от 18,0 кПа до 35,0 кПа создаются наиболее благоприятные условия для работы ламп.
Вне указанного диапазона эти условия ухудшаются: при меньшем давлении при работе лампы возможен перегрев колбы ламп, при большем давлении температура колбы и горелки уменьшаются и происходит существенный спад светового потока.
Практическая ценность предлагаемого изобретения заключается в том, что использование спеченных и иных электродов в газоразрядных лампах, за счет меньшей температуры электродов, по сравнению с традиционными спеченными электродами, в номинальном режиме работы ламп, позволяет без снижения срока службы ужесточить тепловой режим работы ламп. То есть появляется возможность уменьшения размеров внешней стеклянной колбы ламп. При этом экономятся материалы на упаковку ламп, на детали монтажа горелки на ножку и т.д.
Кроме того, появляется возможность уменьшения размеров и горелок ламп, опять же без отрицательных последствий.
Повышение стабильности зажигания ламп, в том числе при отрицательных (до -60°С) температурах делает возможным применения в лампах одного ограничительного сопротивления вместо двух.
В техническом решении по предлагаемому изобретению, опять же при повышении надежности зажигания, вследствие преимуществ спеченных электродов и уменьшения межэлектродного расстояния, появляется возможность устранения тренировок горелок и ламп, без отрицательных последствий для стабильности зажигания ламп.
Таблица
№ п/п
Параметры ламп
Значение параметров для исполнений ламп
1
2
3
4
1
V<sub>г</sub>, см<sup>3</sup>
2,041
7,720
14,75
38,31
2
V<sub>K</sub>, см<sup>3</sup>
250,0
410,0
700,0
1520,0
3
Отношение V<sub>г</sub>, см<sup>3</sup>/V<sub>k</sub>, см<sup>3</sup>
8,16×10<sup>-3</sup>
18,8×10<sup>-3</sup>
21,1×10<sup>-3</sup>
25,2×10<sup>-3</sup>
4
Р<sub>л</sub>, кВт
0,125
0,250
0,400
0,700
5
Р<sub>нг</sub>, кПа
35,0
22,5
18,5
18,0
6
Отношение Р<sub>нг</sub>/Р<sub>л</sub>
280,0
90,0
46,5
25,7
Использование предлагаемого изобретения в производстве газоразрядных ламп со спеченными электродами позволяет снизить себестоимость ламп за счет:
1. Сокращения расхода кварца
2
- из-за уменьшения межэлектродного расстояния в горелке ДРЛ 250 с 49 мм до 47 мм, в горелке ДРЛ 400 с 70 мм до 65 мм при сохранении диаметра горелки. Нагрузка на кварц увеличится, но не превысит 13,5 Вт/см, как у существующих горелок ДРЛ 125, и не окажет отрицательного влияния на срок службы ламп. Напряжение зажигания ламп снизится, лампы будут быстрее входить в рабочий режим и создадутся благоприятные условия для работы электродов.
2. Исключения, как вариант, одного из резисторов
- использование спеченных электродов вместо спиральных электродов снижает напряжение зажигания ламп в среднем на 20 вольт (в т.ч. при отрицательных температурах -25°С, -40°С), а использование одного резистора вместо двух в лампах со спиральными электродами снижает напряжение зажигания лишь на 14 вольт. Попытки по исключению резистора ранее не могли быть успешными, т.к. лишь модернизированный в течение последнего года спеченный электрод дает запас по напряжению зажигания и возможности по увеличению тепловой нагрузки.
3. Исключения процесса тренировки горелок и ламп
- сниженное на 20 В напряжение зажигания при отрицательных температурах (-25°С и -40°С), т.е. самых жестких условий эксплуатации, не изменяется, как показали эксперименты, и без тренировки горелок и ламп (для ламп после 0 часов и после 100 часов горения).
4. Использования колбы меньших габаритов
- спеченные электроды в номинальном режиме работы ламп ДРЛ нагреваются до температуры на 300-400°С меньшей соответствующей для ламп со спиральными электродами. Появляется возможность ужесточения теплового режима горелок ламп со спеченными электродами, т.е. уменьшения габаритов внешней колбы ламп. Поэтому лампу со спеченными электродами ДРЛ 125 возможно изготавливать в колбе диаметром 75 мм вместо 76 мм, лампу ДРЛ 250 возможно изготавливать в колбе диаметром 76 мм вместо 89 мм (увеличив диаметр горла с 37 мм до 41 мм), лампу ДРЛ 400 изготавливать в колбе диаметром 89 мм вместо 120 мм.
Кроме снижения себестоимости изготовления колбы при этом снижается расход люминофора, упаковки ламп, материалов на элементы монтажа горелки на ножку и т.д.
5. Исключения мастичного цоколевания ламп
- меньшая разница диаметра колбы и горла позволит выдерживать толщину стенки горла колбы не менее 1,0 мм. Это является одним из основных условий для качественной резьбовой формовки горла. Кроме того, меньшая высота колбы также положительно сказывается на стабильности толщины стенки горла колбы лампы.
Общее снижение себестоимости по указанным факторам составляет, ориентировочно, 4,5 руб. из расчета на одну лампу ДРЛ 250, что при плане производства на уровне 2,5 млн шт. в год дает экономический эффект в размере 11,25 млн руб.