Электродный узел импульсного источника света

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при конструировании электродных узлов импульсных газоразрядных источников света. Сущность изобретения состоит в том, что электродный узел содержит электрод, защитную шайбу и кольцевой элемент уплотнения, установленные последовательно внутри цилиндрической ножки колбы, а также кольцевой герметизирующий элемент и зажимную гайку. Кольцевой элемент уплотнения установлен между внутренней цилиндрической поверхностью ножки колбы и боковой наружной поверхностью электрода. Герметизирующий элемент выполнен в виде набора шайб, а элемент уплотнения выполнен в виде набора колец. Кольца элемента уплотнения расположены в ножке колбы между шайбами герметизирующего элемента. На торце ножки колбы установлена демпфирующая шайба, поджатая к торцу посредством эластичной прокладки. Данная конструкция обеспечивает получение импульсного источника света с мощностью до 3 ГВт, с удельным энерговкладом 17 Дж/см³, яркостной температурой 20000 К, а также высокую надежность источника света и экономию за счет многократного использования колбы (около 1000 срабатываний), что является техническим результатом изобретения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к импульсным газоразрядным источникам света и может быть использовано при конструировании электродных узлов указанных источников, которые используются как мощные импульсные источники света в широком спектральном диапазоне.

Известны электродные узлы импульсных источников света с фольговыми или колпачковыми электровводами промышленного образца, например, лампы ИФП-20000 [1].

Такие лампы разрушаются в местах токовводов при вводимой мощности, превышающей P~1 ГВт.

Известны импульсные источники света - трубчатые лампы, электродный узел которых соединяется с кварцевой оболочкой через резиновую прокладку по наружной поверхности кварцевой трубки. Уплотнение и фиксация токоввода с электродом осуществляются с помощью вакуумного уплотнения [2].

Уплотнение электродного узла снаружи обладает тем недостатком, что в этом случае элементы законцовки источника света закрывают часть рабочего объема, когда он помещен в активную среду. Малый объем уплотняющего элемента не позволяет использовать его демпфирующих свойств.

Известен также импульсный источник света, содержащий цилиндрическую колбу с герметично вмонтированными с двух концов электродными узлами. Герметизация производится по внутренней поверхности. Электродный узел состоит из установленных внутри цилиндрической ножки колбы электрода, защитной шайбы, кольцевого элемента уплотнения, установленного между внутренней цилиндрической поверхностью ножки и боковой наружной поверхностью электрода, кольцевой шайбы и зажимной гайки [3].

Недостатком указанного источника света является малый объем элемента уплотнения, что не позволяет сохранить его демпфирующих свойств при увеличении энергии, вводимой в рабочий объем источника света.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является электродный узел импульсного источника света, содержащий последовательно установленные внутри цилиндрической ножки колбы электрод, защитную шайбу и кольцевой элемент уплотнения, установленный между внутренней цилиндрической поверхностью ножки и боковой наружной поверхностью электрода. Герметизация внутреннего объема колбы осуществляется кольцевой шайбой с коническим выступом, направленным в сторону элемента уплотнения, и зажимной гайки [4].

Источник света с таким электродным узлом может работать при удельном энерговкладе до ~15 Дж/см³ и мощности P~1 ГВт, достигая яркостной температуры ~5000 К. При увеличении энерговклада происходит разгерметизация и разрушение колбы.

Задача настоящего изобретения заключается в увеличении энерговклада и яркостной температуры импульсного источника света путем повышения надежности электродного узла.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения: - удельный энерговклад - 17 Дж/см³; - мощность ~ 3 ГВт; - яркостная температура ~20000 К; - экономия за счет многократного использования колбы; - высокая надежность источника света.

Для решения указанной задачи и достижения технического результата в электродном узле импульсного источника света, содержащем электрод, защитную шайбу и кольцевой элемент уплотнения, установленные последовательно внутри цилиндрической ножки колбы, а также кольцевой герметизирующий элемент и зажимную гайку, причем кольцевой элемент уплотнения установлен между внутренней цилиндрической поверхностью ножки колбы и боковой наружной поверхностью электрода, согласно изобретению в нем герметизирующий элемент выполнен в виде набора шайб, элемент уплотнения - в виде набора колец, установленных в ножке колбы между герметизирующими шайбами, а на торце ножки колбы установлена демпфирующая шайба, поджатая к торцу ножки колбы посредством эластичной прокладки. Элемент уплотнения и герметизирующий элемент установлены в ножке колбы на расстоянии от ее торца не менее одной толщины стенки колбы и имеют общую толщину не менее одного диаметра колбы.

Выполнение элемента уплотнения и герметизирующего элемента составными соответственно в виде набора колец и набора шайб, установка их с чередованием в ножке колбы и поджатие зажимной гайкой позволя.т надежно загерметизировать внутренний объем колбы и одновременно рассосредоточить нагрузку по поверхности ножки колбы за счет увеличения площади контакта с ее внутренней поверхностью, чего нельзя достичь при использовании монолитного элемента уплотнения. Наиболее оптимальным является расположение герметизирующего элемента и элемента уплотнения в ножке колбы на расстоянии от ее торца не менее толщины стенки колбы, а общая толщина элемента уплотнения и герметизирующего элемента выбрана не менее диаметра ножки колбы. При этом максимальное значение толщины выбирается из условия, чтобы не ухудшились требуемые характеристики источника света. Демпфирующая шайба, поджатая к торцу ножки колбы посредством эластичной прокладки, воспринимает осевые нагрузки при увеличении энергии, вводимой в колбу, и вместе с эластичной прокладкой уменьшает энергию упругих колебаний кварцевой колбы.

Таким образом, совокупность отличительных и ограничительных признаков изобретения повышает надежность электродного узла, что, в свою очередь, увеличивает срок службы импульсного источника света и позволяет увеличить энерговклад в рабочий объем колбы, а следовательно, значительно повысить яркостную температуру.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показало, что оно имеет отличительные признаки. Это позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "новизна". При анализе других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "изобретательский уровень".

На чертеже приведена схема заявляемого устройства, где: 1 - ножка колбы; 2 - электрод; 3 - кольцевой элемент уплотнения;
4 - кольцевой герметизирующий элемент;
5 - зажимная гайка;
6 - демпфирующая шайба;
7 - эластичная прокладка;
8 - стопорная гайка;
9 - защитная шайба;
10 - отверстие для замены газа-носителя.

Электродный узел состоит из кварцевой ножки колбы (1), в которой установлен электрод (2), наконечник которого может быть выполнен из вольфрамового сплава. Герметизация внутреннего объема колбы осуществляется за счет кольцевого элемента уплотнения (3), выполненного в виде набора колец, и кольцевого герметизирующего элемента (4), выполненного в виде набора шайб, поджатых гайкой (5). Демпфирование электродного узла обеспечивается шайбой (6), установленной на торце ножки (1) колбы и поджатой к нему стопорной гайкой (8) через эластичную прокладку (7). Для защиты кольцевого элемента уплотнения (3) от плазмы разряда предусмотрена шайба (9), выполненная из тугоплавкой молибденовой фольги. В электроде (2) для замены газа-носителя предусмотрено отверстие (10). Элемент уплотнения (3) и герметизирующий элемент (4) установлены в ножке (1) колбы на расстоянии h от ее торца, которое должно быть не менее толщины стенки колбы, а общая толщина элемента уплотнения и герметизирующего элемента составляет не менее одного диаметра колбы - D (см. чертеж).

Электродный узел импульсного источника света функционирует следующим образом.

Кольца (3) элемента уплотнения деформируются посредством кольцевых шайб (4) герметизирующего элемента и зажимной гайки (5). Поочередное расположение колец (3) и шайб (4) внутри ножки (1) колбы позволяет равномерно распределить механические нагрузки по внутренней стенке ножки колбы. Демпфирующая шайба (6) и эластичная прокладка (7), поджатые стопорной гайкой (8) к торцу ножки колбы, смягчают энергию упругих колебаний кварцевой колбы, возникающих при электрическом разряде.

Для доказательства соответствия технического решения критерию "промышленная применимость" были изготовлены и испытаны импульсные источники света с диаметрами колб 50, 70, 100 мм и длиной до ~1500 мм.

При испытании источников света получены следующие экспериментальные данные:
- удельный энерговклад ~17 Дж/см³;
- мощность ~3 ГВт;
- яркостная температура ~20000 К;
- ресурс (количество срабатываний) ~1000.

Литература
1. Маршак И.С. Импульсные источники света. М., 1963.

2. Журнал ПТЭ, 1973, N 2, с. 171.

3. Патент США N 3984719, H 01 J 61/06, опубл. 5.10.1976.

4. А. С. СССР N 931051, H 01 J 61/36, опубл. в Б.И. N 5, 1998, с. 511 (прототип).

Формула изобретения

1. Электродный узел импульсного источника света, содержащий электрод, защитную шайбу и кольцевой элемент уплотнения, установленные последовательно внутри цилиндрической ножки колбы, а также кольцевой герметизирующий элемент и зажимную гайку, при этом кольцевой элемент уплотнения установлен между внутренней цилиндрической поверхностью ножки колбы и боковой наружной поверхностью электрода, отличающийся тем, что кольцевой герметизирующий элемент выполнен в виде набора шайб, кольцевой элемент уплотнения - в виде набора колец, установленных в ножке колбы между герметизирующими шайбами, а на торце ножки колбы установлена демпфирующая шайба, поджатая к торцу посредством эластичной прокладки.

2. Электродный узел импульсного источника света по п.1, отличающийся тем, что кольцевой элемент уплотнения и кольцевой герметизирующий элемент установлены в ножке колбы на расстоянии от ее торца не менее толщины стенки колбы, а их общая толщина составляет не менее одного диаметра колбы.

РИСУНКИ

Рисунок 1