СИСТЕМА ТЕПЛОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК H01S3/04 

Изобретение относится к лазерной технике, в том числе к устройствам для обеспечения стабильной работы лазера.

Известна система тепловой стабилизации лазерного излучателя [1] содержащая устройство для осуществления циркуляции теплоносителя, выполненного в виде центробежного насоса, состоящего из корпуса с входным и выходным отверстиями.

Недостатком указанного устройства является то, что необходимо использовать для охлаждения теплоносителя водяную систему, которая затрудняет широкое использование лазерной установки небольшой мощности.

Известна система тепловой стабилизации лазерного излучателя [2] в которую входят теплообменник с встроенным осевым вентилятором, устройство для осуществления циркуляции теплоносителя, выполненного в виде насоса, состоящего из корпуса с входным и выходным отверстиями, рабочего колеса и связанного с теплообменником и с блоком охлаждения.

Недостатком указанной системы является то, что конструкция теплообменника излишне сложна и недостаточно надежна в работе из-за необходимости большого количества сварных или паяных элементов. Ввиду неравномерного смешивания теплоносителя нарушается стабильность излучения лазера.

Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства, повышение надежности и стабильности лазерного излучения.

Задача решается за счет того, что в системе тепловой стабилизации лазерного излучателя, содержащей теплообменник с встроенным осевым вентилятором, устройство для осуществления циркуляции теплоносителя, выполненного в виде насоса, состоящего из корпуса с входным и выходным отверстиями, рабочего колеса и связанного с теплообменником и с блоком лазерного излучения, теплообменник выполнен в виде набора цельных плит с прорезями, образующими в плитах ребра, в которых расположены каналы, сообщающиеся между собой посредством двух плоскостей, находящихся по концам каналов, причем каждая полость плиты сообщается с одной из полостей рядом расположенной плиты, а сечение ребра выполнены в виде ромба со скругленными вершинами и смещены в каждой последующей плите на расстояние, равное половине расстояния между ребрами, причем рабочее колесо и корпус в нижней части выполнен с меньшим диаметром ступенчатыми, причем в нижней части корпуса выполнены отверстия, расположенные с наклоном к оси вращения рабочего колеса.

Выполнение в системе тепловой стабилизации лазерного излучателя теплообменника в виде цельных плит с прорезями, образующими в плитах ребра, в которых расположены каналы, сообщающиеся между собой посредством двух полостей, находящихся по концам каналов, позволит отказаться от выполнения трудоемких и недостаточно надежных в эксплуатации сварных или же паяльных видов работ мелких изделий и заменить их на блочные цельнолитые конструкции, не требующие трудоемких механообрабатывающих и сборочных процессов.

Выполнение в системе тепловой стабилизации лазерного излучателя теплообменника в виде пакета цельных плит, каждая полость которых сообщается с одной из полостей рядом расположенной плиты, а также выполнение сечения ребра в виде ромба со скругленными вершинами и смещение ребер в каждой последующей плите на расстояние, равное половине расстояния между ребрами, позволит производить набор теплообменника из унифицированных элементов в зависимости от необходимой отводимой мощности.

Выполнение рабочего колеса и корпуса в нижней части меньшего диаметра и снабжение в нижней части корпуса дополнительными отверстиями, расположенными с наклоном к оси вращения рабочего колеса, позволит отказаться от использования дополнительных устройств для смешивания теплоносителя и тем самым позволит также упростить конструкцию, повысить ее надежность, а также повысит эффективность перемешивания теплоносителя, что стабилизирует качество излучения.

На фиг. 1 показана лазерная установка с предложенной системой тепловой стабилизации; на фиг.2 теплообменник; на фиг.3 соединение плит между собой; на фиг. 4 сечение А-А на фиг.2; на фиг.5 насос, разрез; на фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.5.

Предложенная система тепловой стабилизации лазерного излучателя содержит теплообменник 1 с встроенным осевым вентилятором 2, устройство 3 для осуществления циркуляции теплоносителя, выполненного в виде центробежного насоса 4, состоящего из корпуса 5 с входным 6 и выходным 7 отверстиями, рабочего колеса 8. Насос 4 связан с теплообменником 1 и с блоком 9 лазерного излучения посредством соединений 10, раздающих теплоноситель по узлам лазера, в том числе в блок генерации луча 11, источник питания 12, регистратор мощности 13 и т.д. Теплообменник 1 выполнен в виде набора цельных плит 14 с прорезями 15, образующими в плитах 14 ребра 16. В ребрах 16 расположены каналы 17, сообщающиеся между собой посредством двух полостей 18, расположенных по концам каналов 17. Каждая полость 18 плиты 14 сообщается с одной из полостей 18 рядом расположенной плиты 14 посредством отверстий 19 и уплотняется кольцами 20. Сечение ребра 16 для обеспечения эффективного теплосъема выполнены в виде ромба со скругленными вершинами. Ребра 16 смещены в каждой последующей плите 14 на расстояние, равное половине расстояния между ребрами 16. Рабочее колесо 8 и корпус 5 выполнены в нижней части с меньшим диаметром. Корпус 5 дополнительно снабжен отверстиями 21, расположенными в зоне ступеньки рабочего колеса 8 с наклоном к оси вращения рабочего колеса 8. Насос 4 частично погружен в теплоноситель, заполняющий емкость 22, где также размещены нагревательные элементы 23. В емкости 22, а также на входе теплообменника 1 установлены датчики температуры 24.

Предложенная система тепловой стабилизации лазерного излучателя работает следующим образом.

Включаются нагревательные элементы 23, разогревающие в емкости 22 теплоноситель до необходимой температуры, после чего по сигналу датчиков температуры 24 запускается насос 4, осуществляющий подачу теплоносителя по узлам лазера, в том числе в блок генерации луча 11, источник питания 12, регистратор мощности 13 и т.д. Сняв выделенное тепло в узлах лазера, теплоноситель поступает в плиты 14 теплообменника 1 через полость 18, откуда растекается по каналам 17. Из другой полости 18 плиты 14, теплоноситель поступает через отверстие 19 в полость рядом установленной плиты 14, где также проходит тот же путь только в обратном направлении. В зависимости от необходимой отводимой от излучателя мощности выбирается количество плит 14 в пакете. На стыке плиты уплотняются между собой кольцами 20. Образующиеся прорезями 15 в плитах 14 ребра 16 обдуваются воздухом, нагнетаемым осевым вентилятором 2. Для лучшего теплосъема, при минимальном сопротивлении воздушному потоку, сечение ребра 16 выполнены в виде ромба со скругленными вершинами и смещены в каждой последующей плите 14 на расстояние, равное расстоянию между ребрами 16. Протекая по набору цельных плит 14, теплоноситель охлаждается до необходимой температуры и поступает в емкость 22. Из емкости 22 центробежным насосом 4 через входное отверстие 6 теплоноситель всасывается в корпус 5, где рабочим колесом 8 выводится, основной объем через выходное отверстие 7, а часть объема через отверстия 21 в корпусе 5, расположенные в зоне ступеньки рабочего колеса 8 с наклоном к оси вращения рабочего колеса 8, что обеспечивает интенсивное перемешивание потоков теплоносителя.

Предложенная система тепловой стабилизации лазерного излучателя позволит значительно упростить конструкцию, повысить надежность и стабильность лазерного излучения.

Использование: изобретение относится к лазерной технике. Сущность: в системе тепловой стабилизации лазерного излучателя, содержащей теплообменник со встроенным осевым вентилятором, устройство для осуществления циркуляции, выполненное в виде центробежного насоса, состоящего из корпуса с входным и выходным отверстиями, рабочего колеса, связанного с теплообменником и блоком лазерного излучения, теплообменник выполнен в виде набора цельных плит с прорезями, образующими в плитах ребра, в которых расположены каналы. Кроме того, каналы сообщаются между собой посредством двух полостей, расположенных по концам каналов, каждая полость плиты сообщается с одной из полостей рядом расположенной плиты. Ребра выполнены в виде ромба со скруглениями вершинами, а также смещены в каждой плите на расстояние, равное половине расстояния между ребрами, рабочее колесо и корпус выполнены по диаметру ступенчатыми. Корпус дополнительно снабжен отверстиями, расположенными в зоне ступеньки рабочего колеса тангенциально и с наклоном к оси вращения рабочего колеса. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система тепловой стабилизации лазерного излучателя, содержащая теплообменник с встроенным осевым вентилятором, устройство для осуществления циркуляции, выполненное в виде насоса, состоящего из корпуса с входным и выходным отверстиями, рабочего колеса, связанного с теплообменником и с блоком лазерного излучения, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен в виде набора цельных плит с прорезями, образующими в плитах ребра, и снабжен каналами, расположенными в ребрах, сообщающимися между собой посредством двух полостей, расположенных по концам каналов. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждая полость одной из плит сообщается с полостью рядом расположенной плиты. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что сечение ребра выполнено в виде ромба. 4. Система по п.3, отличающаяся тем, что ребра выполнены с округленными краями. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что ребра смещены в каждой плите на расстояние, равное половине расстояния между ребрами. 6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что рабочее колесо и корпус выполнены в нижней части с меньшим диаметром. 7. Система по п.1, отличающаяся тем, что в нижней части корпуса выполнены отверстия, расположенные с наклоном к оси вращения колеса.