УСТРОЙСТВО ГАЗООБМЕНА ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО CO-ЛАЗЕРА Российский патент 1997 года по МПК H01S3/22 

Изобретение относится к лазерному оборудованию, а точнее к устройству газообмена электрозарядного CO₂-лазера.

Известное устройство газообмена CO₂-лазера включает в свой состав систему газоподготовки, состоящую из трех линий, каждая из которых имеет баллон со сжатым газом CO₂, N₂ или He, редуктор, клапан отсечки. Каждая из этих трех линий газоподготовки соединена с газовым контуром CO₂-лазера через клапаны отсечки подсоединен вакуумный насос (см. схему системы газообмена лазера SP820, рис. 201 [1]). Недостаток этого устройства заключается в достаточно большом времени газонапуска, поскольку газы из каждой линии в газовый контур CO₂-лазера напускаются последовательно. Кроме того, устройство отличается значительной громоздкостью и высокой стоимостью из-за использования дорогих газов.

Известно также устройство газообмена электроразрядного лазера CO₂-лазера, включающее в свой состав систему газоподготовки, состоящую из трех линий, N₂ или CO₂, и каждая из этих линий соединена с общим смесителем газов. Смеситель газов системы газоподготовки соединен с газовым контуром CO₂-лазера через клапан отсечки и узел дозировки, состоящий из стабилизатора давления и дроссельной шайбы. С другой стороны к газовому контуру подсоединен через клапан отсечки вакуумный насос (см. схему системы газообмена лазера ИПТЛ-2, рис. 200 [1]). В данном устройстве приготовление газовой смеси осуществляется в смесителе, а точнее в двух смесителях, находящихся вне газового контура, что позволяет сократить время газонапуска. Это устройство является наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту, т.е. прототипом.

Недостаток прототипа заключается в громоздкости конструкции и высокой стоимости из-за использования дорогих газов, в особенности гелия.

Задачами изобретения являются повышение компактности и надежности конструкции, улучшение условий эксплуатации, и снижение себестоимости.

Указанные задачи в предложенном устройстве выполняются за счет того, что система газоподготовки выполнена в виде камеры сгорания с расположенным в ней горючим материалом, она снабжена устройством для поджига горючего материала, а между камерой сгорания и клапаном отсечки имеется фильтр очистки газовой смеси.

К данной части камеры сгорания может быть подсоединен сборник шлаковых отходов с заслонкой в нижней его части, а между сборником шлаковых отходов и камерой сгорания может быть расположена решетка для пропускания шлаковых отходов.

Кроме того, возможны варианты конструкции предложенного устройства, когда фильтр очистки выполнен сменным, а также когда стенки камеры выполнены из сгораемого материала, фильтр очистки и камера сгорания соединены торцевыми поверхностями в один блок, устанавливаемый фильтровой частью в приспособление мундштукового типа, соединяемого с клапаном отсечки.

Наличие в предложенном устройстве системы газоподготовки в виде камеры сгорания с расположенным в ней горючим материалом вместо системы газоподготовки, состоящей из баллонов со сжатым газом, редукторов и смесителей, позволяет повысить компактность конструкции.

Кроме того, использование в газовом контуре в качестве активной среды газообразных продуктов сгорания вместо дорогих газов приводит к снижению стоимости. Наличие в системе газонапуска устройства для поджига горючего материала позволяет автоматизировать процесс поджига, размещение после камеры сгорания фильтра очистки газовой смеси позволяет устранить опасность засорения клапанов отсечки, узла дозировки, газового контура и вакуумного насоса. Использование сменного фильтра очистки газовой смеси, объединения фильтра очистки и камеры сгорания в один блок и выполнение стенок камеры сгорания из сгораемого материала, а также подсоединение к донной части камеры сгорания сборника шлаковых отходов с заслонкой и решеткой между сборником и камерой сгорания приводят к устранению трудоемких операций периодической чистки фильтра и камеры сгорания. Все это повышает надежность и улучшает условия эксплуатации.

На фиг. 1, 2 показана конструкция устройства газообмена электроразрядного CO₂-лазера. Устройство состоит из камеры сгорания 1 с расположенным в ней горючим материалом 2, а также устройством для поджига 3 горючего материала 2. Устройство для поджига 3 может представлять собой провод с высоким электросопротивлением, нагреваемый электрическим током. В качестве горючего материала может использоваться твердое углеродосодержащее вещество, например очищенный и размельченный древесный уголь, активированный уголь, размельченный кокс или каменноугольный порошок, торф и др.

Камера сгорания соединена через фильтр очистки газовой смеси 4, клапан отсечки 5 и узел дозировки газовой смеси 6 с газовым контуром 7. С другой стороны к газовому контуру 7 подсоединен через клапан отсечки 8 вакуумный насос 9.

К донной части камеры сгорания может быть подсоединен сборник шлаковых отходов 10 с заслонкой 11, между сборником шлаковых отходов 10 и камерой сгорания 1 расположена решетка 12 для пропускания шлаковых отходов 13 (фиг. 1).

Фильтр 4 может быть выполнен съемным, для чего с камерой сгорания 1 и с клапаном отсечки 5 он соединяется с помощью быстроразъемных фланцев 14 и 15.

На фиг. 2 представлен вариант устройства, в котором стенки камеры сгорания 1 выполнены из сгораемого материала, например из бумаги или дерева. Фильтр очистки 4 и камера сгорания 1 соединены торцевыми поверхностями в один блок, устанавливаемый фильтровой частью приспособления мундштукового типа 16, соединенной с клапаном отсечки 5.

Устройство газообмена электроразрядного CO₂-лазера работает следующим образом. Из газового контура 1 при помощи вакуумного насоса 9 при открытом клапане отсечки 8 откачивают воздух до требуемого давления. В камеру сгорания 1 загружают горючий материал 2, который поджигают устройством для поджига 3. После этого открывают клапан отсечки 5 и газообразные продукты сгорания поступают через фильтр очистки 4, клапан отсечки 5 и узел дозировки газовой смеси 6 в газовый контур 7. Продукты сгорания, очищенные от твердых частиц в фильтре очистки 4 представляют собой, в основном, смесь молекул CO₂ и N₂, являющихся основными компонентами газовой смеси CO₂-лазеров. Необходимое давление газовой смеси в газовом контуре 7 регулируют клапаном отсечки 8, а степень обновления отработанной смеси регулируют клапаном отсечки 5 и узлом дозировки 6.

При наличии сменного фильтра очистки 4 периодическую его смену осуществляют с помощью его отсоединения от быстроразъемных фланцев 14 и 15. При подсоединении к донной части камеры сгорания 1 сборника шлаковых отходов 10, шлаковые отходы 13 проходят через сетку 12 и накапливаются в нижней части сборника 10. Шлаковые отходы 13 периодически удаляют, открывая заслонку 11.

В случае выполнения камеры сгорания 1 из сгораемого материала и объединении камеры сгорания 1 с фильтром очистки 4 в один блок, этот блок устанавливают фильтровой частью в приспособление мундштукового типа 16, соединенное с клапаном отсечки 5. Сгорание горючего материала 2 происходит вместе с сгоранием камеры сгорания 1. После их полного сгорания остатки фильтра 4 извлекают из приспособления мундштукового типа 16 и вставляют новый блок.

Литература.

1. Технологические лазеры: Справочник: в 2 т. т. 1: Расчет проектирования и эксплуатация. Г.А. Абильсиитов, В.С. Голубев, В.Г. Гонтарь; Под общ. ред. Г.А. Абильсиитова. М. Машиностроение, 1991, 432 с.

Устройство газообмена электроразрядного CO₂-лазера вырабатывает необходимую для работы газовую смесь, содержащую двуокись углерода и азот путем сжигания углеродосодержащей горючей смеси в кислороде воздуха. Для удобства использования горючая смесь упакована в сгораемую камеру, снабжена фильтром, установлена в мундштук по типу сигарет. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство газообмена электроразрядного СО₂-лазера, включающее в свой состав систему газоподготовки, соединенную с газовым контуром СО₂-лазера через клапан отсечки, и узел дозировки газовой смеси с одной стороны, а также вакуумный насос, соединенный через клапан отсечки с газовым контуром с другой стороны, отличающееся тем, что система газоподготовки выполнена в виде камеры сгорания с расположенным в ней горючим материалом, она снабжена устройством для поджига горючего материала, а между камерой сгорания и клапаном отсечки имеется фильтр очистки газовой смеси. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к донной части камеры сгорания подсоединен сборник шлаковых отходов с заслонкой в нижней его части, а между сборником шлаковых отходов и камерой сгорания расположена решетка для пропускания шлаковых отходов. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что фильтр выполнен сменным. 4. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что стенки камеры сгорания выполнены из сгораемого материала, фильтр очистки и камеры сгорания соединены торцевыми поверхностями в один блок, устанавливаемый фильтровой частью в приспособление мундштукового типа, соединенного с клапаном отсечки.