АНОДНЫЙ УЗЕЛ МОЩНОЙ ДУГОВОЙ ЛАМПЫ Советский патент 1972 года по МПК H01J61/73 

Изобретение относится к области высокоинтенсивных газоразрядных приборов, использующйх мощную электрическую дугу в качестве источника света.

В последние годы в связи с потребностями различных областей науки и техники резко возрос интерес к мощным оптическим излучателям, использующим дуговой разряд в тяжелых инертных газах. Сюда, в первую очередь, необходимо отнести короткодуговые лампы сверхвысокого давления и лампы с вихревой стабилизацией газового разряда. В этих лампах до 30% подводимой мощности рассеивается в виде тепла на торцовой части анода,контактирующей с электрической дугой. Для отвода выделяемого тепла в ряде типов ламп мощностью от 3 кет и выще применяют водяное охлаждение. Для этого во внутреннюю полость анода, выполняемого чаще всего «з меди, вставляют трубку, расположенную коаксиально относительно тела анода и образующую с дном полости анода зазор в несколько миллиметров. Отводится хладагент по кольцевому каналу, образованному боковой поверхностью полости и трубкой.

Таким образом, механизм теплопереноса может быть описан так: основная масса теплового потока дуги поступает на торец анода, проходит через стенку, отделяющую торец анода от его внутренней поверхности, и отводится потоком воды, набегающим перпендикулярно плоскости дна.

Эффективность любой системы охлаждений определяется тем критическим тепловым потоком, при превыщении которого пузырьковое кипение на охлаждаемой водой поверхносги переходит в пленочное. При этом интенсивность теплоотвода резко падает, и наступает разрушение прибора. При отсутствии внешних механических сил, действующих на паровой пузырь, его размеры определяются соотношением силы поверхностного натяжения и подъемной силы. Таким образом, равновесие этой системы можно нарушить механически.

путем (увеличением скорости и повышением степени турбулентности потока воды).

Однако при охлаждении анодного узла нэ описанной схеме направление потока воды противоположно направлению подъемной силы пузыря (лампы сверхвысокого давления большинстве своем работают в вертикальном положении - анодом вверх) и возможно образование застойных слоев и зон. Известна более усовершенствованная копструкция системы охлаждения (см. авт. сз. № 144234). Особенность ее заключается в том, что во внутреннюю полость анода вставляется перегородка постоянного по всей длине сечения, разделяющая полость на две чадругой отводится вода, охлаждающая электродный узел. Вода из одной части полости в другую перетекает через зазор, образованный дном полости анода и торцовой частью перегородки.

Основным преимуществом этой конструкции является то, что набегающий поток воды всегда направлен на сбой паровых пузырей, образующихся на поверхности дна полости анода. Однако и этой конструкции присущ недостаток, ограничивающий ее применение в мощных дуговых лампах. Он заключается в неравномерном теплосъеме с охлаждаемой поверхности. Так как перегородка занимает сравнительно малую часть поперечного сечения полости анода, то в результате между краем перегородки и дном полости скорость потока наивысщая. На участках же, удаленных от перегородки, скорость потока падает, образуются застойные зоны, уменьщается теплосъем, и прибор выходит из строя. Кроме того, не обеспечивается преимущественное направление потока через центральную часть перегородки по сравнению с ее периферией.

Цель описываемого изобретения - повышение интенсивности теплосъема с рабочей поверхности анода и особенно с его центральной зоны, так как для всех высокоинтенсивных дуг здесь наиболее высокая тепловая нагрузка (при максимально возможной утилизации давления в системе водяного охлаждения). Эта задача может быть решена созданием высокой степени турбулентности потока хладагента по всей поверхности теплосъема и выбором направления потока на сбой паровых пузырей.

В соответствии с изобретением торцовая часть перегородки, вставляемой в полость анода, выполняется с уширением, которое плотно заполняет сечение полости и между торцом которого и дном полости образуется канал с параллельными стенками, через который сообщаются обе части полости, разделенные перегородкой.

Для упрощения изготовления в теле перегородки со стороны рабочего торца делается углубление, внутрь которого плотно вставляется и припаивается цилиндрический вкладыщ с прорезями на торце, расположенными поперечно относительно потока воды. Размеры вкладыша (его диаметр и высота) таковы, что при установке собранной перегородки во внутреннюю полость анода образуются два боковых канала и канал с параллельными стенками необходимых размеров. Изменяя высоту вкладыща, можно использовать одну и ту же конструкцию перегородки для нескольких типов дуговых ламп с различной тепловой нагрузкой анода.

На фиг. 1 показан предлагаемый анодный узел, вид спереди; на фиг. 2 - разрез по Л-Л на фиг. 1; на фиг. 3 - перегородка, вид сбоку; на фиг. 4 - разрез по на фиг. 3; на фиг. 5 - вкладыш в трех проекциях.

Анодный узел мощной дуговой лампы (см. фиг. 1, 2) содержит полый медный анод /, во внутреннюю полость которого вставлена перегородка 2, разделяющая ее на две части, по одной из которых подводится, а по другой отводится вода, охлаждающая электродный узел. Перегородка 2 в торцовой части выполнена с ущирением, плотно заполняющим сечение полости анода. Со стороны торца в перегородке имеется углубление, в которое вставляется вкладыщ 3. Высота вкладыша выбрана таким образом, что его торцовая плоскость находится несколько ниже края перегородки, за счет чего между плоскостями дна полости и торца вкладыша образуется канал с параллельными стенками. На диаметрально противоположных частях боковой поверхности перегородки (см. фиг. 3, 4) имеются две прорези, которые совместно с боковыми поверхностями вкладыша и полости анода образуют два канала, соединяющих обе части полости с плоскопараллельным каналом. Для удобства входа и выхода воды края вкладыша, обтекаемые потоком, скругляются .(радиус 1-1,5мм).

На торцовой части перегородки (см. фиг. 1, 3, 4) имеются две пары буртиков, которые позволяют точно установить высоту канала с параллельными стенками и направить погок хладагента в центральную зону дна полости анода. Боковая поверхность буртиков плотно сопрягается с боковой поверхностью полости.

На фиг. 5 изображены три проекции вкладыша 3. Его плоская поверхность, обрашенная в сторону рабочей части анода, имеет ряд прорезей, перпендикулярных направлению набегающего потока хладагента. Глубина и ширина прорезей, а также расстояние между ними должны быть не более высоты канала с параллельными стенками. Вкладыш имеет также два плоских среза для более плавного входа и выхода воды.

На фиг. 1 показано направление воды, ох.лаждающей узел. Вода из широкой части проходит в узкий боковой канал, затем проходит через торцовой канал с параллельными стенками, выходит во второй боковой канал, попадает в другую часть полости анода и идет на слив. Таким образом, в канале с параллельными стенками поток направлен на сбой паровых пузырей, образующихся на поверхности дна полости.

Высота плоскопараллельного канала должна быть такой, чтобы она была равна или меньше диаметра паровых пузырей, образующихся при кипении воды. Ограничением со стороны уменьшения высоты канала является допустимая величина пропускной способности сечения.

Для увеличения интенсивности охлаждения центральной зоны анода ширина боковых прорезей выбирается таким образом, чтобы она не превышала 3/4 диаметра полости анода. При этом максимальная скорость потока в ка