 |
 |
 |
 |
Баланс энергии столба. Теоретические и экспериментальные методы определения баланса и его составляющих были рассмотрены В § 4.10, 6.2, 7.5.
Удельная мощность суммарного излучения столба кварцевых трубчатых ламп является приблизительно линейной функцией удельной мощности столба и практически не зависит от давления и диаметра (см. § 4.10). Согласно исследованиям В. Эленбааса [4.1] для ртутно-кварцевых трубчатых ламп ВД
Ф1выш=-Тст (Рют-Pit) « 0,72Р,ст [ 1- (10/Р,ст) j.
Формула проверена при изменении Рит от 20 до 100 Вт/см, ptZi>105 (р. Па, du см).
В гл. 4 указывалось, что с ростом Рт происходит медленный рост Pit. По экспериментальным данным В. Эленбааса 1966 г. этот рост можно представить в виде эмпирической формулы
-Pit 4,5PicT проверенной в пределах изменения Рит от 25 до 80 Вт/см.
Далее, ио более поздним измерениям тст~0,65. Изложение-этих результатов и их обсуждение приведены в § 16.2. Примем
для инженерных расчетов среднее значение тст=0,68. Тогда с учетом этих результатов получим
Фхвыш 0,68 (Pi, - Pi,) 0,68Pi„ 11 - (4.5/PL)]. (14.6)
Отсюда т]сум = 0,68[1 - (4,5/P?ci)] и доля мощности столба, идущая на нагревание трубки из кварцевого стекла
«ст = I - TJcyv, 0.32 + (3,0/Р?ё; (14.7)
Фактически «ст зависят от качества кварцевого стекла и технологии изготовления ламп и могут меняться в пределах ± (5- 7) %. Кроме того, при расчетах надо иметь в виду, что в процессе горения разрядные трубки темнеют и Ост увеличивается.
Выбор режима работы и расчет трубчатых ламп (см. также гл. 6, 7 и 9). Расчет производится путем решения системы уравнений, рассмотренных в гл. 6. Порядок расчета зависит от заданных исходных данных. Задача решается сравнительно просто, если, например, заданы мощность лампы Рл, рабочее напряжение на лампе f/л, рабочее давление паров ртути р, температура колбы и условия ее охлаждения. Могут быть заданы и другие параметры.
Для практики весьма важно нахождение оптимальных параметров лампы применительно к определенным условиям ее эксплуатации. Для решения подобной задачи необходимо произвести расчет серии ламп с переменными параметрами и выбрать
Рис. 14.6. Зависимость яркости в середине шнура разряда от удельной мощности для ртутных трубчатых ламн различного диаметра
ИЗ них оптимальную. Одна из главных трудностей при этом заключается в недостаточном количестве данных о связи полного срока службы ламп и спада излучения с расчетными параметрами.
Ртутные лампы трубчатой формы с естественным охлаждением используются преимущественно как источники излучения в видимой или УФ частях спектра. С этой точки зрения важна задача нахождения напряжения,
15 мм |
40 Р,ет»Вт/сМ
лампы заданной мощности и обладающей максимальным КПД или световой отдачей при сроке службы не менее требуемого.
Если заданы Рит и t/ji, то приблизительно задана и величина приэлектродных потерь. Что касается КПД столба, то для его повышения необходимо повышать Put и выбирать значения давления и диаметра трубки, обеспечивающие наибольший выход излучения в требуемой области спектра. Из приведенных выше данных вытекает, что для получения наибольшей световой отдачи столба следует выбирать давление паров ртути примерно от 5-1№ до 10-10 Па (5-10 атм) и увеличивать диаметр трубки, в то время как для получения максимального КПД излучения в УФ части спектра следует выбирать меньи1ие давления, соответствующие максимуму выхода излучения в УФ части спектра.
При окончательном выборе давления и размеров разрядной трубки необходимо учитывать влияние конвекции. Оно рассмотрено ниже (см. также § 4.11 и 7.2).
Расчет серии ламп для нахождения оптимального варианта можно проводить, например, по рассмотренной ниже схеме. В зависимости от конкретных условий в расчет могут быть внесены различные усовершенствования.
Ход расчета рассмотрим на конкретном примере. Пусть, например, задано: Рл=250 Вт; [/j,=i:65t/cm<n=t;0,65-200=tel30 В; р=&2-10= Па, что близко к максимуму КПД УФ-излучения; охлаждение естественное при <о=20°С.
Находим силу тока: /=Р/йл/,=к250/(0,9-130)2,1 А.
По заданному р (см. табл. в § 14.1) находим /(р)=&405 "С, соответствующую выбранному давлению насыщающих паров ртути. Фактические температуры колбы при всех условиях эксплуатации должны лежать выше этой тем-
- 15
- 10
Лева | ||||
Vi / | ||||
1 1 1 | ||||
Рис 14.7. Кривые к расчету колб трубчатых ртутных ламп:
а - зависимость тепловых потерь с единицы поверхности кварцевых трубок различного диаметра от температуры их поверхности в условиях естественного охлаждения при fc=20 °С; б - зависимость удельных (на 1 см длины) мощностей нагрева, тепловых потерь н расстояния между электродами от диаметра трубки; /=2 А, р=210= Па
гературы. Примем Л.-тп=г=<(р)Ч-45=к450"С и Лтл-Лш,п=100--200"С (см. § 7.6). В качестве материала для колбы выбираем кварцевое стекло.
Дальнейшие результаты расчета зависят от выбора рабочей температуры колбы. Максимальная температура внутренней стенки i \тах определяет срок службы лампы т, связанный с кристаллизацией кварца по рис. 7.5. Эффективная расчетная температура внешней поверхности Ьэф позволяет определить диаметр колбы.
Исходя из условия для давленгя p=t;2-10 Па и задаваясь, например, сроком службы не менее 10 ч, примем для расчетов
2эф=(1,п,пЧ-50) (450+50) =i500 "С;
/2эф(1т«х-70Х(820-70) =750 С.
Из баланса энергии имеем
a„kJE=q, Kd2, (14.8)
где (?2 определяется условиями охлаждения (см. гл. 7).
Значение для заданной температуры 1гзи находим как точку пересечения правой (охлаждение) и левой (нагрев) частей уравнения (14.8), построенных в зависимости от диаметра (рис. 14,7,5). Построение облегчается тем, что правая часть почти прямая линия, а левая часть сравнительно слабо зависит от диаметра так, что для построения каждой кривой достаточно трек точек. При расчете колб из кварцевого стекла принимаем Сст для Рют 25 Вт/см по (14.7), а при Pict25 Вт/см примем Сст приближенно равным:
Pict, Вт/см.......... 10 15 20 25
«ст.............. 0,8 0,7 0,64 0,53
OcTicT. Вт/см........ 8,0 10,5 12,8 14,5
Для определения В в функции di при заданных р и / используем приближенные формулы (14.1), пря этом di=d2-26, где 6 -толщину стенки колбы - из конструктивных и технологических соображений принимаем в пределах
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 [ 160 ] 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239