 |
 |
 |
 |
Баланс энергии лампы отличается наличием внешней колбы. Ее нагрев происходит за счет поглощения части излучения разряда, поглощения излучения нагретого кварца и электродов и за счет теплопередачи через наполняющий колбу инертный газ. Охлаждение происходит путем лучеиспускания нагретого стекла и теплопередачи в окружающий лампу воздух.
Расчеты и измерения показывают, что доля мощности лампы, идущая на нагрев внешней колбы,
(0,70-0,75) Рл.
Более детально структура баланса ртутно-кварцевой лампы БД приведена в § 16.2.
Выбор оптимальной формы и размера внешней колбы [0.9].
Форма и размеры внешней колбы и расположение горелки в ней должны быть выбраны с таким расчетом, чтобы все излучение ртутно-кварцевой горелки падало на слой люминофора и чтобы во время работы лампы слой повсюду имел температуру, оптимальную для данного люминофора, т. е. составлял 250-350 "С.
Если пренебречь в первом приближении неравномерностью нагрева колбы за счет конвекции газа, то, как показали расчеты, в центральной части форма колбы должна быть близка к эллипсоиду вращения. В первом приближении наибольший диаметр колбы D может быть вычислен из общей формулы баланса (см. гл. 7):
акРл=д2{0, и эф, U)nDC, (14.20)
где С-коэффициент, характеризующий форму колбы, которая определяется с учетом конструктивных размеров ртутно-кварцевой горелки и технологических соображений. Для большинства типов ламп его можно принять примерно равным 1,6, Значение Ок для оценочных расчетов может быть принято равным 0,75-0,7 (см. выше). Значение 92 определяется по данным гл. 7.
В некоторых конструкциях ламп колба выполняет одновременно роль светильника, перераспределяющего световой и общий поток излучения лампы. В этом случае форма и размеры колбы должны рассчитываться как у светильника соответствующего типа, причем в расчете должен учитываться также ее тешювой режим.
{Температурное поле внешней колбы эллипсоидальной формы не является равномерным. Облученность купола и горловины значительно меньше, чем центральных частей, и соответственно меньше их температура по сравнению с центральной зоной.. Но это не имеет большого значения, поскольку эти зоны малоэффективны в отношении возбуждения люминофора. На неравномерность температурного поля заметное влияние оказывает
конвекция воздуха снаружи колбы и газа внутри. Поэтому температура колбы зависит от положения горенияД На рис. 14.18 показано распределение температуры по поверхности колбы лампы ДРЛ 400 Вт при работе в вертикальном положении цоколем вверх. Температура колбы зависит также от температуры, окружающеговоздуха и условий охлаждения (тип арматуры). Поэтому в реальных условиях температура может заметно от- личаться от оптимальной, что приводит к снижению выхода «красного излучения» по сравнению с расчетным и измеренным в оптимальных условиях эксплуатации (вертикальное положение горения, заданная температура окружающей среды и др.). Величина снижения определяется температурной зависимостью излучения люминофора и может доходить до 15-20 %. Подробнее см. в [14.1, 0.9].
Выбор состава и давления газа, наполняющего внешнюю колбу, должен производиться с учетом теплового режима горелки и колбы, отсутствия возможности электрического пробоя между подводками, обеспечения надежной работы лампы в течение всего срока службы, быстрого разгорания и повторного зажигания и*других факторов.
Обычно для наполнения применяют аргон, обеспечивающий инертную среду, сравнительно малые тепловые потери и достаточно дешевый. (Криптон или ксенон слишком дороги.) Совершенно недопустимо присутствие кислорода, вызывающего окисление, особенно нагретой молибденовой фольги, и водорода, проникающего внутрь горелки через нагретое кварцевое стекло и увеличивающего напряжение зажигания. С этой точки зрения для надежной и длительной работы лампы крайне важно тщательное обезгаживание деталей монтажа и внешней колбы, а также выбор состава стекла, не выделяющего в процессе работы паров воды и водорода.
В целях повышения напряжения пробоя к аргону обычно добавляется 10-15 7о азота. На рис. 14.21 показана зависимость напряжения пробоя и времени разгорания от давления для 85% Аг-Ы5 7о N2 и N2. С точки зрения повышения напряжения пробоя необходимо давление повышать, а с точки зрения скорости разгорания - понижать. Приоритет остается за напряжением пробоя. С другой стороны, «холодное» давление должно выбираться с таким расчетом, чтобы в работающей .лампе давление газа не превышало атмосферного давления. Согласно данным гл. 7 найдем
рхолргор у Тхол/Тгор.
Выбор режима работы и расчет конструктивно-технологических параметров ртутной горелки. Для ламп ДРЛ, являющихся источником массового применения, особенно важен расчет оптимальной лампы. Поскольку основную долю в световом по-
ZQOQ
0 10
;7,MM рт.ст. ZOO 300 400 500 0
MUH 1Z
p,MM рт.ст.
ZOO 300 400
га 30 40 a)
50 50 р,кПа
0 10
го so 40 50 5) р,кпа.
Рис. 14.21. Зависимость напряжения пробоя С/проб между металлическими деталями во внешней колбе ламп ДРЛ при наименьшем расстоянии 3 мм (а) и времени разгорания лампы (б) от рода и давления газа, наполняющего
внешнюю колбу
токе ламп составляет излучение ртутного разряда, выбор условия разряда должен производиться в первую очередь по максимуму световой отдачи при возможно более высоком сроке службы колбы и электродов. Расчет проводится аналогично тому, как было рассмотрено в § 14.2.
Однако при окончательном выборе условий разряда и конструктивно-технологических параметров необходимо дополнительно учитывать то, что лампы должны быть рассчитаны на работу в любом положении горения и связанную с этим нерав-тюмерность распределения температуры по разрядной трубке. f бднoй из важных причин этой неравномерности является конвекция. Особенно неприятной может оказаться неравномерность при горизонтальном положении горения, в результате которой верх трубки излишне перегреется, в то время как снизу может начать конденсироваться ртуть.]
Влияние конвекции на температурное поле разрядной трубки [§ 4.11, 7.5]. Из теории следует, что скорость конвекции увеличивается с ростом давления и диаметра колбы. Вместе с тем возрастает и вызываемая ею неравномерность распределения температуры. Количественные расчеты достаточно сложны и могут быть выполнены только при ряде допушений так, что точность получаемых результатов невелика. Поэтому приходится прибегать к помоши экспериментов.
На рис. 14.22 приведена разность температур Д/ по разрядной трубке в зависимости от давления паров ртути. При горизонтальном положении Д/ - разность между верхом и низом в средней части трубки; при вертикальном - то же между средней частью и низом. Измерения проводились на трубках нескольких диаметров при /д==68 мм и Pj, = 400 Вт. Разрядные
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