способ наполнения источников света и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ наполнения источников света газовой смесью на откачном автомате, заключающийся в дозировании отдельных компонентов газовой смеси и их подаче в колбу ламп, отличающийся тем, что дозирование компонентов и их подачу в колбу осуществляют одновременно на различных гнездах откачного автомата.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очередность дозирования компонентов газовой смеси осуществляют в возрастающей зависимости от их давления при наполнении, причем последним дозируют компонент газовой смеси с меньшей молекулярной массой.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что подачу компонентов газовой смеси осуществляют после предварительного нагрева колбы до температуры не менее 60^oС.

4. Устройство для наполнения источников света газовой смесью, содержащее откачной автомат, в который входит узел дозирования, включающий в себя детандер, соединенный посредством трубопровода с золотником откачного гнезда автомата, отличающееся тем, что в него введены дополнительные узлы дозирования, все узлы дозирования снабжены дюзами, установленными между детандером и золотником соответствующего откачного гнезда, при этом диаметр d _д выходного отверстия дюзы рассчитан по формуле



где l_д диаметр и длина дюзы, см;

V_н объем трубопровода между дюзой и откачным гнездом откачного автомата;

V_в объем откачного гнезда;

V_л объем лампы;

Р_ном давление наполнения лампы компонентами газовой смеси;

P_д давление в трубопроводе между детендером и дюзой;

С константа, например, для воздуха, азота 94, аргона 81, криптона - 58;

t_нап время наполнения лампы.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что объем трубопровода между золотником откачного гнезда и дюзой составляет не менее двух объемов источника света.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве источников света для их наполнения.

Известны способы наполнения источников света газовыми смесями путем подачи предварительно подготовленной газовой смеси через определенное откачное гнездо автомата откачки [1]

При этом газовую смесь заранее готовят в баллонах на смесительной рампе с использованием компрессоров, манипулируя вентилями и необходимым количеством баллонов, затем подают ее по трубопроводам к гнезду наполнения откачного автомата.

Этот способ приготовления газовых смесей очень трудоемок и требует наличия специального оборудования для их приготовления: компрессоров, газовых баллонов, установок для обезгаживания и вакуумирования баллонов. В процессе закачки газов в баллоны компрессором газовая смесь загрязняется вредными примесями, что снижает ее качественные характеристики и не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым к наполняющему газу.

Кроме того, наличие большого количества соединений в системе приготовления газовой смеси, очистки и подачи смеси на откачной автомат создает большую вероятность натекания воздуха при перепадах давления при непредвиденных отключениях подачи смеси и, как следствие, появление "черных" ламп.

Одновременно следует отметить, что качество источников света зависит не только от количества вредных примесей компонентов, но и от степени их смешивания (гомогенность). Гомогенность смеси в емкостях (баллонах) достигается путем выдерживания ее в течение длительного времени и рекомендуется при этом баллон вращать или встряхивать.

Так, при производстве галогенных ламп накаливания очередность подачи компонентов смеси определяется их физическим состоянием [2]

Известно, что давление насыщенных паров галогенсодержащего вещества, например, бромистого метилена, в нормальных условиях низкое по сравнению с давлением инертного газа. Поэтому при дозировании в лампу сначала инертного газа дозирование галогенсодержащего вещества будет невозможно из-за его конденсации, в связи с этим сначала дозируется более тяжелый пар галогенсодержащего вещества, а затем инертный газ. Кроме того, при производстве галогенных ламп накаливания не требуется получение гомогенной смеси, так как при высоких температурах происходит диссоциация галогенных соединений с высвобождением галогена [2]

При производстве ламп накаливания без галогенного цикла очень важно создание в них гомогенной газовой смеси, так как в противном случае тело накала в момент включения может оказаться в газовой среде с большим или малым молекулярным весом и с различным пробивным напряжением, что может привести соответственно к перегоранию тела накала или его распылению.

Наиболее близким техническим решением является способ наполнения источников света дорогостоящими газами или их смесью на откачном автомате, включающий операции промывки, откачку и наполнение. К откачному гнезду подвижной части золотника подведены два трубопровода, через один из которых промывкe и откачку баллонов ламп, а через другой наполнение их готовой газовой смесью [3] Однако известный способ позволяет наполнять источники света только заранее приготовленной газовой смесью и предполагает трудоемкий процесс ее приготовления. На практике при производстве источников света часто возникает необходимость оперативного приготовления газовой смеси с заданным процентным содержанием компонентов газовой смеси для каждого источника света.

Для этого необходимо иметь большое количество баллонов для хранения газов, газоочистительное оборудование и производственные площади для их размещения, а также требуется наличие дополнительного обслуживающего персонала, что является экономически нецелесообразным.

К недостаткам известного способа относится также потеря дорогостоящих газов (например, криптона) при приготовлении, очистке, проведении плановых и оперативных анализов газовой смеси и транспортировании ее к откачному автомату, а также невозможность оперативной корректировки процентного содержания компонентов газовой смеси и точности ее дозирования.

Целью изобретения является снижение себестоимости изготовления источников света за счет исключения техпроцессов приготовления, осушки и контроля газовых смесей, а также улучшения качественных характеристик наполняющей газовой смеси с заданным содержанием компонентов непосредственно в источниках света.

Поставленная цель достигается тем, что в способе наполнения источников света, например наполнения газовой смесью электрических ламп накаливания на откачном автомате, подачу компонентов наполняющей газовой смеси осуществляют поочередно на разных гнездах.

С целью экономии компонентов наполняющей газовой смеси очередность дозирования компонентов газовой смеси осуществляют в возрастающей зависимости от их давления при наполнении, причем последним дозируют компонент с малым молекулярным весом.

С целью улучшения гомогенности газовой смеси смешивание компонентов газовой смеси производят в нагретой колбе до температуры не менее 60^oC.

Известны устройства для наполнения источников света газовой смесью, содержащие откачной автомат, в который входит узел дозирования, включающий в себя детандер, соединенный посредством трубопровода с золотником откачного гнезда автомата [3]

Известные устройства не обеспечивают точность дозирования компонентов наполнения.

С целью повышения точности дозирования компонентов газовой смеси в устройство для наполнения введены дополнительные узлы дозирования, все узлы дозирования снабжены дюзами, установленными между детандером и золотником соответствующего откачного гнезда откачного автомата, при этом диаметр выходного отверстия дюзы рассчитывают по формуле



где l_д длина дюзы, см;

V_н объем трубопровода между дюзой и откачным гнездом откачного автомата;

V_в объем откачного гнезда;

V_л объем лампы;

P_ном давление наполнения лампы (мм рт.ст) компонентами газовой смеси;

P_д давление в трубопроводе между детандером и дюзой;

C константа, например, для воздуха, азота-94, аргона-81, криптона-58;

t_нап время наполнения лампы.

С целью уменьшения натевания объем трубопровода между золотником откачно го автомата и дюзой выбирают не менее двух объемов лампы.

Наполнение ламп производят на любом откачном автомате, имеющем подвижную и неподвижную части золотника. Подвижную часть золотника соединяют с каруселью, снабженную откачными гнездами, в которые закрепляют баллоны ламп.

На фиг. 1 показана функциональная блок-схема, реализующая предложенный способ;

на фиг.2 вакуумная схема откачки газополных ламп;

на фиг.3 узел дозирования.

Функциональная блок-схема (фиг. 1) составит из баллона с газом, детандера, дюзы, объема V_н трубопровода между дюзой и откачным гнездом откачного автомата и объема V_в откачного гнезда и объема V_л лампы. Наполнение источников света, например, ламп накаливания на откачном автомате осуществляется за счет перетекания газа от редуктора на газовом баллоне (фиг.1) в объем пространства между детандером и дюзой, затем в объем трубопровода между дюзой и откачным гнездом откачного автомата V_н, а далее в объем откачного гнезда V_в и в объем лампы V_л.

Перетекание газа между объемами V_н, V_в, V_л и давление в них выравниваются в течение сотых долей t_нап секунды, что значительно меньше времени наполнения лампы.

Следовательно, газ из объема V_н переходит в объемы V_в и V_л и этот процесс можно считать происходящим мгновенно, как только лампа попадает в гнездо наполнения откачного автомата.

Предложим, что перед наполнением давления в объеме лампы V_л и объеме V_в близко к 0, а в объеме V_н равно Р_ном.

В результате изотермического процесса перетекания газа происходит выравнивание давления в объемах V_н, V_в, V_л, которое будет равно



Газ из объема, в котором с помощью детандера поддерживается давление P_д переходит через дезу, наполняя все три объема V_н, V_в, V_л. Естественно, что на этот процесс существенное влияние оказывают размеры дюзы.

Найдет связь между размерами дюзы, временем наполнения и давлением, до которого нужно наполнить лампу P_ном.

В связи с тем, что режим течения газа через дюзу турбулентный, то проводимость дюзы можно вычислить по формуле:



где плотность газа при давлении 1 тор, г/см³;

h коэффициент динамической вязкости газа, ПаC;

d_д и l_д диаметр и длина дюзы, см;

P(t) давление в объемах V_н, V_в, V_л в момент времени t.

Поток газа через дюзу можно вычислить по формуле (3).

В формуле (3) C является константой, которая равна:



Подставив в (4) численные значения h и r получим:

для воздуха и азота C_{возд.,азот} 94;

аргона C_арг. 81;

криптона C_кр. 58.

Зависимость давления от времени P(t) будет описываться дифференциальным уравнением:



Обозначив сумму объемов V V_н+V_в+V_л, приведем уравнение (5) к удобному для интегрирования виду:



Проинтегрировав уравнение (6) в пределах от P₁ из формулы (I) до P_ном. и от 0 до t_нап. по времени и учитывая при этом, что давление P_ном. P(t_нап.), получим:



Преобразовав уравнение (7), получим диаметр дюзи d_д



В связи с тем, что интеграл в числителе не вычисляется в элементарных функциях, для его вычисления используют численные методы.

В таблице приведены значения отношений C_инт. двух определенных интегралов в зависимости от значения P_д.

Как видно из таблицы, значения C_инт. мало меняются при изменении P_д, поэтому, взяв среднее значение C_инт. равным 2,25, можно записать:



Интеграл в правой части уравнения (9) равен поэтому интересующий нас интеграл будет равен:



Подставив уравнение (10) в (8), получим:



Подставив в (11) значения P₁, получим формулу для определения диаметра выходного отверстия дюзы:



Вакуумная схема откачки газополных ламп (фиг.2) состоит из откачной карусели с гнездами: 1 нагрузка ламп; 2,3 предварительная откачка ламп; 4, 5, 6, 7 заглушенные гнезда; 8 контроль натевания в лампах; 9, 11, 13, 17 - промывка ламп азотом; 10, 12, 14, 16, 18 откачка ламп после промывки; 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 откачка ламп перед наполнением; 26 наполнение ламп, например, криптоном осуществляется через узел дозирования газа 33; 27 - наполнение ламп азотом; 28, 29 подогрев штангеля; 30 отпайка и съем ламп; 31 продув; 32 заглушенное гнездо.

Наполнение электрических ламп накаливания на откачном автомате осуществляют поочередно на разных гнездах 26, 27 откачного автомата.

Первоначально на гнезде наполняют лампу, например газом, с большим процентным содержанием его в наполняющей газовой смеси (криптоном 85%).

Наполнение криптоном осуществляют через узел дозирования (фиг.3), который состоит из детандера 34, трубки 35, вакуумной резины со вставленной в нее дюзой 36 и дополнительного объема 37, равного не менее 2-м объемам лампы.

Диаметр выходного отверстия дюзы 36 рассчитывают по формуле (12).

Оперативность корректировки процентного содержания компонентов наполняющей газовой смеси обеспечивают регулированием давления P_д, диаметра выходного отверстия дюзы d_д временем наполнения лампы t_нап..

Затем лампу наполняют азотом на гнезде 27 откачного автомата. Смешивание газовых компонентов благодаря малым объемам ламп, турбулентному потоку газа при наполнении и повышенной температуре (приблизительно 80^oC) происходит практически мгновенно.

Регулирование формы и качества носика при отпайке ламп осуществляют изменением давления газа, например азота, как наиболее дешевого газа.

Эксперименты были проведены на откачном автомате по раздельному наполнению криптоновых ламп (в колбе ШКГр 51 и колбе ШКГр 56).

Исходные данные для расчета были следующие:

1. V_л 0,082 л (объем лампы в колбе ШКГр 56);

2. V_л 0,064 л (в колбе ШКГр 51);

3. V_н 0,128 л (объем между дюзой и откачным гнездом для колб ШКГр 51);

4. V_н 0,164 л (объем между дюзой и откачным гнездом для колб ШКГр 56);

5. V_в 0,0024 л (объем откачного гнезда);

6. l 3 см (длина дозы);

7. P_ном. 530 мм рт.ст. (давление наполнения лампы);

8. P_д 550 мм рт.ст. (давление, создаваемое детандером).

Используя формулу (12) для расчета выходного отверстия дюзы, получим:

d_д (ШКГр 51) 0,08 см;

d_д (ШКГр 56) 0,09 см.

Дюзы с указанными диаметрами выходного отверстия для соответствующих ламп были установлены на откачном автомате и согласно предложенному способу изготовлены лампы, испытания которых показали наилучшие результаты по сравнению с лампами, изготовленными по ранее существующей технологии.