 |
 |
 |
 |
Рассмотрим более подробно выоор теплового режима ламп высокой интенсивности. У многих типов ламп внутренние давления значительно выше атмосферного. Поэтому к материалу колб для этих ламп предъявляются дополнительные требования, чтобы он в течение всего срока службы выдерживал высокие рабочие температуры и высокие давления без разрушения, потери прозрачности и ухудшения вакуума. Материалом, наиболее широко используемым для изготовления колб ламп, работающих при температурах свыше 400-500 °С и при высоких давлениях, остается кварцевое стекло. В последнее время широко применяется также поли- и монокристаллический оксид алюминия.
Максимально и минимально допустимые температуры кварцевого стекла. Для большинства применений максимально допустимая температура определяется скоростью процессов кристаллизации кварца, в результате которой он теряет прозрачность и механическую прочность. Скорость кристаллизации кварцевого стекла резко возрастает при повышении температуры выше определенного предела. Поэтому с точки зрения повышения срока службы необходимо стремиться к максимально возможному снижению температуры колбы.
Скорость кристаллизации кварца очень сильно зависит от степени его чистоты, способа изготовления, состояния поверхности и состава среды, в которой он работает (см. гл. 16). Для кварцевых ламп с высокой рабочей температурой следует брать только определенные, специально предназначенные сорта прозрачного кварца, устойчивые по отношению к кристаллизации. Сильно способствует кристаллизации попадание на поверхность стекла следов щелочноземельных металлов, жира от прикосновения рук и тому подобных загрязнений. Эти обстоятельства также необходимо учитывать при конструировании, изготовлении и эксплуатации кварцевых ламп.
В предельно чистых лабораторных условиях кристаллизация кварцевого стекла протекает в две стадии. На первой на поверхности образуются отдельные микроскопические зародыши, которые растут и сливаются постепенно в сплошной кристаллический слой микроскопической тол1цины - это так называемый индукционный период. На второй происходит рост кристаллического слоя в глубину. В первом приближений зависимости для этих периодов можно аппроксимировать выражениями [7.2]
d2/d/u=sraoexp(-где т - время индукционного периода; v - скорость роста кристаллического
- скорость роста кристаллического слоя в глубину; z - толщина слоя; Т - температура; То и Vo - постоинные;
и - энергии активации соответствующих процессов; эти величины зависят от сорта кварцевого стекла и других условий. Подробнее см. в [7.2]. Отсюда в принципе можно определить время ткрит, в течение которого
1100
Рис. 7.5. Зависимость срока службы ламп из кварцевого стекла ткв от максимальной температуры колбы (по опытным данным):
1 - ио данным автора; 2 - по японским данным (см. [17.15])
при заданной температуре и других условиях процесс кристаллизации достигнет критического предела 2крит:
ткрнтТоехр(.4/Г)+(гкр„г/уи) ехр (В../Г). (7.52)
Из (7.52) видно, что скорость кристаллизации экспоненциально растет с ростом температуры.
В реальных условиях эксплуатации ламп существует ряд факторов, которые сильно ускоряют процесс кристаллизации и количественно учесть которые невозможно. Поэтому для практических расчетов можно рекомендовать пользоваться эмпирическими данными о сроке службы кварцевых ламп в зависимости от максимальной рабочей температуры колбы, полученными на основе обобщения большого статистического материала (рис. 7.5), при этом, однако, надо помнить, что эти данные носят ориентировочный характер и сильно зависят от качества кварцевого стекла, состава наполнения и уровня технологии производства.
Минимальная температура внутренней поверхности колбы в лампах с парами металлов или их соединений, как уже указывалось, определяется необходимым рабочим давлением паров.
1000 | ||||
| v, ./у/.- . ./ | |||
-----Г" | ||||
- / | ||||
1 1 1 | 1 1 1 | |||
10 10 30 W so 60 70 80 90 100
р,д,1-1опа
Рис. 7.6
Рис. 7.7
Рис. 7.6. Зависимость давления насыщающих паров ртути от температуры Рнв(0 (кривая 1) и сроки службы ламп из кварцевого стекла Ткв при различных температурах (схематично):
г -Т„в«1-10< ч; 3 - 1-10= ч; 4 -ТЮО ч
Рис. 7.7. Схематическое распределение температуры по поверхности колбы
разрядной лампы
Таким образом, фактические температуры внутренней поверхности колбы ламп с парами металлов или их соединений должны лежать между кривой минимальных температур, определяемых давлением насыщающих паров, и прямой максимальной температуры, положение которой определяет срок службы лампы. На рис. 7.6 построены в качестве примера подобные данные для ртутно-кварцевых ламп.
Колбы из поли- или монокристаллического оксида алюминия. Максимально допустимая температура определяется необходимым или возможным сроком службы, который зависит от различных процессов, нарушающих нормальную работу колбы лампы. Эти процессы рассмотрены в гл. 18. Здесь отметим, что скорость этих процессов также резко возрастает с температурой.
Минимально допустимая температура определяется так же, как и в других лампах с парами веществ.
Определение расчетной температуры. Для выбора материала колбы, срока службы и давления паров в лампах с парами
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