Описание устройства лампы накаливания




ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.П. ОГАРЕВА»

 

Институт электроники и светотехники

 

Базовая кафедра источников света

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

на тему «Расчет и конструирование теплового источника оптического излучения»

 

по дисциплине «Плазменные и твердотельные источники оптического излучения»

 

Автор курсового проекта Панговская Ю.Е.

Специальность 11.03.04 ЭиНЭ

Обозначение курсового проекта КП-02069964-11.03.04-29-16

Руководитель проекта Нестеркина Н.П.

 

 

Проект защищен ____________ Оценка _________________

 

Саранск 2016

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОРДОВСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.П. ОГАРЕВА»

Институт электроники и светотехники

Базовая кафедра источников света

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Студентка Панговская Ю.Е.

1 Тема "Расчет и конструирование теплового источника оптического излучения".

2 Срок представления проекта к защите «____» _____________ 2016 г.

3 Исходные данные для проектирования: тип лампы - С-110-25-1; световой поток - 180 лм; продолжительность горения - 1000 часов.

4 Содержание курсового проекта:

4.1 Введение.

4.2 Описание устройства конструируемой лампы.

4.3 Расчет тела накала.

4.4 Конструирование ножки.

4.5 Расчет средней температуры колбы.

4.6 Расчётная часть.

4.7 Технологическая часть.

5 Графическая часть (формат А4):

5.1 Сборочный чертеж сконструированной лампы накаливания, спецификация.

5.2 Чертеж рассчитанного тела накала.

5.3 Чертеж смонтированной ножки.

5.4 Чертеж колбы.

5.5 Чертеж цоколя.

5.6 Чертеж тарелки.

Руководитель курсовой работы _______________ Н.П. Нестеркина

Задание принял к исполнению _______________ Ю.Е. Панговская

Реферат

 

Курс

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
Разраб.
Панговская Ю.Е.
Провер.
Нестеркина Н.П.
Реценз.
 
Н. Контр.
 
Утверд.
 
Расчет и конструирование теплового источника оптического излучения
Лит.
Листов
 
ИЭС, каф. ИС, з\о, 304
овой проект содержит 26 листов, 6 рисунков, 5 таблиц, 7 чертежей, 4 использованных источника.

СУДОВАЯ ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ, ТЕЛО НАКАЛА, КОЛБА, СПИРАЛЬ, НАПОЛНЕНИЕ ЛАМПЫ, ДИАМЕТР И ДЛИНА ТЕЛА НАКАЛА, ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, СРЕДНЯЯ ТЕМПЕРАТУРА КОЛБЫ.

Объектом исследования является судовая лампа накаливания С 110-25-1.

Цель работы – по исходным данным определить параметры тела накала, среднюю температуру колбы, разработать конструкцию ножки.

В процессе работы использовалась компьютерная программа для расчета ламп накаливания «LAMPCALC».

В результате были рассчитаны длина и диаметр тела накала, температура колбы, разработана конструкция ножки лампы, конструкция самой лампы; была разработана форма тела накала. Было оценено влияние изменения диаметра нити тела накала на ее температуру, световой поток, мощность и световую отдачу ЛН при неизменных остальных параметрах ТН.

Степень внедрения - широкого применения.

Область применения - светотехническая промышленность.

Эффективность - повышение качества знаний.

 

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ........................................................................ ……………....5

1 Описание устройства лампы накаливания..................... ……………….6

1.1 Колба................................................................... ……………….7

1.2 Тело накала........................................................... ……………….7

1.3 Ножка................................................................... ……………….7

1.4 Ввод..................................................................... ……………….8

1.5 Цоколь.................................................................. ……………….8

2 Расчёт тела накала........................................................... ………………9

2.1. Расчет параметров вольфрамовой нити............. ………………13

2.2. Расчет параметров тела накала.......................... ………………13

2.3. Проверка вероятности появления электрической………………13

2.4. Баланс энергии лампы накаливания................... ………………14

3 Конструирование ножки............................................... ……………….19

4 Расчёт средней температуры колбы.............................. ………………22

5 Технология изготовления разработанной лампы

6 Специальное задание

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................. …………..…25

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ........... …………..…

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
26

 


ВВЕДЕНИЕ

 

В данном курсовом проекте проводится расчет и конструирование лампы накаливан

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
ия.

Сконструировать источник света – значит определить состав и расположение входящих в него деталей, узлов и других компонентов. При этом выбранная конструкция должна обеспечить нормальное протекание физических и других процессов, заложенных в основу функционирования данного источника, и получение заданных параметров.

Целью курсовой работы является изучение способов расчета и основных принципов конструирования ламп накаливания. В работе производится расчет и конструирование лампы типа С 110-25-1.

 

 


Описание устройства лампы накаливания

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
Судовые лампы накаливания предназначены для использования в судовых светильниках местного и общего освещения и в светосигнальных приборах. Лампа имеет большое значение габаритной яркости и фокусирующий цоколь, что обеспечивает высокую эффективность световых приборов.[1]

Лампы могут эксплуатироваться произвольно.

В таблице 1 приведены габаритные размеры лампы, в таблице 2 основные электрические и светотехнические параметры.

 

Таблица 1 - Габаритные размеры, тип цоколя и масса лампы

 

Тип лампы Размеры, мм Тип цоколя по ГОСТ 17100-79 Масса, г не более
L D H l d
С 110-25-1     55±3 6,769 0,01706 E27/27  

 

Таблица 2 - Основные параметры и срок службы

 

Тип лапы Напряжение, В Мощность, Вт Световой поток Срок службы, ч, не менее  
Номин. Не менее
С 110-25-1          

 

Конструкция лампы обеспечивает ее длительное устойчивое горение и наиболее эффективное использование теплового излучения. Это осуществляется с помощью конструктивных элементов. Лампа представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Судовая лампа накаливания С 110-25-1

Рассмотрим основные элементы судовой лампы накаливания.

Колба – является одним из важных элементов лампы, так как защищает тело накала от вредного воздействия воздуха и окружающей среды. Колба выполняет роль конструктивного остова лампы, связывая с собой заданным обра­зом ножку и цоколь, обеспечивает функции оптической системы, выполняет не­которые эстетические функции.

Тело накала – является источником светового излучения. Чаще всего телом накала является вольфрамовая проволока. Вольфрам обладает большим сопротивлением и большой температурой плавления. Из-за этого его можно нагре­вать до высоких температур (порядка 2800 - 3000° К), что обеспечивает более высокую световую отдачу по сравнению с другими металлами.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
Ножки – предназначены для обеспечения герметичного ввода в лампу, крепления внутренних деталей ламп. По конструкционному признаку они подразделяются на бусинковые, гребешковые, и плоские ножки. Бусинковые ножки применяются для изготовления миниатюрных ламп накаливания, плоские – для изготовления специальных ламп. Гребешковые широко применяются для изготовления различных источников света, в том числе и для лампы С 110-25-1. Ножки собирают из тарелок, штабика, штенгеля и электродов. Иногда применяют один длинный штенгель вместо раздельных штабика и штенгеля.

Ввод - предназначен для подвода тока от внешнего источника питания к телу накала. Ввод должен быть вакуумно-плотным во всём диапазоне темпера­тур при работе источника света, иметь достаточную механическую прочность.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
Цоколь - предназначен для фиксации внешних выводов лампы, создания необходимого контакта с патроном светильника и фиксации самой лампы в све­тильнике.

Цоколь, как правило, состоит из четырех основных частей:

- металлический корпус, который служит для установки лампы в патроне, обеспечения электрических контактов между сетью (упругим контактом патрона) и электродом лампы (в большинстве цоколей он приваривается или припаивается к корпусу), нанесения маркировки на рант и соединения цоколя с горлом лампы посредством цоколевочной мастики;

- металлические контактные пластины, служащие для осуществления элек­трического контакта между сетью (упругими контактами патрона) и другими электродами лампы, которые припаиваются или привариваются к пластине;

- стеклянный или керамический изолятор;

- фокусирующие детали, которые позволяют уменьшитьполе допуска по высоте светового центра и точно совмещать световой центр с заданной точкой оптической системы. [4]

Срок службы лампы, а также световые характеристики зависят от условий эксплуатации. При изменении напряжения в сети происходит уменьшение срока службы лампы и изменение светового потока. Также большое влияние на срок службы оказывают различные механические воздействия, температура окру­жающей среды и влажность воздуха. Для достижения наиболее долгого срока службы необходимо следить за временем работы лампы, так как при продолжи­тельной работе нить накала под действием высокой температуры нагрева посте­пенно испаряется, уменьшаясь в диаметре, вследствие чего лампа может перего­реть. Чем выше температура нагрева нити, тем больше света излучает лампа и, тем самым, быстрее протекает процесс испарения вольфрама и сокращается срок службы. [2]


Расчет тела накала

 

Расчет и конструирование новых ламп накаливания принято проводить в несколько этапов, основными из которых являются следующие:

а) анализ и пополнение исходных данных, которыми обычно являются тип, мощность, напряжение и световая отдача лампы;

б) по исходным данным определяются диаметр и длина нити тела накала, из которой должна быть сделана спираль, а также диаметр спирали и длина спирали, с последующим уто

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
чнением количества крючков;

в) расчет рабочего режима лампы (тела накала) с помощью построения зависимостей мощности лампы, эффективного энергетического потока и мощности, отводимой через газ, от температуры тела при равенстве подводимой мощности сумме потока излучения и мощности потерь через газ находятся рабочая температура тела накала и соответствующие ей мощность и световая отдача;

г) уточнение параметров по формулам пересчета, разработка конструкции и технологии производства предлагаемого варианта лампы.

Рассмотрение внутреннего и внешнего баланса энергии судовых ламп, у которых охлаждающее действие поддержек не перекрывается, позволило установить, что

 

 

 

 

где ρТ - удельное сопротивление вольфрама при температуре Т;

- энергетическая светимость вольфрама при температуре Т;

k - относительные потери через газ;

Нл — световая отдача лампы в вакууме;

- световая отдача прямой нити в вакууме;

δ,δв - общие коэффициенты излучения и излучения по световому потоку

ТН;

I - ток лампы;

U - напряжение на лампе;

β1 - коэффициент учитывающий уменьшение мощности за счет охлаждающего де

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
йствия поддержек при I = conts, 1,01 - 1,02;

αц - коэффициент, характеризующий экранирующее действие цоколя, ц = 1,03-1,08);

αд - коэффициент, определяющий потери светового потока тела накала из-за охлаждающего действия поддержек при постоянном токе, αД = 1,03 ‑ 1,05.

Для рассчитываемой лампы выбираем вариант исполнения со спиральным телом накала и вакуумированной колбой.

У судовых ламп общего назначения коэффициент, учитывающий экранировку светового потока тела накала цоколем лампы, составляет 1,03 -1,08, причем, чем дальше тело накала располагается от цоколя лампы, т.е. больше мощность лампы, тем меньше величина коэффициента. Принимаем данный коэффициент равный 1,03.

Для судовых ламп общего назначения характерно, что коэффициент, учитывающий охлаждающее действие электродов и крючков согласно расчетным оценкам определяется по формуле

 

(4)

 

где N Д - количество поддерживающих тело накала электродов и крючков.

Этот коэффициент ориентировочно принимается в пределах 1,03-1,05. Для нашего случая примем β1=1,03.

Коэффициент, учитывающий уменьшение мощности за счет охлаждающего действия поддержек при неизменном токе для ламп накаливания общего назначения принимается в пределах 1,01-1,02. Для данной лампы выберем значение 1,01.

Опыт серийного производства ламп накаливания общего назначения показывает, что коэффициенты шага и сердечника у спиралей обычно находятся в следующих пределах: Кш

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
= 1,3 - 1,7; Кс = 3 - 6. (Кш, Кс - соответственно, коэффициенты шага и сердечника спирали тела накала). Кш стремятся сделать меньше, а Кс больше, так как при этом тело накала компактнее, а потери через газ (Рг) - меньше, однако возрастает вероятность выхода лампы из строя в результате возникновения дугового разряда между витками. Примем коэффициенты шага равными Кш= 1,3; сердечника Кс= 3.

Относительные потери через газ определяются по формуле

 

где kмин –определяется в зависимости k =f(I), kмин =0,052, kШмин =1,3; kCмакс =6,0;

 

 

Ток лампы находится по формуле

 

 

Коэффициент излучения является функцией коэффициента шага. Значения данной функции приведены в таблице 3.

 

Табли

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
ца 3 - Зависимость коэффициента излучения δ от kш

Из таблицы определяем, что коэффициенту шага равному kш=1,3 соответствует значение коэффициента излучения δ=0,7.

Коэффициент видимого излучения для спирали определяется по формуле

(7)

 

где ŋ = f(kш), зависимость которой представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Зависимость η от kш

 

Из рисунка 2 видно, что η = 0,932. Тогда δВ.СП = 0,74 * 0,932 = 0,65. Световая отдача лампы находится из выражения

 

 

Задаем также коэффициент экранирования светового потока цоколем αц=1,03; коэффициент охлаждающего действия электродов и крючков αд=1,03; коэффициент охлаждающего действия поддержек при I=const β1=1,01; рассчитываем световую отдачу прямой нити в вакууме

 

 

По световой отдаче прямой н

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
ити в вакууме находим температуру тела накала. Данная зависимость представлена на рисунке 3.

 

Рисунок 3 - Соотношение температуры и световой отдачи идеальной нити

 

Из графика определяем температуру тела накала Т тн = 2340,8°К.

Зная температуру нити, определяем значения удельного сопротивления и энергетической светимости. Они равны: ρ = 91,78Ом/см; МеТ = 158,9Вт/см2 (табличные данные).

Рассчитываем длину и диаметр нити

 

 

Рассчитаем геометрические параметры тела накала. Для спирали они определяются по следующим формулам

 

(12)

 

Уточнение параметров нити производится путем графического определения тем

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
пературы колбы по пересечению кривых подводимой мощности и энергетического потока, что соответствует балансу энергии. Данные приведены в таблице 4.


 

Таблица 4 - Зависи

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
мость мощности лампы и энергетического потока от температуры тела накала

Т, К Фе, Вт РГ, Вт РЛ, Вт ФеГ, Вт
  18,6 0,0 26,9 18,6
  23,0 0,0 25,5 23,0
  28,1 0,0 24,2 28,1
  34,0 0,0 23,0 34,0
  40,9 0,0 22,0 40,9
  48,6 0,0 21,0 48,6
  57,4 0,0 20,1 57,4
  67,3 0,0 19,3 67,3
  78,4 0,0 18,5 78,4
  92,1 0,0 17,6 92,1
  105,2 0,0 16,9 105,2

 

По данным таблицы 4 построим кривые зависимостей Рл=f(T), Фе=f(Т), Рг=f(T) и Фе+Рг=f(Т) на рисунке 4.

 


Рисунок 4 - Кривые зависимостей мощности лампы и энергетического потока оттемпературы тела накала

Из графика Г. Н. Рохл

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
ина определяется рабочая температура тела накала Тρ = 2339,1 °К.

При данной температуре сопротивление нагретого ТН найдется из выра­жения

 

 

Коэффициент β, учитывающий охлаждающее действие выбранного после предварительного расчета тела накала количества держателей равен

 

 

где n д - количество электродов и крючков;

Q1 - табулированная функция (Q1=0,57);

dн - диаметр нити, см;

lН - длина нити, см;

δ - коэффициент излучения.

Параметры и количество крючков выбираются в зависимости от мощности лампы, размеров, массы и формы тела накала, его температуры и расположения в лампе, назначения и условий эксплуатации лампы. В данном случае наиболее подходящим является конструкция с двумя крючками. Подставляя значения, получим:

 

- уточненную мощность лампы

 

- уточненный световой пот

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
ок лампы найдется из формулы

 

 

где LТ - яркость по нормали к поверхности вольфрама (LТ — 12570ккд/м2 табличное значение).

Находим уточненную световую отдачу

 

 

Уточненные диаметр и длина нити тела накала рассчитываются по следующим формулам

 

 

где nρ = 1,21, nм = 4,492, nL = 8,566 - показатели степени аппроксимации соответствующих велич

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
ин.

Пересчитываем геометрические размеры тела накала по формулам

 


Конструирование ножки

 

При конструировании ножки и выборе ее элементов нужно обеспечить ряд требований. Перечислим ряд из них:

- ножка и ее детали должны иметь установленные для данного типа лампразмеры;

- в ножке не должно быть трещин, сколов и других дефектов, которые могут привести к натеканию воздуха в лампу;

- стеклянные детали ножки не должны иметь опасных внутренних напряжений;

- впай электродов в ножку должен быть герметичен и непроницаем для газов. Расстояния от впая до края лопатки и до откачного отверстия должно бытьне менее 0,5 мм;

- внутренние звенья электродов не должны быть окислены. Допускаетсяокисление вблизи лопатки, вызываемое действием огней ножечной машины;

- никелевые звенья электродов не должны ломаться от пригибания их напоследующих операциях. [3]

Между поверхностью ввода (впаем) и прилегающим к нему стеклом не должно быть кан

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
алов, пропускающим их стеклом не должно быть каналов, про­пускающих газы, ни в холодном состоянии, ни в рабочем режиме. Конструкция ножки показана на рисунке 5.

 


 

1 - штенгель; 2 – тарелочка; 3 - развертка тарелки; 4 - трубка; 5 - откачное отверстие; 6 - лопатка; 7 - шейка; 8 - узлы впая; 9 – токовый ввод.

Рисунок 5 - Конструкция ножки

 

Каждый из электродов работает одновременно в трех средах, существенно отличающихся друг от друга (в лампе, вне лампы, в стекле). Это предопределило конструкцию трехзвенную конструкцию токовых вводов. Для вакуумных ламп внутренние звенья изготавливаются из меди. Внешние звенья работают в усло­виях атмосферного воздуха при не высоких температурах. Наиболее подходя­щей является медная проволока. Средние звенья располагаются в стекле. Они должны создавать со стеклом вакуумно-плотное соединение, которое бы надежно изолировало внутренний объем лампы внутренний объем лампы от окружающей среды. В данном случае выбирается конструкция с платинитовым средним звеном. [3]

Для держателей наиболее подходит молибденовая проволока. Она достаточно тугоплавка и даже при высокой температуре обладает хорошей упругостью.

Размеры тарелки определяются в основном размерами лампы. Диаметр развертки тарелки устанавл

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
ивается в зависимости от размера диаметра колбы данной лампы. Зазор между разверткой тарелки и колбой должен бытьнебольшим, около 10% диаметра горла. Это необходим
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
 
КП-02069964-11.03.04-29-16
о для качественной за­варки лампы.

Стекло для ножек необходимо выбирать с теми же физическими парамет­рами, что и для колб. Это необходимо для создания качественного вакуумного спая. По температурному коэффициенту линейного расширения стекло ножки должно соответствовать материалу внутреннего звена токового ввода.

 


 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-01-08 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: