Технологический процесс изготовления кварцевой галогенной малогабаритной лампы типа КГМ 220-500

2.16 Механические и климатические испытания

Большинство типов галогенных ламп в процессе эксплуатации подвергается воздействиям определенных механических и климатических факторов. Естественно, для того чтобы лампа, удовлетворяла необходимым требованиям и могла полностью выполнять свои функции, она должна сохранять свои параметры как в процессе, так и после воздействия указанных факторов. Для проверки работоспособности ламп в реальных условиях эксплуатации их подвергают специальным испытаниям на специализированном технологическом и испытательном оборудовании, позволяющем имитировать и воспроизводить в стендовых условиях реальные условия эксплуатации. Надежность работы ламп предполагает сохранность и стабильность параметров в условиях таких испытаний.

К механическим факторам относятся вибрационные, ударные, транспортные -нагрузки, к климатическим -- воздействия пониженных и повышенных температур в различных условиях влажности, состава и состояния окружающей среды.

Механические воздействия способны в большой степени влиять на параметры и характеристики ламп. Под их влиянием может нарушиться целостность конструкции лампы и ее отдельных составляющих узлов и деталей, могут появиться микротрещины в стекле и спаях, что вызовет нарушение герметичности оболочки, могут изменяться расстояния между элементами конструкции арматуры. К механическим нагрузкам особо чувствительно тело накала: оно может коробиться, провисать в моноспиралях и особенно биспиралях; опасным является возможное замыкание отдельных витков спиральной нити. Крайне нежелательным является смещение тела накала от нормируемого положения. В оптических лампах со строго юстированным телом накала по отношению к посадочным местам цоколя такие явления выводят лампу из строя. Отдельные элементы конструкции лампы в процессе воздействия периодических колебательных нагрузок сами совершают колебания как с вынужденной, так и с собственными частотами. Когда эти частоты совпадают, наступает резонансное состояние, которое, как правило, оказывается гибельным для лампы.

Вибрационные нагрузки предполагают испытания ламп на вибропрочность и вибростойкость. Под вибропрочностью понимают способность ламп сохранять свои параметры после воздействия вибрационных нагрузок, причем лампы можно испытывать как в рабочем, так и в выключенном состоянии. Цель этого вида испытаний-- обнаружить более слабые места конструкции и оценить прочность конструктивного исполнения лампы и ее отдельных элементов. Вибростойкость характеризует сохраняемость параметров в процессе воздействия нагрузок, причем также во включенном или выключенном состоянии.

Испытания на вибропрочность и вибростойкость проводят на механических или электрических стендах. Лампы прочно крепят к платформе стенда с помощью специальных колодок и приспособлений, причем особое внимание обращают на равномерное распределение нагрузки на платформе. Всегда желательно размещать испытуемые лампы поближе к центру платформы или на одинаковом расстоянии от него. Этим гарантируется более точная передача на лампы истинных вибрационных нагрузок, создаваемых стендом. Таким испытаниям лампы подвергаются в различном положении.

Испытания на ударопрочность и удароустойчивость проводятся на механических или электродинамических ударных стендах. Ударные нагрузки характеризуются количеством ударов в минуту, ускорением и, что особенно важно, длительностью ударного импульса. Последнему фактору необходимо уделить особое внимание, так как длительность импульса очень сильно влияет на результаты испытаний. Испытания на удар и крепление ламп производят аналогично виброиспытаниям.

Испытания на транспортную тряску заключаются в проверке способности конструкции ламп, выдерживать нагрузки, возникающие при транспортировании ламп, упакованных в нормируемую тару. Такие испытания проводят на вибрационных и ударных стендах по специальной программе, имитирующей условия перевозки различными видами транспорта.

Климатические факторы могут оказывать неблагоприятное воздействие на внешний вид ламп, на прочность крепления цоколей к кварцевым оболочкам, на физические свойства цоколевочной мастики и других деталей ламп. Для оценки степени влияния климатических нагрузок испытывают лампы в специальных климатических камерах, в режимах, по возможности близко имитирующих условия эксплуатации. Практикуются также испытания ламп на термоудар последовательным воздействием на лампы быстро сменяющихся отрицательных и положительных температур. Цель климатических воздействий -- определение работоспособности ламп при испытаниях на тепло-, холодо- и влагостойкость в условиях, оговоренных нормативными документами.

Следует отметить испытания ламп на воздействие факторов, имитирующих тропический климат. Для этого лампы изготовляются в специальном тропическом исполнении, при котором предусматриваются более жесткие требования к защитным покрытиям металлических деталей, изоляции, пайке выводов и составу цоколевочной мастики.

2.17 Испытания на продолжительность горения и надежность

Одним из основных свойств любого изделия является его долговечность, т. е. свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния. Применительно к источникам света это -- продолжительность горения лампы. Пользуются также термином «срок службы» (физический срок службы), который является средней продолжительностью горения ламп.

На продолжительность горения испытывают любые типы ламп, они предназначены для проверки сохраняемости параметров в течение определенного времени горения, указанного в стандартах и технических условиях. Как правило, лампы испытываются на стендах, в стационарном режиме питания, при подаче на лампу номинального напряжения с колебаниями не более ±2%. Однако многие типы ламп испытывают не на стендах, а в приборах, в которых они применяются при эксплуатации. При таких испытаниях создаются более тяжелые условия для ламп, связанные с ограниченным объемом прибора и как следствие повышенными температурами, Самым «узким» местом для галогенных ламп являются лопатка и место заштамповки токовых вводов; поэтому в таких условиях необходимо строго следить за соблюдением требуемых режимов эксплуатации. В необходимых случаях нужно предусматривать принудительное охлаждение.

Продолжительность горения характеризуется двумя величинами--средней продолжительностью горения (сроком службы) определенного количества ламп из партии и минимальной продолжительностью горения каждой лампы в отдельности. В нормативных документах указываются обе эти величины. Учитывая, что по правилам приемки допускается определенное количество отказов, для получения необходимой средней продолжительности горения лампы испытывают в течение времени, как правило, превышающего номинальную продолжительность горения на 20--25%. Распределение ламп по долговечности (но продолжительности горения) обычно близко к нормальному закону.

Очень важным параметром ламп является их надежность, т. е. способность выдержать положенную продолжительность горения в реальных условиях эксплуатации при воздействии всего комплекса нагрузок, предусмотренных нормативными документами. Надежность является комплексным параметром ламп и может быть определена в результате длительных испытаний большого количества партий ламп, выпускаемых постоянно в условиях серийного производства. Имеется несколько показателей надежности. Применительно к лампам используют вероятность безотказной работы--вероятность того, что за предусмотренную продолжительность горения не произойдет выхода какого-либо параметра за установленные пределы.

Для ламп с большой продолжительностью горения (1000 ч и более) допустимо проводить испытания на продолжительность горения при повышенном напряжении. При этом исходят из того, что пользуются известным соотношением, согласно которому повышение напряжения на 1 % (против номинального) снижает продолжительность горения на 13--14%. Отметим, однако, что эти значения для галогенных ламп могут рассматриваться лишь как первое приближение и для каждого типа ламп в зависимости от ее конструкции и параметров следует (принято) пользоваться уточненными выражениями. Необходимо иметь в виду, что испытания на продолжительность горения при повышенном напряжении не всегда позволяют получать истинную картину работоспособности ламп.

Испытания на продолжительность горения и надежность относятся к так называемым периодическим испытаниям. Такие испытания трудоемки и длительны и проводятся 1 раз в год, в квартал или в какой-либо иной промежуток времени, указанный в стандартах и технических условиях.

Применительно к источникам света под отказом обычно понимают спад светового потока ниже допустимого предельного значения, нарушение целостности ламп (например, отвал цоколя) и перегорание или разрушение тела накала. Первые два фактора для галогенных ламп не являются критическими, ибо галогенный цикл обеспечивает практически стабильный световой поток на протяжении срока службы ламп. Нарушение же целостности конструкции ламп -- явление довольно редкое. Основные причины выхода ламп из строя связаны с целостностью и формоустойчивостью тела накала -- наиболее чувствительного элемента конструкции ламп ко всем перегрузкам. Узким местом галогенных ламп является место впая.

Основной задачей изготовителей ламп является строгое соблюдение установленных технологических режимов и конструктивных требований к лампам. Только в таких условиях могут быть гарантированы высокое качество галогенных ламп и полное соответствие их параметров установленным нормам.

3. Расчетная часть

3.1 Расчет галогенной смеси

В отечественных лампах используют бромистый метил и бромистый метилен .

Смесь рассчитывают с использованием уравнения состояния газов, которое при определенных допустимых приближениях пригодно для определения параметров паров галогенных соединений:

, (1)

где Q - общее количество галогенного соединения в единицах pV,

р - давление (парциальное) галогенной смеси, Па;

V - объем лампы, см;

m - общая масса паров, г;

М- молекулярная масса галогенного соединения, моль;

n - количество галогенного соединения, моль;

R - универсальная газовая постоянная, 8,3143*10 Дж/(кмоль*К);

Т - абсолютная температура, К.

Количество галогенного соединения рассчитывается по формуле (2):

,

где - давление галогена, - объем лампы.

Молярная концентрация:

, (3)

Общая масса паров галогенного соединения:

, (4)

Массовая концентрация в лампе:

, (5)

Составим пропорцию:

;

, (6)

где - давление галогена в лампе, - давление инертного газа, - давление галогена в баллоне, - давление смеси.

Количество галогенного соединения, поданного в баллон, рассчитывается по формуле (7):

, (7)

где - объем смеси.

Масса галогенного соединения, вводимая в баллон:

, (8)

Массовая концентрация галогенного соединения в баллоне равна:

, (9)

Данные, необходимые для расчета галогенной смеси для лампы КГ 220-500 представлены в таблицах 3.1 и 3.2.

Таблица 3.1 - Расчетные значения рабочего давления газов в лампе.

Таблица 3.2 - Расчетный состав галогенной смеси

Произведем расчет галогенной смеси:

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

Заключение

В этом курсовом проекте были рассмотрены конструкция и технологический процесс изготовления кварцевой галогенной малогабаритной лампы типа КГ 220-500. Курсовой проект содержит три части: конструкция, технологическая часть и расчетная часть.

В первой части курсового проекта представлено описание устройства лампы, а также рассмотрены принципиальные особенности работы галогенных ламп накаливания с использованием галогенного цикла.

Во второй части поэтапно разбирался технологический процесс изготовления кварцевой галогенной лампы, включающий изготовление стеклянных деталей, изготовления электродов, цоколей и другие, а также были рассмотрены этапы испытания ламп.

В третьей части были произведены расчеты галогенной смеси с использованием уравнения состояния газов. Нужно всегда иметь в виду, что если количество галогенных соединений и состав смеси выбраны правильно для ламп данной конструкции, стенки оболочки остаются практически чистыми в процессе эксплуатации.

В настоящее время лампы накаливания получили широкое распространение. Они используются для осветительных установок жилых зданий, применяются для местного освещения и освещения взрывоопасных помещений.

Появление кварцевых галогенных ламп накаливания явилось большим прогрессом в области тепловых источников света. Они являются высокоинтенсивными источниками излучения (с малыми габаритными размерами), благодаря чему нашли широкое применение во многих областях науки, техники и быта. Имеется много примеров того, как использование кварцевых галогенных ламп накаливания позволило найти принципиально новые технические решения многих интересных задач, которые ранее либо вовсе были невозможны, либо не давали должного эффекта.

В настоящее время начали широко применяться газоразрядные лампы, во многих областях применения лампы накаливания заменяются люминесцентными лампами. Тем не менее, лампы накаливания являются наиболее распространенными в виду того, что они отличаются простотой конструкции, простотой в обращении, непрерывным спектром света, могут работать при любых внешних условиях и не требуют для включения специальных пускорегулирующих аппаратов.

Список использованных источников

1. Абрямян А.А., Восканян С.А. Дозировка брома в лампы накаливания - Светотехника, 1976, №6, С. 23.

2. Вугман С. М., Волков В. И. Галогенные лампы накаливания. - М.: Энергия, 1980. - 136с.

3. Денисов В. П. Производство электрических источников света. - М.: Энергия, 1975. - 488с.

4. Любимов М.Л. Спаи металла со стеклом. - М.: Энергия, 1968. - 280с.

5. Ульмишек Л. Г. Производство электрических ламп накаливания. -М.: Энергия, 1966. - 636с.