Будова швидко проточного газорозрядного лазера з поздовжнім прокачуванням

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

Лабораторна робота №1

Будова швидко проточного газорозрядного лазера з поздовжнім прокачуванням

Мета роботи: вивчити склад, конструктивні особливості на принцип дії швидко проточного газорозрядного лазера с поздовжнім прокачуванням газової суміші; ознайомитися з його технічними характеристиками та умовами експлуатації.

Обладнання: швидко проточний газорозрядний лазер.

Швидкопроточний газорозрядний лазер як складову частину лазерного технологічного обладнання призначено для обробки матеріалів лазерним випромінюванням з густиною потужності 10⁶ Вт/см² (термічна обробка,зварювання, різання). Лазер функціонує на суміші газів: вуглекислого СО2, азоту N2 та гелію He (довжина хвилі випромінювання 10.6 мкм).

Газорозрядний лазер складається з 5 основних блоків та систем: випромінювача, електричного джерела живлення, системи газообміну, системи охолодження та системи керування й контролю.

Зверху лазера встановлений випромінювач. У корпусі розташовано: джерело живлення (високовольтний випрямляч, 3-хфазний трансформатор, блок семисторів, подільник), блок підпалювання розряду, блок баластних резисторів, перетворювач частоти струму; елементи системи газообміну та охолодження; блоки системи керування та контролю (джерелом живлення, компресором, системою газообміну); елементи комутації та зв’язку окремих систем.

Система електроживлення, газообміну та охолодження

Електроживлення лазера забезпечується від трьохфазної мережі змінного струму напругою 380/220 В та частотою 50 Гц. У джерелі живлення змінна напругу перетворюється у постійну напругу 20 кВ з величиною струму 1.5 А. Від джерела живлення через блок баластних резисторів напруга подається на електроди газорозрядних каналів. Блок підпалювання формує імпульс. Який викликає електричний розряд. Модулятор дозволяє перейти на імпульсний режим ії. Вихідна напруга джерела живлення регулюється дискретно під час зміни коефіцієнта трансформації високовольтного регулятора й вимірюється разом зі струмом приладом на панелі керування. Живлення електродвигуна компресора здійснюється від блоку живлення компресора через перетворювач частоті, на виході якого вона складає 200 Гц.

Система газообміну складається з 2 блоків – відкачування та напуску., до яких входять також прилади регулювання й контролю. Система забезпечує випромінювач сумішшю вуглекислого газу, азоту та гелію. Усередині каркаса лазера розташовано елементи системи газообміну на тікачі, клапани, фільтри осушувачі, вакуумний насос, з’єднуючі проводи. На каркасі лазера знаходяться панелі блоків керування системою газообміну й компресором, панель блока вимірювання. Біля лазера стоять газові балони з редукторами й манометрами високого та низького тиску.

Для охолодження випромінювання використовується вода з водопровідної мережі тиском не більше 0.25 МПа й температурою не вище 25°С.Витрати води у системі охолодження від 8 до 15 л/хв. Випромінювач має два незалежних входи води від водопровідної мережі та два виходи. З першого входу вода надходить до прямокутних труд каркаса, призм, поворотних дзеркал, опори торцевого металевого дзеркала, юстувального механізму вихідного дзеркала, двох теплообмінників нижньої секції корпусу. Вода з другого входу послідовно охолоджує електродвигун та корпус компресора, вакуумущільнені вузли газорозрядних каналів та теплообмінник середньої секції корпусу.

Принцип роботи

Лазер діє у режимі безперервного прокачування газової суміші по замкнутому газодинамічному контуру. Після відкачування випромінювача лазера до необхідного ступеня тиску розрядженого газу до нього напускається газова суміш потрібного порційного складу. Прокачування газової суміші здійснюється відцентровим компресором.

На електроди газорозрядних каналів через блок баластних резисторів подається постійна напруга високовольтного джерела живлення. Одночасно блок підпалювання формує допоміжний імпульс, який викликає електричний розряд. У кварцових трубках газорозрядного каналу збуджується газовий розряд постійного струму, анодом при цьому є мідні електроди керамічного ізолятора, а катодом – кільце заземленої середньої секції корпусу випромінювача. Під час розряду газова суміш у трубці нагрівається до температурі 200°С.

Нагріта газова суміш прокачується і проходячи через теплообмінник охолоджується до 50-60°С. Потім вона проходить через це два теплообмінники і замикає коло через бокові секції корпуса до газорозрядних каналів. Таким чином здійснюється замкнутий газовий цикл газодинамічного контуру. Таким чином після охолодження температура газової суміші перевищую температури води охолоджуючої системи на 10-20°С. Потік газу перешкоджає розряду між електродами та боковою секцією корпусу уздовж керамічних ізоляторів.

Внаслідок перетворення електронної енергії джерела живлення у кварцових трубах газорозрядного каналу збуджується газовий розряд, плазма якого є активним середовищем. У просторі між відбиваючими дзеркалами резонатора утворюються визначені типи коливання електромагнітного поля. За вихідним дзеркалом резонатора маємо електромагнітне випромінювання у інфрачервоному діапазоні.

Технічні характеристики

Потужність випромінювання до 1.3 кВт

Діапазон регулювання потужності випромінювання 0.4-1кВт

Діапазон регулювання тривалості імпульсів випромінювання 0.1-99 с

Діаметр пучка випромінювання 40 мм

Розбіжність лазерного пучка 5*10^-3рад

Струм розряду 0.5-1.7 А

Напруга джерела живлення 10-18 кВт

Напрга живлення компресора 110 В

Частота живлення компресора 200 Гц

Фазний струм компресора 20 А

Споживча потужність лазера 25 кВт

Споживча потужність компресора 3.5 кВт

Витрата газової суміші 5 л/год.

Витрати гелію 2.5 л/год.

Сумарний тиск газової суміші 32 тор

Тиск газу на вході у систему газообміну 0.15±0.02 МПа

Допустиме натікання системи газообміну 0ю42 кПа/год.

Тиск води, не більше 0.25 МПа

Температура води на вході до 25°С

Витрата води 8-15 л/хв.

Середній ресурс 5000 год.

Термін збереження 2 роки

Маса лазера 1250 кг

Габаритні розміри 2040*1670*1140 мм

Рис.1.1 Схема газорозрядного канал.  1-середня секція, 2,10,12,14-фланець з гумовим ущільненням 3-кварцева трубка 4-фланець, 5-мідні електроди (6шт.), 6,9-керамічні ізолятори, 7-апарат формування потоку, 8-дросель апарата формування потоку, 11- бокова секція, 13-сільфон, 15-бокова секція.

1-ковпак, 2-колесо, 3-вал компресора, 4-пружина, 5-стояки, 6-основа,8-радіально-упорні підшипники, 9,12-півмуфти, 10,11-пластини з самарій-кобальтового сплаву, 14-електродвигун, 15-вал електродвигуна, 16,18-гумові прокладки, 17-керамічний диск.

Рис.1.3 Схема компонування

Рис.1.4 Схема випромінювача. 1-рама, 2-Ш-подібний корпус, 3-сільфон, 4-керамічна трубка малого діаметру, 5-керамічна трубка великого діаметру, 6-електроди, 7-труба кварцева, 8-кільце, 9- теплообмінник, 10-робоче колесо компресора, 11,13-магнітні півмуфти, 12-керамічна пластина, 14-електродвигун.

Рис1.5 Мнемосхема панелей управління

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии