无极灯排气台的研制(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)南京理工大学机械工程学院 作者:黄新燕

  高频无极灯具有的高效、环保、节能、无频闪和无眩光等特点使其在照明业异军突起,成为一种新的绿色光源。

  在无极灯的生产中,灯管制作涵盖的工序最多。其中在灯管制作中,排气工艺的成败至关重要,它直接影响到产品的质量和寿命。目前,国内无极灯的排气设备还是沿用了普通玻璃系统的排气设备。这导致国内生产的无极灯在运行中产品质量不够稳定,尤其在参数的一致性和发光效率方面与国外产品存着一定的差距,从而使得其优势无法完全发挥出来。

  针对国内的这一种现状,在对无极灯灯管生产工艺进行分析和研究的基础上,作者设计、研制了一种无极灯灯管的排气设备,该排气设备从排气、测量、烘烤、充气、工作气体回收等几个方面满足了无极灯灯管的工艺要求,从而达到了保证产品的一致性、稳定性、可靠性和高发光效率的目的。

1、无极灯灯管的生产工艺

1.1、无极灯的工作原理

  无极灯是基于法拉第电磁感应原理,采用类似于变压器的结构,完成初级绕组与等离子体环路所形成的次级绕组之间的电功率耦合,来进行电功率传递的一种长寿命、高光效的电光源。它由高频发器、耦合器和灯管三部分组成,如图1 所示。通过电磁感应方式耦合到灯管内的电能使得灯管内的低压汞和惰性气体的混合蒸汽电离形成等离子体,处于激发态的汞原子返回基态时,自发辐射出253.7 nm 的紫外线,激发灯管内壁的三基色荧光粉发光,将紫外光转换为可见光。无极灯不再使用传统光源中所必须的灯丝和电极,避免了传统光源中由灯丝损耗等一系列制约灯寿命和性能的难题。

无极灯的基本组成

图1 无极灯的基本组成

1.2、灯管的生产工艺及技术

  无极灯灯管的生产工艺主要包括如图2 所示的多道工序。清洗工序需采用玻璃清洗液、蒸馏水(或去离子水)对灯管进行清洗才能满足要求。此外,排气工序是灯管制造中难度最大、耗时最多并且对设备要求最高的一道关键工序。排气工序的好坏不仅影响灯管的光效的高低,而且关系到灯管寿命的长短。其排气工艺既具有一般灯泡排气系统的特点,又有其特殊性。因此,需要采用专门的设备来完成。

无极灯灯管主要生产工序

图2 无极灯灯管主要生产工序

2、多工位无极灯排气台的结构设计

  无极灯灯管的排气工序的主要作用包括:

  ① 确保并尽量提高灯管的本底真空度;
  ② 充入惰性气体、适量的工作气体和汞蒸汽;
  ③ 完成灯管的封离。

  无极灯灯管能够达到的真空度以及灯管内惰性气体和工作气体的量将直接影响到无极灯使用中的发光效率和寿命。因此,在无极灯排气台设计时必须首先保证实现上述功能,才能确保生产出质量可靠、一致性好且稳定的无极灯管;此外,还需从节能和降低成本的角度作了创新性设计;最终确定排气台总体结构。该结构可以划分成几个功能模块,即:抽气、测量、烘烤、充气和昂贵的工作气体的回收。

  该排气台的特点可以概括为:

  ① 真空系统为金属系统,其管道短、粗、直且内表面积光洁,提高了系统的有效抽速并且减小了系统的放气量;
  ② 真空测量系统配置合理;
  ③ 对工作气体的充气进行了精确地计量控制;
  ④ 实现了多余工作气体的回收。

2.1、真空系统

  真空系统是排气台的核心。图3 为无极灯排气台的结构图,由图可知真空获得是由机械泵金属油扩散泵组成。机械泵作为前级泵,扩散泵作为主抽真空泵,配用冷阱来防止油蒸气的返流。为了提高抽速、减少死空间,真空管道设计时充分保证了短、粗和直。此外,真空度由复合真空计来进行监控。充气压强由计量规控制。经测试,该系统的极限真空为5.2×10- 4 Pa, 本底真空2.3×10- 3 Pa,在<500℃的高温烘烤下,真空度仍能保持在6~9×10- 3 Pa量级。

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