CN103682954A - 一种新型气体放电腔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型气体放电腔，包括风机、导流片、热交换器、电极、导流吸尘板和均匀丝网。该气体放电腔采用轴流风机、导流吸尘板和均匀丝网等，降低了噪音和激波的产生，减少了声场对放电腔的影响，并使放电区域流速更大、流场更均匀。布置在放电腔体内部的导流吸尘板除导流作用外，能对全部工作气体清洁除尘，同时能达到预电离效果且不会产生热积累和流速损失。

Description

一种新型气体放电腔

技术领域

本发明属于气体激光技术领域，具体涉及一种气体激光光源的放电腔。

背景技术

气体放电激光光源的核心关键部件就是放电腔。放电腔具有一定腔型，维持其内部工作气体的正常放电和系统稳定出光。放电腔一般由腔体结构、风机系统、放电系统和冷却系统组成。放电腔在每次放电之后都会产生放电尘埃，影响下一次的放电效果。风机系统能将放电尘埃带走，并通过除尘装置清洁放电腔内部的循环工作气体。放电系统一般由主放电系统和预电离系统组成。

目前在风机系统中一般使用贯流叶轮。出风口轴向风速不均匀是贯流叶轮的很大缺点。此外，当放电腔工作在更高重复频率时要求阴阳电极间有更高的气体流速，也即要求贯流叶轮工作在更高转速或贯流叶轮有更大直径；这会带来贯流叶轮在高速下转动时不平衡的问题，以及转速或直径增大后叶轮的周向叶片处的失速问题，从而产生激波和噪音，影响放电腔的放电和出光。

目前使用的除尘装置一般外挂在放电腔上，通过小孔导入部分工作气体，采用静电吸附的方式净化清洁这部分工作气体。这只能清洁一小部分工作气体，绝大部分放电尘埃还存在于放电腔内随着工作气体在腔内循环流动。这样会影响放电腔的使用寿命。

目前使用的预电离系统一般紧挨着主电极。主电极和预电离电极之间的工作气体在高压下首先发生电离，产生的电子运动到两主电极之间，协助阴阳主电极放电。为保证电子在两主电极之间运动畅通，在主电极迎风或背风面需留有间隙，这样会产生一部分压力损失降低放电区域流速。另外，预电离区域会产生很大一部分热量，影响放电腔放电和出光效果。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的气体放电腔主要解决以下技术问题：降低噪音和激波的产生，减少声场对放电腔的影响；使放电区域流速更大、流场更均匀，满足放电腔更高重复频率的使用要求；提高放电腔的使用寿命；减小产生热积累和流速损失。

(二)技术方案

本发明提供一种气体放电腔，包括风机、导流片、热交换器、电极、导流吸尘板和均匀丝网，所述风机为双转子风机，所述双转子风机依靠一个电机驱动实现双转子的正反方向旋转。

根据本发明的一种具体实施方式，在光轴方向上布置多个风机，通过调节不同风机的转速，达到阴阳电极间工作气体光轴方向流速的均匀性要求。

根据本发明的一种具体实施方式，所述导流吸尘板是由多组薄板组成，使放电区域流场更均匀。

根据本发明的一种具体实施方式，所述导流吸尘板间隔交错分别与该气体放电腔的上下基板相连，可以在上下基板上分别加载不同电压，在薄板间流过的工作气体中的放电杂质被静电吸附在薄板上，达到净化全部工作气体的目的。

根据本发明的一种具体实施方式，所述导流吸尘板加载电压后形成平板电容阵，可以部分电离工作气体。

根据本发明的一种具体实施方式，所述双转子的每个转子上都有扇叶，安装于一个转子上的扇叶为一组扇叶，安装于另一个转子上的扇叶为另一组扇叶，通过不同的扇叶面型及安装方式，使正反方向旋转的两组扇叶在同一方向上驱动气体流动。

根据本发明的一种具体实施方式，所述电机为陶瓷电机。

根据本发明的一种具体实施方式，通过外部遥控操作电机。

根据本发明的一种具体实施方式，远离电机端的转子上安装有整流头，且该整流头通过连接轴与电机输出轴相连；连接轴上固定有外齿轮，与连接轴及远离电机端的转子一起转动；外齿轮驱动圆心固定的4组行星齿轮运转；行星齿轮驱动内齿轮运转；内齿轮与靠近电机端的转子固定在一起。

根据本发明的一种具体实施方式，所述气体放电腔内壁布置吸声材料。

根据本发明的一种具体实施方式，所述气体放电腔为方形流道截面，每边都相同布置有风机、热交换器、电极、导流吸尘板和均匀丝网，导流片布置在方形四角上。

根据本发明的一种具体实施方式，通过调整四组阴阳电极的加电时序来调整四个阴阳电极间放电区域的放电和出光时间。

根据本发明的一种具体实施方式，所述风机为多级风机。

根据本发明的一种具体实施方式，所述每级风机的多个风机的转速为从光轴中央到两端递增。

根据本发明的一种具体实施方式，所述导流片布置在放电腔截面弯曲程度较大的地方，减少流阻，减少气体流速损失。

根据本发明的一种具体实施方式，所述热交换器热采用翅片管束形式。

根据本发明的一种具体实施方式，所述热交换器的内孔通有冷却水流，内孔为圆形、椭圆形、方形；外部翅片采用流线型以减小热交换器的流阻；热交换器的材料导热性能良好，且与放电腔内工作气体不相互反应；同一区域放置的热交换器组由多根热交换器交错排列形成。

(三)有益效果

本发明提供的新型气体放电腔采用轴流风机、导流吸尘板和均匀丝网等，降低了噪音和激波的产生，减少了声场对放电腔的影响，并使放电区域流速更大、流场更均匀。除导流作用外，布置在放电腔体内部的导流吸尘板能对全部工作气体清洁除尘，同时能达到预电离效果且不会产生热积累和流速损失。

附图说明

图1是本发明气体放电腔的截面图；

图2a是本发明气体放电腔的双转子风机图；

图2b是本发明气体放电腔的双转子风机的正视风扇方向的截面图；

图3是本发明气体放电腔的风机光轴方向示意图；

图4是本发明气体放电腔的导流吸尘板光轴方向示意图；

图5a是本发明气体放电腔的热交换器的轴截面图；

图5b是本发明气体放电腔的热交换器的横截面图；

图6是本发明气体放电腔截面扩展图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

新型气体放电腔的截面如图1所示。该新型气体放电腔包括风机、导流片、热交换器、电极、导流吸尘板和均匀丝网。

所述风机为轴流风机，所述风机为多转子风机，优选的，为双转子风机。如但不限如的举例，一种双转子风机如图2a所示，远离电机端的转子上安装有整流头，且该整流头通过连接轴与电机输出轴相连；连接轴上固定有外齿轮，与连接轴及远离电机端的转子一起转动；外齿轮驱动圆心固定的4组行星齿轮运转；行星齿轮驱动内齿轮运转；内齿轮与靠近电机端的转子固定在一起。为实现本发明的技术方案，所述内齿轮、外齿轮与行星齿轮可以有多种位置关系和旋转方向，本发明图2b示出了所述多种位置关系和旋转方向中的一种。图2b示出了内齿轮、外齿轮和4组行星齿轮间的位置关系和旋转方向。如图2b所示，最外圈转的是内齿轮，最内圈转的是外齿轮，中间的4个转轮就是4组行星齿轮(图2b只通过圆圈简单示意内齿轮、外齿轮和4组行星齿轮，没有画出齿)。这样所述双转子风机依靠一个电机驱动实现双转子的正反方向旋转。所述双转子的每个转子上都有扇叶，每个转子上的扇叶可以为单扇叶或多扇叶，安装于一个转子上的扇叶为一组扇叶，安装于另一个转子上的扇叶为另一组扇叶，通过设计不同的扇叶面型及安装方式，可以使反向旋转的两组扇叶在同一个方向上驱动气体流动。通过设计不同的扇叶面型及安装方式使反向旋转的两组扇叶在同一方向上驱动气体流动，这属于气体动力学里对翼型的研究领域，这一研究在流体力学中已经非常成熟，属于本领域的现有技术，在此不做赘述。这样的反向旋转不但可以增大气体的流动速度，而且可以降低噪音和激波的产生，减少声场对放电腔的影响。如但不限如的举例，所选用的电机为陶瓷电机，在放电腔外部遥控操作电机。

一般来说，在光轴方向上风场的长度要远大于风扇扇叶的直径，这就要求在光轴方向上布置多个风机。风机光轴方向布置如图3所示。可以通过调节图3所示的不同风机的转速，来达到阴阳电极间工作气体光轴方向流速的均匀性要求；因光轴方向两端有壁面效应降低流速，每级风机的多个风机的转速一般都是从光轴中央到两端递增来维持流速均匀性。另外，可以设置多级风机来满足放电区域流场大小要求，如图1所示为两级风机。

图1中导流吸尘板沿光轴方向的布置如图4所示。导流吸尘板是由多组薄板组成，可以使放电区域流场更均匀。另外，导流吸尘板间隔交错分别与该气体放电腔的上下基板相连。所述导流吸尘板间隔交错分别与该气体放电腔的上下基板相连具体可以如图4所示：从所述多组薄板的一侧(如图4所示的多组薄板的最左侧或最右侧)开始，第1块薄板、第3块薄板、第5块薄板、……与该气体放电腔的上基板相连，第2块薄板、第4块薄板、第6块薄板、……与该气体放电腔的下基板相连。图4所示的导流吸尘板分别与气体放电腔的上下基板相连的方式只是一个举例，实际的相连方式可以由本领域技术人员灵活设置，例如连续两块薄板与所述上基板相连，然后连续两块薄板与所述下基板相连，再连续两块薄板与所述上基板相连，等等多种方式。在上下基板上分别加载不同电压，这样在薄板间流过的工作气体中的放电杂质可以静电吸附在薄板上，达到净化全部工作气体的目的。而且，导流吸尘板加载电压后形成平板电容阵，可以部分电离工作气体，起到预电离的作用帮助阴阳电极放电。这样的预电离远离主电极区域，不会产生热量积累，也不需要在主电极迎风或背风面留有间隙从而产生一部分压力损失而降低放电区域流速。

图1中均匀丝网由一排或多排与光轴方向平行的细丝组成，它与导流吸尘板形成工作气体流动方向的截面网格，使放电区域流场更均匀。

如图1所示，在放电腔截面弯曲程度较大的地方布置导流片，减少流阻从而减少气体流速损失；阴阳电极在工作气体流动方向设置喇叭口流道，适当增大工作气体流速；热交换器用来带走放电腔内的热量；放电腔腔体内壁可以布置有吸声材料(图中未画出)。

为了增加散热面积、保证系统散热效率，热交换器采用翅片管束形式。内孔通有冷却水流，内孔为圆形、椭圆形、方形等形状；外部翅片采用流线型以减小热交换器的流阻；热交换器的材料需导热性能良好，且与放电腔内工作气体不相互反应；同一区域放置的热交换器组由多根热交换器交错排列形成。单根热交换器的轴截面如图5a所示，单根热交换器的横截面如图5b所示。

图1所示的新型放电腔截面图可以进一步扩展，如但不限如的举例，可扩展成图6所示的典型气体放电腔截面图。图6所示的典型气体放电腔为方形流道截面，每边都相同布置有风机、热交换器、电极、导流吸尘板和均匀丝网，导流片布置在方形四角上。当四组阴阳电极同时加电时可以实现四个阴阳电极间放电区域同时放电和出光。也可以通过调整四组阴阳电极的加电时序来调整四个阴阳电极间放电区域的放电和出光时间。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种气体放电腔，包括风机、导流片、热交换器、电极、导流吸尘板和均匀丝网，其特征在于，所述风机为双转子风机，所述双转子风机依靠一个电机驱动实现双转子的正反方向旋转。

2.如权利要求1所述的气体放电腔，其特征还在于，在光轴方向上布置多个风机，通过调节不同风机的转速，达到阴阳电极间工作气体光轴方向流速的均匀性要求。

3.如权利要求1所述的气体放电腔，其特征还在于，所述导流吸尘板是由多组薄板组成，使放电区域流场更均匀。

4.如权利要求3所述的气体放电腔，其特征还在于，所述导流吸尘板间隔交错分别与该气体放电腔的上下基板相连，可以在上下基板上分别加载不同电压，在薄板间流过的工作气体中的放电杂质被静电吸附在薄板上，达到净化全部工作气体的目的。

5.如权利要求4所述的气体放电腔，其特征还在于，所述导流吸尘板加载电压后形成平板电容阵，可以部分电离工作气体。

6.如权利要求1所述的气体放电腔，其特征还在于，所述双转子的每个转子上都有扇叶，安装于一个转子上的扇叶为一组扇叶，安装于另一个转子上的扇叶为另一组扇叶，通过不同的扇叶面型及安装方式，使正反方向旋转的两组扇叶在同一方向上驱动气体流动。

7.如权利要求1所述的气体放电腔，其特征还在于，所述电机为陶瓷电机。

8.如权利要求1所述的气体放电腔，其特征还在于，通过外部遥控操作电机。

9.如权利要求1所述的气体放电腔，其特征还在于，远离电机端的转子上安装有整流头，且该整流头通过连接轴与电机输出轴相连；连接轴上固定有外齿轮，与连接轴及远离电机端的转子一起转动；外齿轮驱动圆心固定的4组行星齿轮运转；行星齿轮驱动内齿轮运转；内齿轮与靠近电机端的转子固定在一起。

10.如权利要求1所述的气体放电腔，其特征还在于，所述气体放电腔内壁布置吸声材料。

11.如权利要求1所述的气体放电腔，其特征还在于，所述气体放电腔为方形流道截面，每边都相同布置有风机、热交换器、电极、导流吸尘板和均匀丝网，导流片布置在方形四角上。

12.如权利要求11所述的气体放电腔，其特征还在于，通过调整四组阴阳电极的加电时序来调整四个阴阳电极间放电区域的放电和出光时间。

13.如权利要求2所述的气体放电腔，其特征还在于，所述风机为多级风机。

14.如权利要求2所述的气体放电腔，其特征还在于，所述每级风机的多个风机的转速为从光轴中央到两端递增。

15.如权利要求1所述的气体放电腔，其特征还在于，所述导流片布置在放电腔截面弯曲程度较大的地方，减少流阻，减少气体流速损失。

16.如权利要求1所述的气体放电腔，其特征还在于，所述热交换器热采用翅片管束形式。

17.如权利要求16所述的新型气体放电腔，其特征还在于，所述热交换器的内孔通有冷却水流，内孔为圆形、椭圆形、方形；外部翅片采用流线型以减小热交换器的流阻；热交换器的材料导热性能良好，且与放电腔内工作气体不相互反应；同一区域放置的热交换器组由多根热交换器交错排列形成。

Images