СПОСОБ ЗАПУСКА ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ЛАЗЕРА

СПОСОБ ЗАПУСКА ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ЛАЗЕРА


SU (11) 1839956 (13) A1

(51) МПК
H01S 3/22 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СССР 
Статус: по данным на 07.12.2007 - нет данных 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 4527535/28 
(22) Дата подачи заявки: 1990.02.26 
(45) Опубликовано: 2006.06.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Лосев С.А. Газодинамические лазеры, М. Наука, 1977. Авторское свидетельство СССР №1839953, кл. Н 01 S 3/22, 2006. 
(71) Заявитель(и): Научно-исследовательский институт тепловых процессов 
(72) Автор(ы): Воронин Николай Георгиевич (RU) 

(54) СПОСОБ ЗАПУСКА ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ЛАЗЕРА

Изобретение относится к квантовой электронике и предназначено для использования при эксплуатации мощной газодинамической лазерной установки, работающей на продуктах сгорания с выбросом рабочего тела в атмосферу. Сущность: для осуществления запуска лазера компоненты рабочего тела, в том числе горючее, окислитель и балластный компонент, подают в газогенератор. Балластный компонент и окислитель предварительно нагревают в теплообменниках. Смешивают компоненты рабочего тела и воспламеняют горючую смесь. Продукты сгорания прокачивают через газодинамический тракт и средство выхлопа. После этого отключают подачу компонентов рабочего тела. При этом рабочее тело охлаждают в газодинамическом тракте так, чтобы его температура в средстве выхлопа была меньше температуры самовоспламенения, а расход рабочего тела G устанавливают удовлетворяющим соотношению: G<V /t, где V - объем средства выхлопа, - плотность охлажденного рабочего тела, t - время отключения подачи компонентов рабочего тела. Технический результат: повышение безопасности запуска. 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к квантовой электронике и предназначено для использования при эксплуатации мощной газодинамической лазерной установки, работающей на продуктах сгорания с выбросом рабочего тела в атмосферу.

В настоящее время газовые лазеры на продуктах сгорания широко используют в качестве источников мощного излучения в непрерывном режиме. Среди известных типов лазеров для практических приложений наиболее интересен газодинамический лазер на двуокиси углерода, для запуска которого обычно подают компоненты рабочего тела, в том числе горючее (окись углерода или толуол), окислитель (воздух) и балластный компонент (азот), в газогенератор, смешивают компоненты рабочего тела, воспламеняют горючую смесь, прокачивают продукты сгорания через газодинамический тракт и выхлопное устройство, а затем прекращают подачу компонентов рабочего тела. Известный способ позволяет получить температуру торможения Tо 1500К при составе продуктов сгорания (мольные доли) остальное - азот.

Однако состав рабочего тела при использовании горения окиси углерода или толуола не оптимален (в продуктах сгорания велика доля углекислого газа и воды), вследствие чего удельный энергосъем не превышает 10-12 кДж/кг (см., например, С.А.Лосев. Газодинамические лазеры. М.: Наука, 1977).

Малая величина удельного энергосъема приводит к необходимости увеличивать расход рабочего тела для получения требуемого уровня мощности.

Известен также способ запуска газодинамического лазера большой мощности, включающий подачу компонентов рабочего тела, в том числе горючего, окислителя и балластного компонента, в газогенератор с предварительным нагревом балластного компонента и окислителя в регенеративных теплообменниках, смешение компонентов рабочего тала, воспламенение горючей смеси, прокачку продуктов сгорания через газодинамический тракт и выхлопное устройство и отключение подачи компонентов рабочего тела (а.с. СССР №№1839953, МКИ Н 01 S 3/22, прототип).

Известный способ позволяет повысить удельный энергосъем за счет улучшения состава продуктов сгорания, однако ему присущ определенный недостаток: в случае выхода газогенератора из строя возможно не воспламенение горючей смеси с последующим ее накоплением в выхлопном устройстве. Учитывая, что расход рабочего тела в газодинамическом лазере большой мощности может превышать несколько сотен килограммов в секунду, накопление в выхлопном устройстве взрывоопасной смеси может создавать значительную угрозу безопасности при запуске лазера.

Целью настоящего изобретения является обеспечение безопасности при запуске лазера.

Поставленная цель достигается тем, что в способе запуска газодинамического лазера, включающем подачу компонентов рабочего тела, в том числе горючего, окислителя и балластного компонента, в газогенератор с предварительным нагревом балластного компонента и окислителя в регенеративных теплообменниках, смешение компонентов рабочего тела, воспламенение горючей смеси, прокачку продуктов сгорания через газодинамический тракт и выхлопное устройство и отключение подачи компонентов рабочего тела, рабочее тело в газодинамическом тракте охлаждают до температуры в выхлопном устройстве, меньшей температуры самовоспламенения, а расход рабочего тела ограничивают величиной G, удовлетворяющей соотношению G<V /t, где V - объем выхлопного устройства, - плотность охлажденного рабочего тела, t - время отключения подачи компонентов рабочего тела.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 схематически показан в разрезе газодинамический лазер, предназначенный для использования заявляемого способа, а на фиг.2 представлен пример эпюры температуры торможения потока рабочего тела по газодинамическому тракту лазера при использовании описанного способа.

Газодинамический лазер содержит регенеративные теплообменники окислителя (воздуха) 1 и балластного компонента (азота) 2, газогенератор 3 с камерой сгорания 4 и форсуночным блоком 5, поджигающие устройства 6 и газодинамический тракт 7 для прокачки рабочего тела.

Форсуночный блок выполнен в виде соосной с камерой сгорания трубы 8, к которой пристыкованы трубопроводы всех компонентов рабочего тела: горючего 9, окислителя 10, балластного компонента 11, - со стабилизирующими патрубками горючего 12, окислителя 13 и балластного компонента 14.

Газодинамический тракт 7 образован ресивером 15, цилиндрическим блоком сопел 16, рабочей частью 17 с резонаторными зеркалами 18, 19, выхлопным коллектором 20, холодильником 21 и выхлопным устройством (выхлопной шахтой) 22, снабженной шумоглушащей насадкой 23, расположенной в верхней ее части, и аварийным вентилятором 24 во взрывоопасном исполнении, подсоединенным к шахте 22 в ее нижней точке, снабженным индивидуальным выхлопным трубопроводом 25, срез которого расположен не ниже среза шахты 22.

Конструкция поджидающего устройства, датчики и приборы системы управления и контроля параметров лазера, а также запорнорегулирующая арматура и источники компонентов рабочего тела не показаны на фиг.1, чтобы не загромождать чертеж.

Запуск газодинамического лазера осуществляют следующим образом. Компоненты рабочего тела подают в газогенератор 3, при этом окислитель и балластный компонент прокачивают через теплообменники 1,2, обеспечивая их нагрев до температуры от 600 до 800 К. Нагретые окислитель и балластный компонент через трубопроводы 10 и 11 и стабилизирующие патрубки 13, 14, горючее - через трубопровод 9 и патрубок 12 подают в трубу 8, в которой производят их перемешивание. Затем горючую смесь подают в камеру 4, воспламеняют при помощи поджигающих устройств 6, а продукты сгорания прокачивают через газодинамический тракт 7, в котором при помощи резонатора, образованного зеркалами 18, 19, преобразуют часть тепловой энергии рабочего тела в энергию лазерного излучения.

Использованное рабочее тело выбрасывают в атмосферу через выхлопной коллектор 20, холодильник 21 и выхлопное устройство 22, при этом в холодильнике рабочее тело охлаждают до температуры, меньшей температуры самовоспламенения, уже на входе в выхлопное устройство, а расход рабочего тела ограничивают величиной G, удовлетворяющей соотношению G V /t, где V - объем выхлопного устройства, - плотность охлажденного рабочего тела, t - время отключения подачи компонентов рабочего тела.

По истечении требуемого времени запуска, либо при прекращении горения смеси в камере сгорания, либо при отклонении режима сгорания от заданного, подачу компонентов рабочего тела отключают. При аварийном отключении лазера включают аварийный вентилятор 24, на входе в вентилятор разбавляют рабочее тело холодным атмосферным воздухом (открыв для этого отверстия подсоса) в количестве, достаточном для образования заведомо не горючей смеси, и полученную смесь выбрасывают в атмосферу через выхлопной трубопровод 25.

Вентиляцию продолжают до снижения концентрации горючего в выхлопном устройстве 22 ниже предельно допустимой (ПДК) в соответствии с санитарными нормами.

При аварийном отключении возможны два случая: первый - смесь в камере сгорания 4 не воспламенилась, например, из-за отказа поджигающих устройств 6 или нарушения режимов смешения в форсуночном блоке 5; второй - смесь сгорела в камере сгорания 4 частично, в потоке присутствуют зоны с несгоревшей топливной смесью.

Эти случаи хода рабочего процесса заключены в области между кривыми А и Б на фиг.2. Кривая А соответствует невоспламенению топливной смеси, а кривая Б - полному сгоранию. Цифрами у оси абсцисс обозначены номера агрегатов лазера в соответствии с фиг.1, к которым относятся участки кривых А и Б. Заштрихованной линией на фиг.2 показана граница самовоспламенения. Кривые А и Б на фиг.2 соответствуют запуску стенда с использованием в качестве горючего толуола в количестве, соответствующем номинальной температуре торможения в ресивере 1500 K.

Из фиг.2 видно, что, благодаря охлаждению, воспламенения (взрыва) в выхлопной шахте произойти не может.

Ограничение расхода G величиной G<V /t позволяет при аварийной ситуации избежать выброса облака горючей смеси в атмосферу. Смесь, выбрасываемая в атмосферу при помощи аварийного вентилятора, уже не является пожаро- и взрывоопасной, а благодаря ее рассеянию в атмосфере, обеспечивается и выполнение санитарных норм.

Таким образом, заявляемый способ позволяет обеспечить безопасность запуска мощного газодинамического лазера.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ запуска газодинамического лазера, включающий подачу в газогенератор компонентов рабочего тела, в том числе горючего, окислителя и балластного компонента с предварительным нагревом балластного компонента и окислителя в регенеративных теплообменниках, смешение компонентов рабочего тела, воспламенение горючей смеси, прокачку продуктов сгорания через газодинамический тракт и средство выхлопа и отключение подачи компонентов рабочего тела, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности запуска, рабочее тело в газодинамическом тракте охлаждают так, чтобы его температура в средстве выхлопа была меньше температуры самовоспламенения, а расход рабочего тела G устанавливают удовлетворяющим соотношению



где V - объем средства выхлопа;

- плотность охлажденного рабочего тела;

t - время отключения подачи компонентов рабочего тела.



ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru