Охлаждение генераторных радиоламп - плюсы и минусы.
Общаясь со многими радиолюбителями можно сделать вывод, при постройке усилителя мощности многие не знают, как производить расчеты производительности вентилятора, как сохранить температурный режим лампы согласно требованиям завода-изготовителя и паспортных данных радиолампы, что в конечном итоге приводило к многократной замене вентиляторов, пока не подбирался необходимый режим охлаждения методом проб и ошибок. Поэтому, имея наколенный опыт в вопросе охлаждения генераторных радиоламп, и профессионально занимаясь на производстве вопросами связанными с вентиляцией шахты попробую осветить этот вопрос и дополнить своими наработками и заключениями 15-20 летней давности.
Вступление
В середине 70-х мне стали попадаться металлокерамические лампы ГИ-7Б, ГИ-14Б которые при своих размерах заметно превосходили другие лампы по отдаваемой мощности, что и повлекло постройку усилителей на этих лампах. Но сразу пришлось столкнутся с такой проблемой при хорошем блоке питания и застабилизированных напряжениях отдаваемая мощность после некоторого времени сбрасывалось до 50% от первоначальной.
После определенных измерений и прочтения литературы сделан вывод все дело в охлаждении, то есть в ненормальном обдуве самой радиолампы. Литературы на эту тематику в той местности, где ранее проживал, в библиотеках найдено не было, так как эта литература считалась узкоспециализированной, и на нее никто не обращал внимания, в библиотеки не заказывалась и не поступала.
На метеостанции мне удалось получить доступ к пользованию анемометрами, но мне никто не смог объяснить, как производить измерения в замкнутом пространстве или у поперечного сечения данного пространства.
Поэтому пришлось создавать прибор для измерения воздушного потока, а далее воздушной струи самому. На изготовление данного прибора натолкнул материал, показанный по телевизору об институте ЦАГИ, где производится продувка моделей с предварительно оклеенными по всему периметру полосками для визуального наблюдения огибания воздушной струей продуваемой модели.
Но исследуемую лампу мы не будем оклеивать полосками бумаги, да это не нужно, так как мощность вентилятора должна быть значительной. Наша задача обеспечить максимальный КПД имеющегося у вас вентилятора.
Рис.1. Прибор для измерения воздушной струи - АПР-2.
Изготовление прибора
Данный прибор очень прост и имеет всего две основных детали. Роли стрелки выполняет полоска ватмана длиной 100 мм и шириной 10 мм, которая подвешивается вертикально (или горизонтально над лампой) перед вентилятором на Г или П-образной стойке или вы ее держите в руке.
На расстоянии в 10 мм от точки крепления полоски производится перегиб, несколько раз для обеспечения гибкости вашей полоски, а роль шкалы выполняет обычная ученическая линейка.
Итак, если при максимальном напряжении питания на ваш вентилятор ваша полоска, а далее стрелка-указатель расположенная перед вентилятором отклонилась на расстояние по вашей шкале, к примеру, на 50 мм то его можно принять за 100%.
После этого перемещая стрелку-указатель в те области, что вас интересуют и путем составления пропорции, можно узнать какое количество воздуха попадает на выводы сеток, керамику или стекло и сам анод лампы.
Это необходимо, для того чтобы можно визуально увидеть количество поступающего воздуха на лампу, кроме того, при использовании не фирменных готовых вентиляторов, а использование электродвигателей от бытовой техники типа ЭДГ, КД и им аналогичных, когда лопасти вентилятора приходится изготавливать самим (большему количеству радиолюбителей) или компоновать из частей от разных вентиляторов.
Рис.2. Зависимость числа делений шкалы в секунду от скорости направленного воздушного потока от 0,3 м/с до 1,0 м/с для крыльчатого анемометра - АСО-3.
Данная методика позволяет выставить угол атаки самодельных лопастей вашего вентилятора на максимальную производительность и выбрать точку установки вашего вентилятора при обдуве, к примеру, РА на лампах Г-811 и аналогичных.
Системы охлаждения
Системы охлаждения триодов и тетродов несколько отличаются друг от друга, что несколько упрощает систему охлаждения, для одних и усложняет для других типов ламп. Попробуем разобраться в особенностях охлаждения.
Выбор схемы охлаждения радиолампы
При наличии у вас вентилятора осевой или улиточной конструкции изменяется сама схема охлаждения радиолампы. Поэтому вы должны определится сами, какую схему охлаждения вам выбирать.
Предпочтительна схема охлаждения при наличии у вас:
Осевых вентиляторов (типа ВН-2, от БП компьютеров) и аналогичных с верхним расположением над анодом лампы - осевая вытяжная.
Центробежного вентилятора (улитка) различных конструкций на приточную с подачей воздушной струи со стороны накально-сеточных выводов радиолампы.
Центробежного вентилятора (улитка) различных конструкций на приточную с подачей воздушной струи со стороны керамики или стекла радиолампы.
Параметры систем охлаждения и методика измерений
В паспорте мощных генераторных ламп завод-изготовитель указывает необходимую производительность системы охлаждения - м3/ч [1] и максимально допустимую температуру ее конструктивных элементов tAmax [2].
Основные параметры производительности системы охлаждения и температурного режима конструктивных элементов:
Снижение подачи вентилятором воздушной струи ∆V, выраженная в %;
Максимальная температура анода tAmax;
Эти величины можно использовать для оценки производительности вентилятора, аэродинамического сопротивления воздушного тракта и температурного режима конструктивных элементов радиолампы.
Рис.3. Зависимость числа делений шкалы в секунду от скорости направленного воздушного потока от 1,0 м/с до 5,0 м/с для крыльчатого анемометра - АСО-3.
Охлаждение лампы зависит от подачи воздуха вентилятором в зависимости от схемы охлаждения радиолампы [2]. Поэтому для наиболее эффективного использования воздушного потока воздушный тракт усилителя должен иметь минимальное аэродинамическое сопротивление. Которое в общем случае, обусловлено местом расположения вентилятора, формой радиолампы, ее панели и конфигурацией воздуховода.
Движущийся в воздуховоде воздушная струя характеризуется подачей [2] Q м3/с = V ∙ S , где
V - скоростью воздушной струи (воздушного потока), м/с;
S - площадь поперечного сечения воздуховода в месте измерения скорости, м2;
Всякое сопротивление на пути воздушного потока вызывает преломление воздушной струи и уменьшение скорости, а следовательно, потерю подачи воздуха вентилятором на радиолампу.
Расчет производительности вентилятора
Очень часто у большинства радиолюбителей имеются вентиляторы различного назначения, как исправные, так и неисправные, но как определить производительность вашего вентилятора, когда электродвигатель от бытовой техники, а все остальное не известно от чего и когда к вам попало.
На что уделяется внимание в первый момент при монтаже усилителя мощности к вентилятору:
хорошо подошло по посадочным местам крепление электродвигателя и крыльчатки или "улитки" центробежного вентилятора;
хорошо вписывается в конструкцию;
неплохой "обдув";
Как правило, при установке подобных устройств, сразу выявляются их минусы - не достаточная производительность и как следствие перегрев лампы выходного каскада. Чтобы избежать подобных казусов, необходимо сразу оценить производительность вашего вентилятора.
Для измерения скорости воздушной струи применяются анемометры двух типов крыльчатые типа АСО-3 и чашечные типа МС-13.
Желательно для проведения ваших измерений применять крыльчатый анемометр, как более чувствительный для слабых потоков воздушной струи, но на крайний случай можно использовать и чашечный анемометр. Чашечные и крыльчатые анемометры есть в каждой школе в кабинетах физики.
Определение производительности вентилятора Q м/с.
Формула для расчета производительности имеющегося уже у вас вентилятора [2]: Q = S ∙ V , где
Q - производительность вашего вентилятора, м3/ч;
S - площадь поперечного сечения воздуховода в точке измерения скорости, м2;
V - скорость воздушной струи в точке измерения, м/с;
Определение снижение подачи вентилятором воздушной струи ∆V.
Вторым параметром системы охлаждения радиолампы принята величина снижения подачи вентилятором воздушной струи ∆V, выраженная в % которая рассчитывается по формуле:
∆V = [(Vб - V) / Vб] ∙ 100%, где
Vб - подача вентилятора в базовом варианте, с которым происходит сравнение, м3/ч;
V - подача вентилятора в системе обдува, м3/ч;
Число делений за 1 секунду
Скорость ветра в м/c
Число делений за 1 секунду
Скорость ветра в м/c
1
1,3
11
10,3
2
2,2
12
11,2
3
3,1
13
12,0
4
4,0
14
12,9
5
4,9
15
13,8
6
5,8
16
14,7
7
6,7
17
15,6
8
7,6
18
16,5
9
8,5
19
17,4
10
9,4
20
18,3
Таблица 1. Зависимость числа делений шкалы в секунду от скорости направленного воздушного потока для чашечного анемометра МС-13.
При проведении измерений крыльчатым [3] или чашечным анемометром [4], для расчета производительности вашего вентилятора применяются специальные графики и таблицы с помощью которых производится перевод количества оборотов крыльчатки анемометра в м/c:
для чашечных анемометров - таблица 1;
для крыльчатых анемометров - графики рис. 2. и рис. 3;
На рис.2. показан график зависимости числа делений шкалы в секунду от скорости направленного воздушного потока от 0,3 м/с до 1,0 м/с, где:
I - число делений I секунду;
II- скорость в м/c;
На рис.3. показан график зависимости числа делений шкалы в секунду от скорости направленного воздушного потока от 1,0 м/с до 5,0 м/с, где:
I - число делений I секунду;
II- скорость в м/c;
Методика проведения измерений чашечными или крыльчатыми анемометрами
Порядок работы простой и аналогичен для обоих типов анемометров, поэтому вам необходимо перед измерением скорости воздушного потока записать показания по всем трем шкалам анемометра.
В измеряемом воздушном потоке анемометр устанавливают вертикально и через 10-15 с. одновременно включают "арретиром" расположенным с боку механизм анемометра и секундомер. Экспонирование анемометра в воздушном потоке (если воздуховод имеет большого сечение более чем сам анемометр) производят в течение одной или двух минут. По истечении этого времени механизм, и секундомер выключают и записывают показания по всем шкалам анемометра и время экспозиции в секундах.
Разность между конечным и начальным отсчетом делят на время экспозиции (время замера количества воздуха) и определяют число делений шкалы, приходящихся на одну секунду.
Скорость ветра определяется по градировочному графику или таблице в зависимости от типа анемометра. При использовании графиков, на вертикальной оси графика находят число делений шкалы, приходящихся на одну секунду. От этой точки производится горизонтальная линия до пересечения с прямой графика, а из точки пересечения проводится вертикальная линия до пересечения с горизонтальной осью. Точка пересечения вертикали с горизонтальной осью графика и вам дает искомую скорость воздушного потока в м/сек.
В таблице 2 приведен перечень наиболее распространенных вентиляторов от компьютерной техники с характеристиками и расчетным количеством воздуха в м3/ч в пустом воздуховоде.
Наименование вентилятора
Марка
Внутренний диаметр, мм.
Скорость V, м/c
Количество воздуха Q, м3/ч
Max Flow (от БП компьютера)
Model - 8025-L DC 12V/0,2A
76
2.0
32,6
CPU - Culler (от процессора IBM486)
Model - 1212M DC 12V/0,9Вт
38
1,5
6,1
Winner sleeve searing (от видеокарт)
DC 12V/0.8Вт
38
1,2
5,0
Таблица 2.
Для проведения всех последующих измерений скорости воздушной струи применен анемометр типа АПР-2 имеющий диапазон измерения скорости воздушной струи от 0,2 до 20 м/c и отображающий показания на дисплее в м/с [5].
Выдвижная штанга прибора с крыльчаткой может помещаться в небольшие воздуховоды, что исключает погрешность при проведении измерений крыльчатыми и чашечными анемометрами. Поэтому расчет производительности вентилятора Q будет производен по формуле Q = S ∙ V.
Необходимо учитывать, что все осевые вентиляторы от компьютерной техники рассчитаны на осевую-вытяжную схему охлаждения. Для этого на вентилятор марки "Max Flow" от блока питания компьютера были поданы напряжения 10,12 и 15 вольт и снята характеристика его производительности в пустом воздуховоде диаметр, которого равен 76мм см. таблицу 3.
Рис.4. Проведение предварительного измерения осевого вентилятора Max Flow (от БП компьютера) пробором АПР-2.
Снижение производительности вентилятора обусловлено его конструктивным исполнением, так как он рассчитан заводом-изготовителем, прежде всего на работу по осевой-вытяжной схеме охлаждения аппаратуры.
Поток воздуха, выходящий из вентилятора при осевой-приточной схеме охлаждения, не прямоточный, а закрученный (как резьба, как нити в витом канате).
Напряжение питания вентилятора, В.
10
12
15
Схема охлаждения
Скорость V, м/c
Осевая - вытяжная
1,59
2,0
2,5
Осевая - приточная
1,43
1,77
1,93
Таблица 3.
Закрученная вентилятором воздушная струя и отброшенная с лопастей вентилятора (под углом атаки лопастей вентилятора рассчитанного на максимальную производительность при по осевой-вытяжной схеме охлаждения), многократно отскакивает от стенок воздуховода, прежде чем принять горизонтальное положение в воздуховоде.
Это и является основной причиной влияющей на снижение скорости подачи вентилятором - Q м3/ч, потому что кроме многократного преломления воздушных струй в пустом воздуховоде часть скорости подачи еще теряется и на трении между отдельными слоями потока, а это значительно ухудшает его характеристики даже в пустом воздуховоде (рис.5).
На рис.5. наглядно показано как происходит преломление и трение воздушных струй друг о друга в пустом воздуховоде и тем самым снижается скорость подачи уже на начальном этапе, т.е. на выходе из вентилятора.
Охлаждение триодов
В основном радиолюбители используют триоды в схеме усилителя с заземленной сеткой. Схема простая, но решая проблему усилителя с радиотехнической стороны вопроса, мы забываем об охлаждении самой радиолампы и только после пуска вашей конструкции, у вас начинают появляться вопросы о перегреве и "сбросе" лампой отдаваемой мощности в антенну.
Рис.5.
Зачастую приходится переделывать всю конструкцию полностью, чтобы вставить такой вентилятор, который хотя бы сносно охлаждал лампу. При охлаждении металлокерамических триодов ГИ-7Б, ГИ-14Б, ГС-35Б и аналогичных, когда сетка данной лампы жестко заземлена на корпус в районе сеточного вывода все это хорошо для реализации самого схемного решения усилителя, но для охлаждения самой лампы не очень.
Если взглянуть в паспорт [6] к примеру, лампы ГИ-7Б, где завод изготовитель указывает перечень температур катода, сетки и анода, возникает вопрос для чего даются эти параметры температур.
Если подумать, что такое 200 оС температура анода выполненного из металла, катода и сетки лампы. На самом деле завод изготовитель указывает критическую температуру, при превышении которой происходит нарушение соединения керамики и металла катода, вывода сетки и анода и как следствие нарушение целостности лампы. Для ГИ-7Б максимальная температура внешних керамических частей не должна превышать 250 оС.
Поэтому охлаждение радиолампы в усилителе мощности такой же важный аспект, как и все остальное.
Работая над проблемой охлаждения усилителя мощности можно констатировать, что для улучшения охлаждения радиолампы, в каком бы положении в вашем усилителе она не находилась анодом вверх или лежа, необходимо охлаждение, как накально-катодно-сеточных выводов, керамики так и анода лампы, как того требует завод изготовитель [2].
Рис.6.
В результате поисков найден выход, для того чтобы улучшить охлаждение анода и керамики в районе сеточного вывода в шасси вашей конструкции делаются конструктивные отверстия, смотри рис.6.
На рисунке 6 хорошо видно, на сколько увеличивается обув анода радиолампы при изготовлении технологических отверстий в шасси, и уменьшается сопротивление воздушной струе накально-сеточных цепей лампы (при использовании стандартного зажима управляющей сетки) или самодельного при закреплении радиолампы за управляющую сетку к шасси усилителя.
Из-за сопротивления воздушной струе накально-сеточных цепей лампы происходит преломление воздушной струи и как следствие ее рикошет от стенок стакана радиолампы и снижение КПД вашего вентилятора.
Такие отверстия можно делать не только для охлаждения триодов, к примеру, типа ГИ-7Б, ГС-35Б, но и таких, как ГУ-74Б и аналогичных у которых выводы не мешают изготовлению данных отверстий.
Форма этих отверстий может отличатся от предлагаемых. Были испытаны отверстия, проделанные обычным сверлом, которые располагались вокруг сеточного вывода лампы и т. д.
Все это, несомненно увеличивает КПД вашего вентилятора и улучшает обдув лампы по приточной или вытяжной схеме с применением, как осевых вентиляторов так и центробежных вентиляторов (улитка).
На рисунке 7 приведена форма отверстий проделываемых в шасси усилителя, для конструкции с креплением лампы за сеточный выступ при помощи самодельного цангового зажима выточенного на токарном станке.
Рис.7.
Самое главное снижает требование к самому вентилятору иметь запас по количеству подаваемого воздуха для создания воздушного давления на стенки подвала шасси и на преодоление сопротивления воздушной струе накально-сеточных цепей, которые также вносят в искривление направления воздушного потока.
Вывод:
Расположение вентилятора при осевой-приточной схеме охлаждения радиолампы (в подвале) выявлено следующее:
Расположение маломощного вентилятора в подвале шасси нежелательно. Как уже говорилось выше, что снижение производительности вентилятора обусловлено его конструктивным исполнением, так как он рассчитан заводом-изготовителем, прежде всего на работу по осевой-вытяжной схеме охлаждения аппаратуры. Для преодоления сопротивления воздушной струе накально-катодно-сеточных выводов радиолампы и сеточного зажима радиолампы КПД осевых вентиляторов очень низок.
Расположение вентилятора при осевой-вытяжной схеме охлаждения радиолампы (над анодом) выявлено следующее:
Расположение вентилятора над анодом не является лучшим решением, а компромиссным, так как вентилятор находится в зоне повышенного нагрева в зависимости от выходной мощности, когда температура воздушной струи от 60о до 80о и более, что резко снижает его эксплуатационные характеристики и срок службы [8].
Вентилятор, имеющий металлические лопасти вносит дополнительную емкость в анодный контур особенно в УКВ усилителях, которая меняется в процессе работы вентилятора он сам находится в поле анодных цепей этого контура и на него наводится часть энергии выделяемой анодным контуром.
При желании удалить вентилятор из поля анодного контура приводит к увеличению мощности данного вентилятора. (При работе вентилятора по вытяжной схеме охлаждения радиолампы образуется разряженное пространство между вентилятором и анодом лампы, что и приводит к движению воздуха снизу вверх, охлаждая анод лампы более эффективно). При увеличении расстояния между анодом и вентилятором, вашему вентилятору нужно создать более большее разряженное пространство, чтобы обеспечить такую же скорость воздушной струи для эффективного охлаждения анода радиолампы, как в первом варианте (у анода). Для этого вам необходимо или поменять угол атаки лопастей (как это делается на больших вентиляторых установках [2]) на вентиляторе или сменить вентилятор рассчитанный заводом-изготовителем на большую подачу воздуха.
Охлаждение тетродов
В паспорте мощных генераторных радиоламп типа ГУ-34Б, ГУ-43Б и аналогичных записано следующее " Температура сплав стекла с металлам, предельно-допустимая, не более - 150оС". Эти параметры предъявляют к охлаждению данного типа радиоламп еще более жесткие требования [7].
Охлаждение мощных тетродов типа ГУ-34Б, ГУ-43Б и аналогичных имеющих сходную по конструкции панельку вызывает определенные трудности при использовании всех типов вентиляторов.
Все вентиляторы любого типа должны иметь запас по мощности, подаваемой воздушной струи, для преодоления сопротивления накально-сеточных цепей радиолампы.
Но самое главное скрыто в конструкции самой панельки радиолампы, воздушная струя делает поворот в районе вывода экранной сетки два раза на 90 градусов, проходя через технологические отверстия в зажиме экранной сетки, все это резко снижает использование осевых вентиляторов, как не обеспечивающих создания необходимого воздушного давления (рис.8).
Рис.8.
Вывод:
Расположение вентилятора при осевой-приточной схеме охлаждения радиолампы (в подвале) выявлено следующее
:
КПД осевых вентиляторов при осевой-приточной схеме охлаждения радиолампы при большом сопротивлении воздушной струе накально-катодно-сеточных выводов радиолампы и конструктивного исполнения панельки радиолампы очень низок, поэтому применение маломощных вентиляторов по данной схеме не желательно.
При использовании охлаждения радиолампы по приточной схеме охлаждения при помощи центробежного вентилятора (улитка) выявлено следующее:
Расположение центробежного вентилятора (улитка) должно быть такое, чтобы не было "рециркуляции" (захват вентилятором воздушной струи со стороны анода) воздушной струи, что резко снижает КПД вашего вентилятора и ведет к перегреву лампы.
Данный вентилятор должен иметь запас по количеству подаваемого воздуха, так как перед струей воздуха имеются препятствия это стенки подвала и элементы монтажа накально-сеточных цепей лампы и конструктивное исполнение самой панельки радиолампы.
Для поворота воздушной струи к лампе должно использоваться спремляюще-поворотное устройство в форме колена из небольшого куска пластмассовой трубки, для исключения многократного переотражения от стенок подвала шасси и накально-сеточных цепей лампы. Диаметр спрямляюще-повортного устройства должен быть больше диаметра сеточного вывода лампы у триодов, к примеру, ГС-35Б (при использовании стандартной панельки) или диаметра экранной сетки тетрода ГУ-43. В худшем варианте сечение воздуховода спремляюще-поворотное устройства не должно быть меньше сечения воздуховода на выходе из центробежного вентилятора (улитка). При вентиляторах имеющих запас по количеству подаваемого воздуха эти требования не учитываются.
Прогрессивная система обдува генераторных радиоламп.
Применение данной схемы охлаждения обусловлено желанием, прежде всего, заставить хорошо работать маломощные вентиляторы которые очень часто имеются у большинства радиолюбителей.
В результате полученных выводов рассматривать схемы охлаждения мощных генераторных радиоламп рассмотренных выше маломощными вентиляторами как осевыми, так и центробежными (улитка) не целесообразно. Это связано с невозможностью расчета большинством радиолюбителей производительности, КПД и потерь вентиляторами из-за отсутствия приборов и литературы на эту тематику.
Поэтому чтобы улучшить охлаждение мощных генераторных радиоламп
(например, тетродов), необходимо изменить сам подход к охлаждению радиолампы и производить обдув в районе стекла или керамики радиолампы, что резко снижает температуру в точке соединения стекла и металла, керамики и металла.
Для охлаждения радиолампы можно применить приточную схему охлаждения с подачей воздушной струи при помощи центробежного вентилятора (улитка) рис.9.
Рис.9.
На рис.9. схематически показано распределение воздушной струи при подаче воздуха в район стекла или керамики радиолампы.
При такой схеме охлаждения данный вентилятор может располагаться в блоке питания, на задней стенке корпуса усилителя и т.д. рис.9.
Данная схема позволяет:
не находится непосредственно в корпусе усилителя;
исключает "рециркуляцию";
обеспечивает поступление воздуха с комнатной температурой;
Но для этого необходимо
при использовании стандартных панелек радиоламп заводского изготовления отказаться от использования керамического или текстолитового "стакана" и самостоятельно изготовить "стакан" из подходящего материала. В этом стакане примерно посередине стекла радиолампы изготавливается отверстие для вашего воздуховода.
Для того чтобы производительность вашего вентилятора не стала меньше, размер и форму воздуховода желательно сохранить такой же, как и в месте соединения - лампы и воздуховода, центробежного вентилятора (улитка) и воздуховода.
Для проведения чистоты эксперимента выбираем вентилятор "случайный" - то есть составной - электродвигатель без марки (неизвестно количество оборотов), а остальная часть от старого "полотенцесушителя" (ранее такие устройства устанавливались практически в любых кафе и столовых для сушки рук) с диаметром рабочего колеса (улитки) - 100 мм. Конструкция вентилятора собрана по принципу - "подошло и совпало".
Расчет производительности вентилятора Q м3ч.
Внутренний диаметр стакана радиолампы равен 100 мм, а диаметр анода равен - 94 мм, скорость воздушной струи V - 4,0 м/с расчет произведем по формуле Q = S ∙ V при этом миллиметры переведем в метры, а секунды в часы и подставим в формулу.
Радиолампа
ГУ-34Б
Скорость V, м/c
Количество воздуха Q, м3/ч
Снижение подачи воздуха ∆V,%
Накал
Анод
Накал
Анод
Накал
Анод
Не установлена
0,51
4,0
2,9
106,4
-
-
Установлена
1,0
3,0
5,7
79,8
+ 49
- 25
Таблица 4.
Площадь поперечного сечения SА в районе анода радиолампы равна SА
В таблице 4 приведены результаты замеров проведенных анемометром АПР-2 при обдуве радиолампы ГУ-34Б центробежным вентилятором (улитка), указано количество воздуха подаваемого на накально-сеточную и анодную часть радиолампы.
Определение снижение подачи вентилятором воздушной струи ∆V.
Вторым параметром, оценки производительности системы охлаждения радиолампы принята величина снижения подачи вентилятором воздушной струи ∆V, выраженная в %. Расчет снижения подачи вентилятором воздушной струи и произведем по формуле:
∆V = [(Vб
- V) / Vб] ∙ 100%, где
Vб - подача вентилятора в базовом варианте, с которым происходит сравнение, м3/ч;
V - подача вентилятора в системе обдува, м3/ч;
Подача вентилятора, установленного в пустом воздуховоде (стакане радиолампы), Vб = 106.4 м3/ч, сопротивление воздушной струе оказывает цанговый зажим экранной сетки лампы и анода. При установке радиолампы в панельку - подача уменьшилась до 79,8 м3/ч.
Расчет снижения подачи воздуха ∆V вентилятором на анод:
∆V = [(106,4 - 79,8)/106,4] ∙ 100 % = 25 %.
Снижение подачи вентилятором на 25% воздушной струи на анод связано с преломлением и отражением многократно от стекла и стенок стакана радиолампы и возросшим сопротивлением воздушной струе анода имеющего площадь поперечного сечения 69,4 см2.
Увеличение сопротивлению воздушной струе со стороны анода радиолампы приводит к увеличению подачи количества воздуха на НКС (накально-катодно-сеточные) выводы радиолампы, когда возросшее сопротивление со стороны анода создает необходимое давление в "ресивере" которое и увеличивает подачу воздуха с 0,51 м/с до 1,0 м/c тем самым увеличивается и подача количества воздуха с 2,9 м3/с до 5,7 м3/с на катод и выводы сеток и какала.
Вывод:
Воздушное давление создаваемое центробежным вентилятором (улитка) в стакане радиолампы между анодом и шасси усилителя образует своеобразный "ресивер" в котором образуется постоянное воздушное давление обеспечивающее равномерное охлаждение стекла, анода и накально-сеточных выводов радиолампы.
Увеличение сопротивлению воздушной струи со стороны анода снижает подачу воздуха, но увеличивает подачу на НКС (накально-катодно-сеточные) выводы радиолампы. Все это положительно сказывается на работе самой радиолампы.
Для создания воздушного давления (в "ресивере") стакане радиолампы и чтобы исключить потери воздуха от маломощных вентиляторов все стыки соединений воздуховода с лампой и вентилятором заделать при помощи силиконового герметика.
Плюсы от применения данной схемы охлаждения:
Увеличивается площадь охлаждения - So в которую входят кроме площади охлаждения анода - SoА и площади охлаждения НКС (накально-катодно-сеточных) выводов Sо НКС добавляется еще и площадь охлаждения стекла или керамики радиолампы So C или So K - воздушной струей с одинаковой температурой входящего воздуха т.е. 20 оС, как того и требует завод-изготовитель ибо все расчеты количества подаваемого воздуха для охлаждения радиоламп производятся заводом изготовителем при этой температуре [1].
Вентилятор может быть установлен в отсеке блока питания или вынесен на заднюю стенку усилителя мощности, где не будет мешать при компоновке деталей анодного контура.
На вентилятор не наводится ВЧ, выделяемое анодным контуром, и он сам не вносит дополнительной емкости в анодный контур, так как часть воздуховода между вентилятором и радиолампой может быть выполнена из любого диэлектрика (текстолит, оргстекло и т.д.).
Минусы от применения данной схемы охлаждения:
Необходимость изготовления стакана радиолампы взамен демонтированного текстолитового или фарфорового стакана с панельки заводского изготовления, что в конечном итоге и является основным препятствием для применения данной схемы охлаждения, так как основному количеству радиолюбителей трудно отказаться от стереотипов. Так как завод-изготовитель рассчитывает конструкцию панельки радиолампы, охлаждение, прежде всего под свои параметры которые требует вся конструкция выходного каскада той или иной радиостанции. Все прекрасно знают, как шумят вентиляторы подобных радиостанций (к примеру, Р-140).
Заключение.
Подведем итог проделанной работе.
Приведенный материал является только частью накопленного опыта в этом вопросе, что позволило сделать выводы, не приводя дополнительных описаний, таблиц, расчетов и схем проверки, так как это заняло довольно большой объем текста, рисунков, для того чтобы прийти к этим же выводам.
Данный материал можно дополнить описанием и фотографиями практических конструкций подтверждающих данные выводы, и проверенных в работе за большое количество времени (10-15 лет) и доказавших правильность сделанных выводов в системе охлаждения радиоламп.
Данную тему можно продолжить, так как не был, затронут вопрос температурного режима радиоламп с учетом приведенных выше рекомендаций при различных схемах охлаждения.
Необходимость написания данного материала очевидна, так как этот вопрос из-за узкой специализации, как правило, опускался и не освещался, так чтобы было понятно любому радиолюбителю, поэтому основной упор сделан на методику определения расчетов производительности вентилятора каждым радиолюбителем. Материал упрощен настолько, чтобы было понятно всем и поэтому приводится только то, что действительно необходимо при расчетах.
