Водяне охолодження для великих ламп

Неперевірених ІДЕЯ !!!!!

Thomas Hoeppe, DJ5RE

В підсилювачах потужності на 23 см діапазон на тріодах 2С39 зазвичай використовується водяне охолодження, щоб ефективно використовувати лампи. Це необхідно, щоб отримати достатню потужність для проведення зв'язків з відбиттям від Місяця (ЕМЕ). У цій статті розповідається про те, як здійснити водяне охолодження наприклад таких тріодів, як ГС-35, щоб отримати безшумний термостабільний РА.

У цій статті описується переробка лампових підсилювачів з повітряним охолодженням на охолодження водою, при цьому використовується особливість деяких ламп, що мають знімний анодний радіатор (Рис. 1). Тут немає конкретного керівництва до споруди підсилювача потужності з водяним охолодженням, а даються лише відомості, використовуючи які, конструктор зможе сам спроектувати систему охолодження для кожного конкретного випадку.

У промисловості охолодження ламп водою використовується в сильно запилених приміщеннях або там, де використання вентиляторів, що створюють інтенсивний шум, є небажаним. Ось остання обставина і "спонукало" мого "шеф-механіка" Курта (DL1RCG) і мене випробувати цей спосіб охолодження ламп.

За відсутності шуму вентилятора стає не так утомливих прийом слабких сигналів, відбитих від Місяця. Можна, звичайно, шум вентилятора приглушити гумовими заглушками, одягаються на капсулі головних телефонів і збільшенням гучності, проте, це швидко стомлює, сприяє зниженню розбірливості і, з часом, може призвести до захворювань і зниження слуху. Тому, хто сподівається підвищити віддається РА вихідну потужність перекладом ламп (и) РА на водяне охолодження, слід усвідомити наступне.

Рассеиваемую анодом лампи РА потужність можна з користю для справи збільшити, якщо забезпечити ефективне відведення тепла: 100 Вт / кв. см - при водяному і тільки, приблизно, 30 ... 60 Вт / кв. см поверхні анода - при повітряному охолодженні.

Здебільшого максимальна віддається лампою потужність обмежена і з інших причин: наприклад, допустимим струмом керуючої сітки. Не слід забувати про охолодження та інших частин лампи: контактних металевих кілець (висновків сітки, катода, підігрівача), кераміки і переходів між ними (при надмірному нагріванні контакт між керамікою і металом, внаслідок різних коефіцієнтів розширення, може бути порушений, що призведе до порушення герметизації лампи.

Зазвичай проводиться комплексне охолодження всіх частин лампи і лише в окремих випадках, що зустрічаються і в промислових конструкціях підсилювачів, охолоджуються тільки аноди ламп. У нашому випадку, більша частина тепла відводиться від анода за допомогою води, але не слід забувати і про інші частини лампи, які гріються не так сильно і досить малошумящего комп'ютерного вентилятора, укріпленого на поздовжньої осі лампи і обдуває розширювачі (невеликі радіатори) контактних кілець лампи ( рис. 6). Зовсім без вентилятора, на жаль, не обійтися, але з таким вентилятором рівень створюваного акустичного шуму помітно нижче.

Зазвичай, говорячи про водяному охолодженні, уявляють собі відкритий охолоджуючий контур: вода для охолодження надходить з водопровідного крана і, зробивши свою справу, йде в каналізацію. Такий підхід марнотратний і вимагає хорошої електричної ізоляції охолоджуючого контуру від анода. Використання замкнутого контуру зі звичайною водою і ванною в якості резервуара загрожує великими наслідками, коли конструктора "тихо понесуть ногами вперед", адже анодна напруга становить, як правило, кілька кіловольт, а з електрикою - жарти погані ...

Залишається замкнутий охолоджуючий контур із заповненням дистильованою водою (ДВ). По відношенню до відкритого охолоджувального контуру економиться вода і за рахунок чистоти ДВ забезпечується ізоляція і відсутність накипу в трубках охолоджуючого контуру і їх хімічного руйнування. Слід використовувати тільки чисту ДВ, а не просто демінералізовану!

Застосування ДВ створює свої специфічні проблеми, які слід враховувати при виготовленні системи охолодження. Саме через свою чистоти ДВ є прекрасним розчинником і агресивна по відношенню до ряду металів і пластмас. Розчинення компонентів застосовуваних матеріалів є небажаним, оскільки призводить з часом до їх руйнування і забруднення самої ДВ, що погіршує її ізолюючі властивості.

Схема контуру водяного охолодження в ескізної формі представлена ​​на Рис. 4. Вона побудована з урахуванням того, що анодна напруга на лампі може становити кілька кіловольт. При цьому слід також враховувати вже згадувану агресивність ДВ.

Анодний радіатор слід виготовити з особливою ретельністю, щоб надовго зберегти функцію відводу тепла в воду. Провідниками тепла в радіаторі можуть служити тільки метали. З огляду на агресивності ДВ для водоводів в радіаторі застосовується виключно тільки чиста мідь. Латунь, наприклад, повністю неприйнятна, так як, що входить до її складу, цинк вимивається ДВ і латунь дуже швидко руйнується. Для водоводів всередині радіатора слід застосовувати трубки з зовнішнім діаметром 6 мм і більше з чистою м'якою Легкогнучкі міді. Потім, замість охолоджуваного повітрям радіатора виточується циліндр переходу від анода до водяного радіатора. Природно, виточити такий циліндр може той, хто знайомий з точною металообробкою і має доступ до металообробних верстатів, в іншому випадку, можна розібрати радіатор повітряного охолодження, видаливши з нього ламмелей, на що залишився циліндр, що має отвір для кріплення до анода лампи, намотується з натягом виток до витка 5 ... 7 витків трубки з м'якої чистої міді (для ламп з потужністю, що розсіюється в 1,5 кВт, таких, наприклад, як ГС-35), - Рис. 2.

Для переходу тепла від циліндра до води контактної поверхні трубки недостатньо, тому з латуні виготовляється корпус радіатора, який одягається на котушку з мідного трубки (Рис.3). Створений проміжок заливається оловом.

Можна знизу підкласти шматок бляхи і всю конструкцію поставити на досить потужну конфорку електроплити. Після заливки оловом утворюється оптимальний термопереход, якість якого залежить тільки від точності підгонки посадкової на анод поверхні внутрішнього циліндра радіатора. Таким чином, стає можливим використовувати мідь як контактує з водою метал і виготовити інші деталі системи охолодження з легко піддається обробці латуні. Для заливки радіатора не слід застосовувати олово, яке використовується при пайку, так як воно містить велику кількість різних присадок, що поліпшують якість пайки, але погіршують теплопередачу. Слід використовувати чисте олово, яке застосовується, наприклад, для лудіння жерсті на виробництві.

Як сполучні відвідав в системі охолодження використовуються трубки з непровідних електричний струм матеріалів. Не можна застосовувати чорні, непрозорі, гумові та інші трубки, наповнювач матеріалу яких може бути вимитий ДВ і погіршить її якість. Добре підходять, так звані, вінілові прозорі трубки, які можна придбати в будівельних магазинах, в магазинах садово-городнього інвентарю та які використовуються для поливу кімнатних рослин, у виноробному виробництві, медицині. Такі трубки зі світлого пластику випускаються різних діаметрів і з різною товщиною стінки з з'єднувачами та переходами з нейлону. Необхідно підібрати ізоляційні водоводи відповідного діаметру, які підходять до мідної трубки радіатора. На кіловольт анодної напруги потрібно мати 0,5 ... 1,0 метр довжини ізоляційної трубки або більше, чим більше - тим краще ізоляція.

R = L / Q, де R - опір водоводу
L - довжина водоводу
Q - поперечний переріз водоводу

Слідом за цими двома водяними шлейфами з досить великим електричним опором (шлейфи заповнені ДВ), зроблено з'єднання з корпусом РА, для чого до шматка латуні припаяні два невеликих відрізка мідної трубки (того ж перетину, що і трубка в радіаторі), кінці яких відігнуті вгору . Один з двох імпровізованих шлейфів-водоводів розривається на відстані, приблизно, 1/3 ... 1/4 частина довжини шлейфа від "холодного" кінця, в розрив вставляється невеличка мідна трубочка, між трубочкою і корпусом РА через відповідний додатковий резистор включений мікроамперметр, службовець індикатором забрудненості ДВ. З ізольованих шлейфів-водоводів, заповнених ДВ, утворюється високовольтний дільник напруги до якого підключений вищезазначений прилад, при збільшенні свідчень якого необхідно очистити воду в системі охолодження або замінити на свіжу.

Недоліком замкнутої внутрішньої системи охолодження є обов'язкове застосування теплообмінника, через який тепло, отримане від анода лампи, йде в навколишній простір. Тут можуть бути застосовані як масляні радіатори, так і радіатори опалювальних систем автомобілів. Самі по собі теплообмінники працюють без проблем, проблема полягає в очищенні їх трубопроводів, щоб не забруднювати ДВ. Безшумна, повільно обертається крильчатка додаткового вентилятора проганяє повітря через теплообмінник. Тут бажана (автомаческая) регулювання числа обертів двигуна вентилятора, залежно від температури анода лампи.

Для забезпечення циркуляції ДВ в системі охолодження використовується акваріумний насос або насос від кімнатного водяного фонтанчика. Тут також слід загострити увагу на перевірці контактують з ДВ матеріалів, які можуть її забруднити (наприклад деталі насоса з латуні). Щоб забезпечити нормальну роботу насоса, слід розташовувати його нижче рівня води в резервуарі. Великою трудністю слід вважати і підбір відповідного насоса, так як великі втрати при прокачуванні води не можна передбачити заздалегідь, а низька швидкість циркуляції води може викликати перегрів лампи РА. Насос, прокачує номінально 10 літрів води за хвилину, в цій системі прокачує лише 0,9 (!) Літри в хвилину, так що насоси перед установкою потрібно перевіряти. Дійсно, якщо потрібно просто перекачувати великі маси води, то проблем не виникає, довгі ж і тонкі водоводи збільшують гідравлічні втрати. Також перед запуском системи охолодження в експлуатацію слід влаштувати перевірку її ефективності та визначити необхідне для неї кількість води.

Система охолодження будується так, як передбачено, але поки без резервуара. Замість анодного радіатора тимчасово підключається електрочайник або посудину з зануреним в нього кип'ятильником. Кількість води відповідає обсягу майбутнього резервуара, електрична потужність відповідає потужності розсіювання лампи (наприклад, електрочайник потужністю в 1 кВт буде еквівалентний, приблизно, лампі ГС-35).

Припустимо, через 20 хвилин вода в імпровізованій системі охолодження нагрілася з 20 до 42 градусів Цельсія, тоді, той, хто буде працювати з РА час, що не перевищує 20 хвилин і з наявними кількістю води, може сміливо відмовитися від вентилятора у теплообмінника. При роботі ж в змаганнях потрібно більшу кількість води і теплообмінник доведеться добре обдувати.

Я застосовую трилітровий об'єм води і після 3 годин роботи через Місяць (ЕМЕ) температура води становить, приблизно, 40 градусів і не піднімається вище при роботі 50% часу - на прийом, 50% - на передачу. Температури води понад 50 градусів в системі охолодження слід уникати з міркувань корозії металевих трубок.

Анодна напруга на лампі РА визначає довжину водоводів з ізоляційних трубок: на 1 кВ анодної напруги потрібно включити, приблизно, по 1 метру водоводів між анодним радіатором і точками заземлення на корпус РА. Швидкість течії води в водоводах повинна бути в межах 1,0 ... 1,3 м / сек і не повинна бути більшою, так як це веде до підвищеного корозійного зносу металевих трубок.

V = Q / A, де V - швидкість циркуляції, м / сек
Q - кількість води, куб. м / сек
A - поперечний переріз водоводу, кв. м

На 1 кВт потужності, що розсіюється необхідно подавати, приблизно, 1 літр води в хвилину. Для розрахунків досить застосовувати середнє значення потужності, що розсіюється, яка при роботі CW і SSB явно менше і в РА на ГС-35 становитиме замість 1,5 кВт всього 0,9 кВт, що потребують для охолодження всього 900 мілілітрів води в хвилину. Швидкість циркуляції води при внутрішньому діаметрі водоводів рівному 4 мм складе 1,2 м / сек.

Як тільки всі розрахунки, прикидки і експерименти закінчаться, можна приступати до остаточного монтажу системи охолодження. Резервуар не слід заповнювати до країв, інакше, жаби, бульбашки, що виникають при роботі насоса сприятимуть расплёсківанію ДВ. Рівень води в резервуарі повинен бути найвищою точкою в системі охолодження. Слід уникати повітряних бульбашок в водоводах і їх перегинів. Погойдуванням відвідав і постукуванням по ним видаляють з них повітряні бульбашки при працюючому насосі. Через кілька годин роботи воду в системі хлажденіе слід замінити, так як вона швидко забруднюється залишками різних речовин, що були на стінках трубок водоводів, в теплообміннику і резервуарі.

Підвищується провідність води, яка спостерігається під час роботи, не повинна Вас хвилювати: підвищується температура призводить до підвищеної рухливості частинок води, що в кінцевому рахунку знижує її електричне сопротівленіе.Прі охолодженні води все встає на місце, про що свідчать показання приладу.

Вхідний відсік (катод і підігрівач) і керамічна ізоляція між анодом і сіткою в прототипі РА охолоджувалися окремим вентилятором. Система повітряного охолодження запозичена в Санкт-Петербурзі і люб'язно надана мені DL1EJA. Охолоджуючі водоводи виходять з анодного відсіку у "гарячого" кінця анодного напівхвильового контуру. На довжині в 10 см водоводи проходять через сильне РЧ поле всередині тефлонового циліндра (Рис. 5). РА має ккд приблизно 55%, згідно з інформацією, отриманою від радіоаматорів, що використовують повітряне охолодження, ккд може бути більше 60%. Можливо, в цьому винне водяне охолодження: висновок охолоджуючих трубок у "холодного" кінця анодного контуру, напевно, зміг би поліпшити ситуацію.

РА з водяним охолодженням вже п'ять місяців працює без проблем. Після того, як я два рази змінив воду в системі охолодження, її провідність залишається стабільною, тобто ДВ практично не забруднюється, але все одно потрібно бути уважним: невідомо, як поведуть себе матеріали з яких виконані водоводи в подальшому, по закінченню тривалого часу. Поєднання води і підвищеної напруги вимагає від конструктора підвищеної уваги, акуратності і обережності. Виготовлення подібної системи охолодження слід рекомендувати тільки досвідченим радіоаматорам.

Буду радий почути про успішну експлуатації даної системи охолодження або про її вдосконалення.

Дерзайте!

Вільний переклад з німецької: В. Бесєдін (UA9LAQ, mailto: [email protected] )
м Тюмень, вересень, 2001 г.