Энциклопедия «Техника» (с иллюстрациями) - Александр Горкин

ГАЗОРАЗРЯ́ДНЫЕ ИСТÓЧНИКИ СВÉТА, электровакуумные приборы, генерирующие оптическое излучение в результате электрического разряда в газах, парах вещества или их смесях. Газоразрядные источники света имеют оболочку из тугоплавкого стекла, кварцевого стекла, сапфира или другого прозрачного для света материала. В оболочку герметично впаяны металлические электроды, между которыми происходит электрический разряд. Оболочка наполнена обычно инертным газом (ксеноном, криптоном, аргоном, неоном), иногда с добавками металла (напр., ртути, натрия, калия) или другого вещества (напр., галогенидов натрия, таллия, индия), испаряющихся при возникновении разряда. В отличие от обычных ламп накаливания, газоразрядные лампы имеют широкий оптический диапазон (от долей до единиц микрона), излучение может генерироваться непрерывно во времени либо в виде отдельных световых вспышек длительностью от 0.1 мкс до 10 мс, повторяющихся с частотой до нескольких килогерц.

Практическое использование электрического разряда для освещения началось с изобретением в 1876 г. российским электротехником П. Н. Яблочковым дуговой угольной лампы (электрическая дуга горела между концами угольных электродов). К кон. 2000 г. создано большое число разнообразных газоразрядных источников света, различающихся составом газа (или паров), рабочим давлением, типом разряда (дуговой, тлеющий, импульсный, высокочастотный), материалом и формой оболочки. Преимущественное распространение получили импульсные лампы, дуговые лампы (ксеноновые, ртутные, натриевые), безэлектродные высокочастотные лампы.

Дуговые ксеноновые лампы трубчатой или шаровой формы выпускаются мощностью от 75 Вт до 50 кВт, имеют световую отдачу от 20 до 50 лм/Вт и спектр излучения, близкий к солнечному в видимой области. Применяются для освещения площадей, стадионов, карьеров и т. п., имитации солнечного излучения (напр., в теплицах), а также в светокопировальных, фотолитографических устройствах и кинопроекционных аппаратах.

Дуговые ртутные лампы имеют трубчатую или шаровую форму, мощность 100—1000 Вт, световую отдачу 45–55 лм/Вт, повышенную (по сравнению с ксеноновыми лампами) долю излучения в ультрафиолетовой области спектра. Применяются в медицинских и сельскохозяйственных приборах и устройствах, в светокопировальных аппаратах и фотолитографии. Натриевые лампы бывают с низким и высоким давлением газа в колбе. Лампы низкого давления (до 2·103 Па) выпускаются мощностью 45—200 Вт при световой отдаче до 100 лм/Вт и более; излучают практически чисто-жёлтый свет, обеспечивая хорошую видимость при низких уровнях освещённости; срок службы 5–7 тыс. ч. Применяются для световой сигнализации. Лампы высокого давления (до 5·103 Па) имеют световую отдачу 75—140 лм/Вт, мощность 100—1000 Вт; дают золотисто-белый свет; срок службы 15–20 тыс. ч. Применяются в основном для освещения дорог, тоннелей, аэродромов и т. п.

Безэлектродные высокочастотные лампы выпускаются мощностью до 10 кВт; возбуждаются электромагнитным полем с частотой 5—27 МГц. Применяются в печах радиационного нагрева, сушильных камерах, фотолитографических установках и др.

Импульсные лампы с ксеноновым наполнением обеспечивают энергию разряда от единиц до десятков килоджоулей, среднюю мощность до нескольких киловатт и световую отдачу 15–60 лм/Вт. Применяются для накачки лазеров, в импульсных фотовспышках, а также для световой сигнализации, оптической локации и т. д.

ГАЗОРАЗРЯ́ДНЫЕ ПРИБÓРЫ (ионные приборы), электровакуумные приборы, действие которых основано на использовании явления газового разряда – совокупности электрических, оптических и тепловых явлений, сопровождающих прохождение электрического тока через инертные газы, водород или пары металла (ртути). Возникающие при этом электрические разряды сопровождаются излучением света (свечением), характерного для данного газа или пара спектрального состава.

Простейший газоразрядный прибор представляет собой диод (с накалённым или холодным катодом) со стеклянным или керамическим баллоном, заполненный разреженным газом или парами ртути. При подаче напряжения на электроды эмитируемые катодом электроны устремляются к аноду. Сталкиваясь с атомами (или молекулами) газа, заполняющего баллон, они отдают им свою энергию. При определённом значении напряжения энергия электронов оказывается достаточной для ионизации атомов газа. В результате между электродами возникает газовый разряд – дуговой, тлеющий, искровой или коронный. Свойства разряда зависят от давления газа, типа катода, конструкции прибора, силы пропускаемого тока.

Газовый разрядник

Газоразрядные приборы разделяются на приборы тлеющего разряда, дугового разряда, гл. обр. с накаливаемым катодом, искрового разряда, коронного разряда, газоразрядные источники света, газовые лазеры и т. д. Газоразрядные приборы тлеющего разряда (декатроны, тиратроны, цифровые индикаторные лампы, матричные индикаторные панели и др.) наполняются смесью инертных газов. Быстродействие таких приборов не превышает сотен микросекунд (рабочая частота – десятков килогерц). Используются для стабилизации напряжения, коммутации в слаботочных цепях, в качестве индикаторов и т. д. Газоразрядные приборы искрового разряда (искровые разрядники) построены на использовании кратковременного дугового или тлеющего разряда (электрической искры), возникающего в среде между однотипными ненакаленными электродами. Используются для защиты различных радиоустройств или линий связи от перенапряжений, вызванных, напр., грозовыми разрядами. В газоразрядных приборах коронного разряда (стабилитронах и др.) ионизация возникает лишь вблизи анода. Газоразрядные приборы несамостоятельного дугового разряда (газотроны, тиратроны, таситроны) наполняют инертными газами или водородом, имеют накаливаемый катод. В газоразрядных приборах самостоятельного дугового разряда применяется жидкометаллический катод (игнитроны, ртутные вентили, экситроны) или самокалящийся катод (аркотроны). Приборы дугового разряда имеют ограниченное применение (напр., в качестве коммутаторов тока в импульсных схемах, в качестве вентилей в выпрямителях). В значительной степени они вытеснены полупроводниковыми приборами. Широкое распространение получили газоразрядные источники света со строго определённым спектральным составом излучения. Они могут давать видимое или ультрафиолетовое излучение. Свечение газа тлеющего разряда используется в декатронах, цифровых индикаторных лампах и матричных индикаторных панелях. Газовые лазеры (атомарные, ионные, молекулярные) являются источниками когерентных электромагнитных колебаний светового диапазона.

ГАЗОРАСПРЕДЕЛИ́ТЕЛЬНАЯ СТÁНЦИЯ, комплекс установок и оборудования, предназначенных для регулирования давления газа (до уровня, безопасного для потребления) и распределения его по объектам (потребителям). По назначению различают газораспределительные станции, сооружаемые обычно на конечных пунктах магистральных газопроводов; промысловые, которые служат для обработки газа на промыслах, а также для снабжения близлежащих к промыслу населённых пунктов; контрольно-распределительные и газорегуляторные. Управление работой газораспределительных станций, как правило, автоматизировано. В комплекс установок станции входят блоки очистки газа, устройства, предотвращающие появление влаги, аппаратура автоматического измерения расхода и регулирования давления газа, защиты от недопустимого повышения давления. На газораспределительных станциях проводится также одоризация газа, т. е. вводятся добавки сильно пахнущих веществ для облегчения определения утечек газа.

ГАЗОТРÓН, двухэлектродный газоразрядный прибор с несамостоятельным дуговым или тлеющим разрядом, наполненный инертным газом, парами ртути или водородом. Используется гл. обр. в качестве вентиля в высоковольтных выпрямителях.

ГАЗОТУРБИ́ННАЯ ЭЛЕКТРОСТÁНЦИЯ, тепловая электростанция, в которой для привода электрического генератора применяется газовая турбина. Используются в качестве основного источника электроэнергии на местах новых разработок месторождений полезных ископаемых, особенно нефтяных месторождений, где газотурбинные электростанции могут работать на природном газе. Особенно эффективна работа газотурбинных электростанций для покрытия пиковых нагрузок (напр., вечерних, когда одновременно включаются освещение и бытовые электроприборы), что обеспечивается малым временем запуска газовых турбин.

ГАЗОТУРБОВÓЗ, локомотив, на котором в качестве первичного двигателя используется газотурбинная установка. В силовую схему установки обычно входит газовая турбина с компрессором и камерой сгорания, электрический генератор (постоянного или переменного тока), тяговые электродвигатели (обычно по одному на каждую движущую ось локомотива). Такая силовая схема обеспечивает хорошее трогание локомотива с места и необходимые тяговые усилия при движении. Возможны и другие схемы, в т. ч. с дополнительными турбинами, механической и гидромеханической передачами. Впервые газотурбинная установка для создания тяги на локомотиве применена в США в 1948 г.; к 1970 г. в эксплуатации находилось ок. 50 газотурбовозов (для сравнения – в Великобритании, Швеции, Швейцарии и Чехословакии эксплуатировались лишь отдельные экземпляры). В России первые опытные газотурбовозы созданы в кон. 1950-х гг. С 1965 г. в эксплуатации находятся один грузовой и два пассажирских локомотива с газотурбинными двигателями. Расширение выпуска газотурбовозов сдерживается во всех странах гл. обр. из-за сравнительно низкого кпд (примерно в 2 раза меньше, чем у тепловоза).