光纤激光器夏季的防结露维护

日期: 2016-09-18
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结露现象

  结露是指物体表面温度低于附近空气露点温度时其表面出现冷凝水的现象。结露是否发生取决于环境温度和环境湿度所对应的露点温度。结露是我们日常生活中很普遍的现象,通常结露现象有,在清晨出现的露水,在冬季出现的大雾、夏天拿出冰冻饮料瓶时出现“冒汗”的现象等等。

 

产生机理

  随着夏天气温的升高,空气能够包含的水蒸汽就多。反之,空气温度低,尽管只有少量水蒸汽,空气也能够达到饱和。也就是说,湿空气的饱和水蒸汽含量与空气的温度成正比(气温越高,空气湿度越大)。同理,即使湿空气本身没有达到过饱和,而与湿空气接触的物体、空隙部位、表面及内部冷却到低于湿空气的饱和温度时,则在其界面附近空气中所含的水蒸汽也会凝结成水而变成水滴,也就是出现了凝露现象。即使接触到的比湿空气饱和温度低一点点的物体,凝露也会发生。

 

产生原因

  在夏季酷热潮湿的环境下,如果在水温设定、机箱密闭及开关机顺序等方面存在疏漏,就有可能造成光纤激光器内部水冷却的电子部件和光学器件因为内外温差导致表面结露,从而使激光器的性能降低,乃至损坏激光器。

 

结露造成的危害

1. 由于光纤激光器内部结构复杂,涉及光学、电学等方面,如果在内部结露形成水滴,这些水滴就有可能落在电路板上,造成电路短路等现象;严重的话,也可能烧毁电路板,从而造成激光器故障。

2. 在激光器机箱内部或者输出头部位,结露生成的水滴或者水雾停留在镜片上,有可能造成激光器功率不稳、不足现象或者造成镜片的损坏。


光纤激光器夏季的防结露维护   光纤激光器夏季的防结露维护   光纤激光器夏季的防结露维护

 

结露点与环境温度、湿度的关系

   一定温度的空气中,水蒸气的最大含量称为饱和水蒸汽量,此时的空气成为饱和空气饱和空气温度下降时,空气中的水蒸气将凝结成露,含有水蒸气的空气的饱和温度, 称为露点温度。具体的结露点与环境温度、湿度直接的对照关系,见下表:


光纤激光器夏季的防结露维护

光纤激光器夏季的防结露维护

(注:上表中,例如:在气温20度,相对湿度60%的环境中时,结露点温度为12度,物体表面若低于12度则会出现水珠结露的现象。)

 

预防结露措施

   虽然激光器在设计时已经做了必要的防潮、防露处理,但无法完全避免过于严重的结露影响。由于结露是一种客观存在的物理现象,避免结露的办法通常从以下3个方面来着手:

1. 在符合激光器冷却要求的情况下,适当设置水冷机输出水的温度及流量,使水温高于结露温度;

2. 改变激光器工作环境的温度和或湿度,使水温远离结露点温度;

3. 正确的开关机顺序可在一定程度预防激光器的结露。

 

调节水冷机预防结露

下列措施可有效降低结露出现的风险与几率,可做适当参考:

1. 低温水(激光器冷水)水路的水温一般应该设定在25℃左右,根据实际情况可以在18~28℃之间做适当调整,以避免结露;水流量要求为8~15升/分钟。如果水冷机制冷量和流量有多余,可通过调高水冷机水温,和增大水冷机流量来缓解;

2. 高温水(输出头冷水)    即外部光路(QBH接口)冷却水,此处对水温的要求相对更宽松,水路水温通常设定在15~45℃之间;水流量要求为1.5~1.9升/分钟,这个温度应根据环境温度和湿度做相应的调整,基本原则是:DI水水温应该在环境结露点以上。    

  3. 设备停用时,激光器应当断开交流电源,水冷机也应关闭。

 

安装空调机柜或将激光器放置在空调房间

  由于实际使用现场的条件复杂,最佳的方式是在系统集成或安装时专门考量。通常的做法有:

1. 机柜采用密封设计,并外挂工业空调来控制机柜内部的温度和湿度,相当于激光器工作在一个较小的隔离空间内,可以有效避免结露;

2. 在安装现场,如果空间和成本允许的情况下,可考虑建造一间小的空调房,激光器和机柜工作在这个隔离间内也可非常有效地避免结露;


光纤激光器夏季的防结露维护


   通过上图对露点的对比,可以看出,夏天随着温度的升高,空气湿度的增加,结露点温度也在上升。为了防止结露现象,激光器冷水水温就要提高,但随着水温的升高,激光器又会出现高温报警(我公司800W激光器冷水水温范围:18~25±3℃)。所以基于以上情况,我们建议,将激光器放置在安装有空调的机柜内,或者放置在空调房间里面,这样通过调整空调温度改变室温,从而可以保证机箱内的各个元件、光学器件处于相对稳定安全的温湿度环境下。如果机箱没有处于密闭状态,则机箱外的高温高湿的空气就能进入机箱内部,在遇到内部通水冷却的元件时,则在其表面遇冷凝结,造成可能的损害。同时建议,最好在晚上不加工的时候,空调也保持开启状态。

 

确保正确的开关机顺序

  在夏季时,室温和空气湿度都保持在一个较高的值,又设备所在环境不可能完全封闭,这样激光器内部会不可避免地接触到潮湿的空气。使用时,若开机立刻使用,仍然会有造成结露的风险;关闭激光器时,水冷机也应当关闭,以防止因温差过大而导致在停机状况下产生结露。正确的开关机顺序也能一定程度预防激光器在停机状态时的结露,以省去不必要的麻烦。

通常的做法为:

  开机顺序:1. 开启激光器之前,先让机柜空调/室内空调开始运行30分钟;2. 待机柜内或室温稳定之后,开启水冷机,运行一会至设定温度;3. 开启激光器。

  关机顺序:1.关水冷机,2关激光器,切不可关闭激光器后让水冷机继续运行。

 

冷却水的维护

  水冷机中的水会随着使用时间而水质变差,水中就会有很多杂质或者微生物。在某些情况下,就有可能会造成光纤输出端头部位的腐蚀,从而造成光纤及出光故障。因此,定期的清理水箱和换水也是必不可少的。若水箱密闭良好,可每隔3-6个月进行一次换水。

 

小结

     

  随着夏天的到来,气温的升高,空气湿度增大,在激光器使用过程中不可避免的会出现结露现象,充分了解结露现象、结露机理及相关正确的预防方法,可有效地避免结露现象的发生。

  虽然上述对预防结露的方法是分开说明的,但在实际使用中,应将各方式综合起来使用,这样才能有效的保护激光器远离结露点,从而避免结露现象的出现,以确保激光器优质、高效的工作。


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