如何选择适合的激光冷水机?-酷凌时代

 激光行业的发展已经进入快车道,尤其当前光纤激光器和半导体激光器已经相当成熟且已经大批量应用于军工、工业等诸多领域。但无论何种激光器,都需要及时匹配相关的激光冷水机使用,那如何为激光器选择一台适合的冷水机呢?这是很多人非常容易忽略的问题。
 现在的激光设备厂,多数关注激光器的参数,把配套的激光冷水机进作为配套,业内均称之为“水箱”,可见其在激光设备中的地位并不高。然而激光冷水机对于激光器的配套使用却尤其重要。目前国内生产激光冷水机的厂家很多,但研究激光冷水机的却相对较少。激光冷水机系统除外基础的外观结构件外,主要还包括其内部的制冷系统和控制系统两大方面:制冷系统一般有压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器等四大部件组成;控制系统包括了对制冷系统压缩机、节流阀、循环水泵、辅助加热棒等的控制,同时还包括了配套的液位、流量、环温等监控部分的控制,甚至还包括对外的通讯系统。本文主要从技术领域介绍如何选择一款好的冷水机匹配激光器。

 
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小型4U机架式高精度激光冷水机)



 其一是制冷量,激光冷水机的制冷量首先要匹配激光器的发热量。目前国内设备厂选择冷水机一般在不会选择的情况下一般优先选择大冷量的,确保冷量足够,但实际上大功率的冷水机体积大,质量重,给运输和测试搬运等都带来各种不便。压缩机的制冷量随着蒸发温度、冷凝温度等不同而不同,所以激光冷水机的制冷量在不同的季节、不同的外环境温度(比如实际使用时室内是否安装空调)下差别较大,选择适当的激光冷水机应该根据实际情况综合考虑制冷量,不能太小亦不必冗余太多。另一方面,在选择不同厂家是,不能盲目以某一家标定的制冷量作为参考依据,因为不同厂家定义制冷量的标准可能相差较大,因而更重要的应该已实际情况测定为准,避免因厂家虚标而引起冷量不足。


 其二是冷水机的扬程(或压力)和流量,当前多数激光设备厂在选择冷水机时,对于压力和流量等参数由激光器厂家指定,一般而言水泵的扬程和流量较大,对于激光器散热均有好处,但加大扬程和流量后对于冷水机水泵选型非常困难,尤其会将冷水机的体积、重量、功耗大大提高。从激光器厂家的角度而言,增加扬程和流量参数不仅可以降低激光器内部冷板的设计难度,同时可以规避风险。作为激光设备厂,在选择激光冷水机时,激光器厂家提供的参数应该作为参考,但不可迷信,而应该根据实际测试的结果,选择合适的扬程、流量的冷水机一定程度上可以降低冷水机的成本,从而提高激光设备整体的竞争力。

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三种不同水泵的对比)



 其三是温度控制,不同的激光器对温控精度要求不一致。光纤激光器主要需要将热量带走,一般提出的精度要求为±1℃,实际上在±2℃甚至是水温35℃以内均可使用,但对于紫外激光器等对精度要求很高,要求到±0.1℃甚至更高。精度要求高的激光器对于配套冷水机的选型要求非常严格,对于激光冷水机厂家的技术也是一种考验,此时的冷水机其控制系统算法尤为重要。目前国内真正能做到稳态下±0.1℃以内的激光冷水机厂家并不多,部分冷水极厂甚至是前期的钣金厂转型而言,其控制系统采用的是直接从市面上采购过来的控制器或PID表简单控制,无法实现高精度的控制。

(图.
优于±0.1℃的激光冷水机测试曲线)



 其四是由终端用户倒推激光冷水机的选择。当前仍有部分厂家为了节约成本还在使用R22制冷剂开发激光冷水机,而R22制冷剂因其对臭氧层的破坏已经逐步被替代,发达国家已经禁止使用。如果整套激光设备是出口相关国家,那么对于冷水机选择同时需要考虑环保问题。当然还有对应国家电压制式的问题,在这方面我们提倡在可能的范围内尽量使用直流变频压缩机,因为采用直流供电,不同国家使用均可以通过AC-DC电源模块调制即可,而AC-DC电源模块的普适性强。同时直流变频压缩机的使用不仅有利于高精度的温控,同时也是未来节能减排的主要方向。

(图
微型直流变频压缩机)



 其五是对通讯的需求。目前国内大多数激光冷水机只是单机工作,至多一个报警信号与上位机相连,当冷水机异常时,激光设备至多知道冷水机有问题,但却不知道具体是什么问题,如何排查。国外的冷水机需求多数要求增加通讯接口,通过与上位机之间的通讯可以让上位机了解到机器的内部参数,比如压缩机的工作状态、水泵的工作状态等等。而国内的冷水机需求仅仅关注成本。若希望激光设备的整体性更强,激光冷水机作为一个重要部件之一,理应实时与主机通讯,甚至将冷水机的运行情况一并纳入到激光设备的控制系统中,这样才能有效的提高激光设备的核心竞争力,也能更好地做好整套产品的售后维护和服务。

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独立自主开发的控制器)



 当然,除了上述几点冷水机选型时所需要关注的重点外,还需要结合其他诸多因素的综合考虑,比如噪音、能耗、体积等。但无论如何选择,都不建议在某个或某些参数上选择冗余过多,这样很可能带来其他参数的损失或成本的大幅提升。


 总而言之,冷水机散热应该是激光设备不可或缺的重要部分,不应该被作为附属品被简单定义为“水箱”,在选择时只是简单的比较价格。中国制造要想变成中国智造甚至中国创造,不仅需要高大上的航空航天、生物医药、芯片技术等等,还需要很多基础的材料学、热处理学和很多的制造工艺。
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