Г. В. Стадник методичні вказівки для виконання курсового проекту \"Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла\" icon

Г. В. Стадник методичні вказівки для виконання курсового проекту "Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла"




Скачати 304.27 Kb.
НазваГ. В. Стадник методичні вказівки для виконання курсового проекту "Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла"
Дата07.06.2012
Розмір304.27 Kb.
ТипДокументи


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Харківська державна академія міського господарства


До друку дозволяю

Перший проректор

Г.В.Стадник


МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

для виконання курсового проекту “Розрахунок та конструювання

високоінтенсивних джерел світла”

(для студентів 5 курсу денної форми навчання за фахом 7.090.605)


Харків - ХДАМГ - 2001


Методичні вказівки до виконання курсового проекту”Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла”(для студентів 5 курсу денної форми навчання за фахом 7.090.605)

Уклад. Дробот І.О., Гуракова Л.Д. - Харків: ХДАМГ, 2001. – 20 с.


Укладачі: Дробот І.О., Гуракова Л.Д.


Рецензент: д.т.н.,проф. Овчинников С.С.


Рекомендовано кафедрою СДС,

протокол № 1 від 4.09.2001 р.


Джерела світла є основним елементом освітлювальних або опромінювальних установок. Тому правильний вибір оптимальних параметрів джерел світла та режиму їх експлуатації є найбільш вагомим фактором, що обумовлює ефективність освітлювальних установок в цілому.

У зв`язку з цим теоретичний курс ”Розрахунок, конструювання джерел світла” доповнюється виконанням курсового проекту, метою якого є розрахунок світлових, електричних характеристик, а також вибір конструкції і габаритів розроблюваного джерела світла.

Правильно вибрані матеріали і проведений розрахунок дозволяють одержати високоефективні джерела світла, що забезпечать надійну роботу та збільшений строк їх служби.

При виконанні курсового проекту студенти одержують практичні навики не тільки в розрахунковій частині параметрів джерел світла, але й у виборі матеріалів оболонки, електродів, інертного газу, йодидів металів та інших елементів джерел, які потім забезпечать високий світловий потік, строк горіння та надійну роботу в освітлювальних та опромінювальних установках.


^ РОЗРЯДНІ ДЖЕРЕЛА СВІТЛА ВИСОКОЇ ІНТЕНСИВНОСТІ


1. Типове завдання на курсовий проект з розрахунку розрядних джерел світла високої інтенсивності.

Курсовий проект включає такий обсяг розрахункових і графічних робіт:

1. Розрахунок електричних характеристик розряду, (електричного струму, напруги на лампі й стовпі, градієнта потенціалу)

2. Вибір робочої температури поверхні пальника за заданим тиском парів ртуті.

3. Розрахунок геометричних параметрів пальника (d2, d1, lт).

4. Розрахунок кількості ртуті,яку необхідно ввести в пальник.

5. Розрахунок світлотехнічних характеристик пальника (Нст., Нпальн., Ндж..).

6. Розрахунок геометричних параметрів зовнішньої колби.

7. Вибір типу люмінофора (для ламп ДРЛ), металогалогенних добавок (для МГЛ), розрахунок теплового джерела світла (для ламп ДРН).

8. Вибір виду і тиску газу для пальника, зовнішньої колби.

9. Оформлення пояснювальної записки і виконання креслень.


^ ВИХІДНІ ДАНІ ДЛЯ РОЗРАХУНКУ:

1. Тип джерела світла

2. Потужність джерела світла

3. Напруга мережі живлення

4. Строк служби (продовження горіння)

5. Температура зовнішнього середовища


2. Знаходження електричних характеристик пальника.


Напругу пальника можно розрахувати з рівняння

U = m Uм.ж.,, (2.1.)

де m - вибирають з урахуванням економічних міркувань та стабільності роботи пальника, що дорівнює для джерел такого типу 0,7

Uм.ж.- напруга мережі живлення

Для нормальної роботи лампи Uм.ж. вибирають з нижнього значення допуску ПУЕ або вводять коефіцієнт 0,9, тоді

U = 0,9 m Uм.ж., (2.2.)

Струм пальника можна розрахувати за рівнянням

(2.3.)

де Рп - потужність пальника,

Uп - напруга на пальнику,

Кп - коефіцієнт потужності пальника, що залежить від типу баласта (індуктивний, ємкісний, індуктивно - ємкісний, активний).

Напругу позитивного стовпа пальника можна знайти з рівняння

Uст. = Uп - Uак.,, (2.4.)

де Uак - анодно - катодне падіння потенціалу, що залежить від виду і тиску інертного газу, конструкції електродів і їх емісійних властивостей, сили розрядного струму.

Оскільки електроди та їх емісійні покриття одинакові, бо лампа працює на змінному струмі, то величина Uак знаходиться в інтервалі

12 -16 В.


3. Вибір робочої температури поверхні варіантів пальника за заданим тиском парів ртуті.


На практиці важливо знайти оптимальні параметри джерела світла при застосуванні їх у певних умовах експлуатації. Для вирішення цього завдання необхідно розрахувати серію пальників зі змінними параметрами і вибрати з них оптимальний. Це пов`язано з тим, що деякі дані для розрахунку відсутні, або одержані експериментально, з деякими похибками.

Оскільки ртутні джерела світла високої інтенсивності переважно застосовуються для освітлення, що з цієї точки зору завдання повинне зводитися до знаходження джерела світла при заданій потужності з максимальною світловою віддачею.

Як відомо, для збільшення світлової віддачі треба збільшувати тиск парів ртуті і температуру поверхні колби, що призводить до збільшення питомого навантаження на кварцову оболонку, а це пов`язано з кристалізацією кварцового скла і строком служби, оскільки кристалізація кварцового скла залежить від температури його поверхні, чистоти, способу обробки та середовища, в якому працює пальник.

Із сказаного виходить, що для отримання високої світлової віддачі та строку служби необхідно знати ефективну температуру поверхні пальника. Для цього, потрібно задати серію тисків, найбільш ймовірних для таких джерел. Такими є тиски від 2 до 10 атмосфер.

Для заданих тисків знаходимо мінімальну температуру за рівнянням:

t 1min = t(р) + 40, (3.1.)

де t(р) - робоча температура, що відповідає заданому тискові, знаходять з

( 1 ) і дані заносять в табл.1

Таблиця 1


Р, атм.

2

3

4

5

6

7

t(р),0С










465

480

500

t 1min, 0С










505

520

540


Максимальну температуру поверхні колби треба обмежити, виходячи з умови необхідного терміну роботи джерела, оскільки при високих температурах швидко відбувається кристалізація кварцового скла, яка його руйнує.

Тому, для заданого терміну роботи 10000 год максимальна температура внутрішньої поверхні пальника повинна бути не вище 800 С. Оскільки температура поверхні пальника не однакова по всій поверхні, то необхідно знати ефективну температуру зовнішньої поверхні пальника, виходячи із максимального та мінімального їх значень t`2еф. та t``2еф. , які можно розрахувати з таких рівнянь:

t`2еф = t 1min + 50 (3.2.)

t``2еф = t 1mах - 100 (3.3)


Одержані дані заносять в табл.№ 2

Таблиця 2


Р, атм.

2

3

4

5

6

7

t`2еф, 0С










555

570

590

t``2еф , 0С










700

700

700

t`2еф t2еф t``2еф










555,700

570,700

590,700

t2еф










560

590

620


4. Розрахунок геометричних розмірів пальника

Зовнішній діаметр пальника d2 можна знайти з рівняння балансу енергії трубчастих колб:

аР1ст= q2  d2, (4.1.)

де аcт. - доля електричної потужності, яка йде на нагрівання кварцевої поверхні,

а= 0,28 + 7,2 / Р1ст (4 .2.)

Р1ст. - питома електрична потужність, що дорівнює

Р1ст= Кд Ід Ед, (4.3.)

де Кд - коефіцієнт потужності джерела,

Ід - струм джерела,

Ед - градієнт потенціалу, що дорівнює

Е= 13 р0,55d1-0,25 - І -0,2, (4.4.)

де Р - тиск парів ртуті, (ат)

d1- внутрішній діаметр пальника, (см)

І - струм, (А)

Для знаходження градієнта потенціалу треба задатися внутрішнім діаметром d1.

Із численних дослідів і досвіду розробок конструкції таких ламп внутрішній діаметр необхідно брати від 1 до 3 см з інтервалом 0,2 см:

1; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,2; 2,4; 2,6; 2,8; 3

Градієнт потенціалу розраховують для всіх значень вибраного тиску

( 2-10 ат) і вибраних діаметрів (1-3 см). Одержані дані заносять в табл. 3.

Таблиця 3.

Градієнт потенціалу(Е)

d1\ Рат.

2

3

4

...

...

8

9

10

1,2

























1,4

























1,6

























1,8

























2,0

























2,2

























2,4

























2,6

























2,8

























3,0


























Знаючи градієнт потенціалу (Е), можна розрахувати питому електричну потужність Р1ст. за рівнянням (4.3) та долю електричної потужності, що йде на нагрівання а ст. за рівнянням (4.2)

За одержаними даними розраховують ліву частину рівняння (4.1) і дані заносять в табл. 4

Праву частину рівняння розраховують залежно від виду інертного газу, яким наповнюється зовнішня колба;

q2 - питомі теплові втрати із зовнішньої поверхні пальника, що складаються з теплових втрат за рахунок теплопровідності qт,теплових втрат за рахунок потужності випромінювання qвипр., тобто

q2 = qт + qвипр (4.5.)


Таблиця 4.

Розрахунок аР1ст

d1\ Рат.

2

3

4

...

...

8

9

10

1,2

























1,4

























1,6

























1,8

























2,0

























2,2

























2,4

























2,6

























2,8

























3,0


























Теплові втрати за рахунок теплопровідності газу можна знайти з рівняння

qт = А d2-0,25 t 1,25, (4.6.)

де А - коефіцієнт Прандталя, що залежить від виду і тиску газу і мало залежить від температури ( 1 ) ; вибирається для середньої температури з рівняння

tсер.= ( t2 еф . + t2) / 2 (4.7.)

де d2 — зовнішній діаметр пальника, см;

t - різниця між ефективною температурою поверхні пальника t2 еф

та температурою газу в середовищі, в якому працює пальник tг :

t= t2 еф - tг , (4.8.)

де tг - можна розрахувати з рівняння:

tг= 0,05( t2 еф — t1к ) + t, (4.9.)

де t - температура внутрішньої поверхні зовнішньої колби, яку вибирають, виходячи з типу люмінофору для джерел (ДРЛ) та з максимальної робочої температури скла для джерел (МГД, ДРВ).

Значення qт заносять в табл.5


Таблиця 5.

Значення qт

d1\ Рат.

2

3

4

...

...

8

9

10

1,2

























1,4

























1,6

























1,8

























2,0

























2,2

























2,4

























2,6

























2,8

























3,0

























Теплові втрати за рахунок потужності випромінювання можна знайти з рівняння:

q випр. = кв. (Т2еф.4 - Т24), (4.10.)

де кв. - інтегральний коефіцієнт випромінювання кварцевого скла;

 - стала Стефана - Больцмана, що дорівнює 5,64 * 10-12

Вт/см.кв*град;

Т2еф - ефективна температура поверхні пальника;

Т2 - температура газу в середині зовнішньої колби.

Одержані значенння q випр заносять в табл.6


Таблиця 6.

Значення q випр

d1\ Рат.

2

3

4

...

...

8

9

10

1,2

























1,4

























1,6

























1,8

























2,0

























2,2

























2,4

























2,6

























2,8

























3,0


























Отримані дані правої частини рівняння балансу енергії q2  d2 заносять в табл.7


Таблиця 7.

Рівняння балансу енергії q2  d2

d1\ Рат.

2

3

4

...

...

8

9

10

1,2

























1,4

























1,6

























1,8

























2,0

























2,2

























2,4

























2,6

























2,8

























3,0


























За результатами правої і лівої частин рівняння (4.1) будують залежність аР1ст= f (d2) та q2  d2= f (d2)

Перетин цих залежностей дає шуканий діаметр пальника.


5. Розрахунок світлотехнічних характеристик


При низькому тискові і невеликих силах струму розрахунок світлового потоку можна проводити по розрахунку кількості збуджених атомів які , повертаючись в нормальний стан, випромінюють квант енергії.

При збільшенні тиску і сили струму змінюється розподіл енергії випромінювання серед спектральних ліній, і відбувається уширення нерезонансних ліній в довгохвильову область спектра. Зростає кількість випромінюючих ліній з високими потенціалами збудження, що приводить до збільшення світлового потоку. Найбільш вагомими випромінюючими лініями для ртутного розряду високого тиску є лінії 404,6 нм; 435,8 нм; 546,1 нм; 577 нм.

Розрахунок світлової віддачі можна виконати за рівнянням:

Нст.= Фст / Рст.= 683 ( V ), (5.1.)

де Нст - світлова віддача позитивного стовпа ртутного розряду, лм/Вт;

Фст - світловий потік позитивного стовпа, лм;

Рст - потужність позитивного стовпа, Вт;

- енергетичний ККД випромінювання видимих ліній позитивного стовпа ртутного розряду високого тиску;

V - відносний коефіцієнт видимості ока.

Нст.= 683 ( 404,6V404,6 + 435,6V435,6 + 546,1V546,1 + 577V577), (5.2)

Світлову віддачу пальника можна розрахувати за рівнянням:

Нпальн.= Нст (1- U ак / Uпальн.), (5.3.)

де Нст.- світлова віддача позитивного стовпа, лм/Вт;

U ак - величина анодно-катодного падіння,В;

Uпальн. - напруга пальника, В

Отримані розрахункові дані заносять в табл. 8, 9, за якою вибирають варіант з найбільшою світловою віддачею.

Таблиця 8.

Довжина хвилі, ,нм

V

Р/

d1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

404,0




1,0

1,6

2,4




























435,8




1,0

1,6

2,4




























546,1




1,0

1,6

2,4




























577




1,0

1,6

2,4






























Таблиця 9.

Р/

d1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1,0

1,6

2,4





























Оскільки світлова віддача є функцією тиску парів ртуті Нст.= f (P),

то можна знайти , яким повинен бути тиск для пальника.

Знаючи тиск, можна встановити зовнішній діаметр пальника d2

із залежностей лівої і правої частин рівняння балансу енергії (4.1)

Для вибраного варіанту пальника потрібно знайти проміжок між електродами

l ел.=(U дж. — Uак) / Е (5.4.)

Е - можна взяти з одержаних розрахункових даних з табл.3

Довжину пальника розраховують за рівнянням:

l п= l ел.+2 lзаел.+ 2 lзашт. (5.5)

де l п - довжина пальника;

l ел - відстань між електродами;

lзаел - довжина заелектродних частин (8-15 мм);

lзашт. - довжина заштампаних частин (10-16 мм).


6. Розрахунок кількості ртуті і металогалоїдних добавок.


При наявності рідкої або твердої фази робочої речовини в пальнику встановлюється тиск парів, який насичує простір пальника і визначається температурою найбільш холодної ділянки, з якою можуть стикатися пари введених металів. Якщо, кількість робочої речовини в пальнику обмежена, то при підвищенні температури найбільш холодної ділянки колби вище деякої межі вся робоча речовина може перейти в пароподібний стан. Тоді, при подальшому підвищенні температури її кількість в пальнику буде незмінною.

У ртутних лампах високої інтенсивності кількість ртуті, що вводиться в пальник, вибирають з такого розрахунку, щоб при роботі лампи вся ртуть повністю випаровувалася і робочий тиск при підвищенні температури залишався незмінним.

Для інженерних розрахунків можна використати таке рівняння:

m = 0,7 P d12 lел., (6.1.)

де Р - тиск парів ртуті, ( ат);

d1 - внутрішній діаметр пальника (см);

lел - відстань між електродами (см).

При розробці ртутних ламп високої інтенсивності з добавками йодидів металів головним завданням вважається вибір самих йодидів, які забезпечують велику світову віддачу і високу кольоровість, а також їх кількість, яку необхідно ввести в пальник.

Як відомо, в джерелах з добавками Tl і Na можна досягнути великої світлової віддачі при високих питомих навантаженнях, але покращити кольоровість лампи не можливо.

Щоб покращити кольоровість до йодидів Tl , Na , вводять третю добавку йодид індію InJ, який покращує кольоровість, знижує напругу пробою (U проб.)

При введенні InJ у збільшеній кількості світлова віддача зменшується. Тому, для нормальної роботи лампи треба вводити йодиди металів в необхідній кількості.

При проведенні дослідів аналіз отриманих результатів показав, що високий вихід випромінювання можна одержати при такому дозуванні добавок:

Йодид талію TlJ - 0,21- 0,24 мг/см3. куб;

Йодид натрію NaJ - 0,6- 0,9 мг/см3. куб;

Йодид індію InJ - 0,009 - 0,015 мг/см3. куб.





Графік залежності від Р


Таблиця Р=f(t)

t, 0C

265

340

380

420

490

550

620

730

850

Pмм рт ст

1х102

5х102

1х103

2х103

5х103

1х104

2х104

5х104

1х105



7.Вибір оптимальної форми і розмірів зовнішньої колби


Форма і розміри зовнішньої колби і розташування пальника в ній повинні бути вибрані таким чином, щоб все випромінювання пальника розподілялося по всій поверхні люмінофору рівномірно із забезпеченням потрібного температурного режиму роботи люмінофора і пальника.

Нагрів зовнішньої колби проходитиме за рахунок випромінювання

розряду, випромінювання пальника, передачі тепла через наповнюючий газ.

Охолодження зовнішньої колби буде відбуватися шляхом відведення тепла повітрям навколишнього середовища.

Для отримання рівномірної температури по всій поверхні колби необхідно, щоб питоме навантаження також було рівномірним.

Розрахунки свідчать, що в центральній частині форма колби повинна бути близькою до еліпсоїдної.

Розрахунок діаметру зовнішньої колби можна провести за рівнянням балансу енергії:

а л Р л = q2  d22 C, (7.1.)


де а л - коефіцієнт, що дорівнює 0,7 - 0,75;

Р л - потужність джерела, Вт;

С - коефіцієнт, що характеризує форму колби, дорівнює 1,6.

Розрахунок параметрів зовнішньої колби здійснюють за типовим розрахунком параметрів пальника. ( див. розділ 4 )


^ СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ


1. Г.Н. Рохлин Разрядные источники света. Москва. Энергия. 1989.

2. Д. Уэймаус. Газоразрядные лампы. Москва. Энергия. 1977

3. В.С. Литвинов и др. Тепловые источники оптического излучения.

М. Энергия.1967

4. Справочная книга по светотехнике (под редакцией Ю.Б.Айзенберга)

М. Энергоатомиздат. 1983

5. Конспект лекций по курсу ”Расчет и конструирование источников света”.


Навчальне видання

Методичні вказівки для виконання курсового проекту ”Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла” (для студентів 5 курсу денної форми навчання за фахом 7.090.605)


Укладачі: Іван Олексійович Дробот, Лариса Дмитрівна Гуракова


Редактор: М.З.Аляб`єв


План 2001, поз. 252

Підп. до друку Формат 60 х 84 1/16

Папір офісний. Друк на різографі.

Обл.- вид. арк. 0,6. Умовн.-друк. арк. 0,5

Тираж 50 прим. Замов.№ Ціна договірна

ХДАМГ , 61002, Харків, вул. Революції ,12

Сектор оперативної поліграфії ІОЦ

ХДАМГ 61002, Харків, вул. Революції, 12


Схожі:

Г. В. Стадник методичні вказівки для виконання курсового проекту \"Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла\" iconМетодичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп»
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з курсу «Розрахунок люмінесцентних ламп». «Газорозрядні джерела світла» (для студентів...
Г. В. Стадник методичні вказівки для виконання курсового проекту \"Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла\" iconЛ. Д. Гуракова методичні вказівки для виконання курсового проекту
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни "Джерела світла " (для студентів 4 курсу денної та заочної форм навчання...
Г. В. Стадник методичні вказівки для виконання курсового проекту \"Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла\" iconМіського господарства методичні вказівки І завдання до курсового проекту
Методичні вказівки І завдання до курсового проекту “механічний розрахунок елементів конструкції вуличних світильників” (для студентів...
Г. В. Стадник методичні вказівки для виконання курсового проекту \"Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла\" iconМетодичні вказівки до виконання курсового проекту на тему „розрахунок замкнутої електричної мережі
Методичні вказівки до виконання курсового проекту на тему „Розрахунок замкнутої електричної мережі” з курсу „Електричні системи та...
Г. В. Стадник методичні вказівки для виконання курсового проекту \"Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла\" iconМетодичні вказівки до виконання курсового проекту
Стальний каркас одноповерхової виробничої будівлі”) з курсу „Проектування металевих конструкцій”. Розрахунок та конструювання підкранових...
Г. В. Стадник методичні вказівки для виконання курсового проекту \"Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла\" iconМіністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства методичні вказівки до виконання курсового проекту з курсу “ електротехнологічні установки та пристрої. Вакуумна техніка”
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з курсу “Електротехнологічні установки та пристрої. Вакуумна техніка” ( для студентів...
Г. В. Стадник методичні вказівки для виконання курсового проекту \"Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла\" iconХарківська національна академія міського господарства методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни "Опалення" (для студентів 3-4 курсів усіх форм навчання із спец. 092108...
Г. В. Стадник методичні вказівки для виконання курсового проекту \"Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла\" iconМетодичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Розрахунок І конструювання світлових приладів»
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Розрахунок І конструювання світлових приладів» (для студентів 5 курсу денної...
Г. В. Стадник методичні вказівки для виконання курсового проекту \"Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла\" iconМіністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни "Опалення"
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліні "Опалення" (для студентів 3-4 курсів усіх форм навчання із спец. 092108...
Г. В. Стадник методичні вказівки для виконання курсового проекту \"Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла\" iconХарківська національна академія міського господарства г. В. Висоцька методичні вказівки для виконання курсового проекту з дисципліни
Методичні вказівки для виконання курсового проекту з дисципліни „Менеджмент організацій” для студентів 5 курсу денної форми навчання...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи