Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп» icon

Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп»




НазваМетодичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп»
Сторінка1/4
Дата23.06.2012
Розмір1.1 Mb.
ТипДокументи
  1   2   3   4


Міністерство освіти i науки України


Харківська державна академія міського господарства


Методичні вказівки

до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп»

з курсу «Газорозрядні джерела світла».

(для студентів 4 курсу денної форми навчання спеціальності 7.090.605 -«Світлотехніка та джерела світла»)


Харкiв-ХДАМГ-2001

Методичні вказівки до виконання курсового проекту з курсу «Розрахунок люмінесцентних ламп». «Газорозрядні джерела світла» (для студентів 4 курсу денної форми навчання спеціальності 7.090.606 «Світлотехніка та джерела світла») / Уклад. Л.Д.Гуракова, І.О. Дробот – Харків: ХДАМГ, 2001.- 34с.


Укладачі: к.т.н., Л.Д. Гуракова,

к.т.н., доц. І.О.Дробот


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


^

Зміст




Стор.


  1. Загальні положення. 4

  2. Визначення електричних характеристик та геометричних параметрів

ламп. 5

2.1. Визначення електричних параметрів. 5

2.2. Визначення геометричних параметрів. 6

  1. Зовнішній баланс енергії. Визначення температури холодної точки. 10

  2. Принципи попереднього відбору варіантів ламп. 13

  3. Визначення світлотехнічних варіантів ламп. 17

  4. Економічне зіставлення варіантів ламп. 21
^

Додатки та довідкові матеріали. 25


Список літератури. 33


  1. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ



Ці методичні вказівки присвячено розрахунку люмінесцентних ламп низького тиску.

Типове завдання на курсовий проект з розрахунку люмінесцентної лампи потребує виконання такого обсягу розрахункових та графічних робіт:

  1. визначення конструктивних параметрів (діаметра d2 і довжини lл) варіантів люмінесцентних ламп (ЛЛ) заданої потужності;

  2. оцінка зовнішнього балансу енергії;

  3. розрахунок світлового потоку (F) та світлових віддач (H) варіантів ламп;

  4. економічне порівняння розрахованих варіантів ЛЛ при їх роботі в освітлювальних установках (ОУ) і вибір найбільш доцільного варіанта лампи з урахуванням умов обслуговування ОУ;

  5. оформлення пояснювальної записки до курсового проекту та виконання креслення, що має загальний вигляд оптимального варіанта лампи, конструкції окремих вузлів (електрод, ніжка, цоколь и т.д. за вказівкою викладача) і графіків, що ілюструють результати економічного розрахунку.

Вихідними даними для розрахунку ЛЛ звичайно є: потужність лампи (Pл); тип ЛЛ за спектральним складом випромінювання (напр., ЛБ, ЛДЦ та ін.) і температура навколишнього середовища (tокр), в якій працює лампа.

Очевидно, що вказаним вихідним даним може задовольняти велика кількість варіантів ЛЛ, що відрізняють конструктивними (d2, lл, рід та тиск наповнюючого газу), електричними (струм лампи I, напруга на ній Uл), світлотехнічними (F,H), експлуатаційними (строк служби ?, стабільність світлового потоку лампи в часі) та економічними параметрами (вартість лампи).

Вибір найбільш раціонального варіанта лампи, керуючись лише одним з цих параметрів, за винятком спеціальних випадків використання, неможливий, з огляду на відому суперечність вказаних показників (напр., лампи з високою світловою віддачею можуть мати короткий строк служби, значну довжину трубки, тобто більшу вартість). Крім того такий шлях відбору ламп масового використання буде невірним, тому що характеристики ламп великою мірою визначають показники інших елементів освітлювальної установки із ЛЛ, таких як світильники та пускорегулюючі апарати (напр. збільшення lл лампи призводить до збільшення розмірів, а отже і вартості світильника; зменшення напруги на лампі при постійній напрузі постачальної мережі призводить до збільшення габаритів, ваги, вартості ПРА та витрат електроенергії в ній та ін.).

Отже, характеристики лампи значно впливають на економічну ефективність освітлювальної установки в цілому, тому єдино правильним критерієм відбору найбільш доцільного варіанта лампи заданої потужності треба вважати економічний показник ОУ (промислового освітлення), за який приймаються приведені річні затрати С+К/Тн , де С – частина річних експлуатаційних витрат, що змінюється; К – частина капітальних витрат, що змінюється, тобто собівартість ОУ; Тн – нормальний термін окупності ОУ. Розрахований варіант лампи, що дає мінімум річних приведених затрат в установці з урахуванням реальних умов її обслуговування (спосіб заміни ламп в установці, періодичність чистки світильників та ін.) вважається найкращим.

З існуючих методів визначення геометричних параметрів ЛЛ – методу розрахунку на оптимальне питоме навантаження (?опт) та багатоваріантного методу розрахунку –треба використовувати останній, тому що лампи з оптимальним питомим навантаженням часто не забезпечують найкращі економічні показники освітлювальних установок (наприклад, потужні ЛЛ Рл>100 Вт із оптимальним питомим навантаженням можуть бути малоефективними, не зважаючи на високі Н, тому що за рахунок великої довжини таких ламп збільшується їх вартість і вартість ПРА; останнє пов’язане з тим, що збільшення lл лампи супроводжується збільшенням її напруги запалу).

При використанні багатоваріантного методу розраховують варіанти ЛЛ заданої потужності на різні напруги постачальної мережі (U) зі змінними співвідношеннями напруги на лампах (Uл) до напруги мережі (m=Uл/U), діаметрами трубок, родом та тиском (Рпг) наповнюючого інертного газу, після чого проводять економічне зіставлення варіантів ламп за вказаними річними витратами в ОУ. Таким чином, для розрахунку ЛЛ, окрім початкових даних, необхідно обґрунтовано вибрати діапазони зміни ще п’яти параметрів: U, m, d2, рід інертного газу та його тиск.

Рекомендується наступна послідовність розрахунку характеристик варіантів ЛЛ.


  1. ^ ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ТА ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ЛАМП


    1. Визначення електричних характеристик лампи


Напругу на лампі визначають як


Uл = mU (2.1)


Розрахунок Uл проводять для вибраних відповідно до заданої потужності лампи значень U з числа стандартних (U=127, 220, 380 В) і для чотирьох значень m, що змінюються в межах від 0,45 до 0,65. Найменше значення m у вказаному діапазоні обмежено з огляду на економічні міркування, найбільше – з точки зору стабільності характеристик ЛЛ в умовах можливого коливання напруги мережі.

Далі розраховують струм лампи:


I=Pл/kлU, (2.2)


де kл – коефіцієнт потужності лампи, що залежить від типу баласту, ввімкненого послідовно з лампою та величини m. Для індуктивного баласту та значень m, що лежать у вказаних вище межах kл=0,85ч0,9.


    1. ^ Визначення геометричних параметрів ламп


До геометричних параметрів ЛЛ відносяться довжина позитивного стовпа розряду lст і лампи lл.

Як відомо, випромінювання ЛЛ створюється в основному в області позитивного стовпа. Приелектродні частини розряду, життєво необхідні з точки зору його існування, мало ефективні по відношенню до випромінювання. Тому при розрахунку ЛЛ в першу чергу розглядають співвідношення для позитивного стовпа, причому для спрощення задачі вважається, що стовп має довжину значно більшу за фактичний радіус розрядного каналу і є однорідним за довжиною.

Спочатку легко записати таке співвідношення для падіння напруги в позитивному стовпі (Uст):


Uст= Uл- Uак, (2.3)


де Uак – анодно-катодне падіння потенціалу.

У люмінісцентних лампах звичайного типу величина Uак в основному, визначається катодним падінням потенціалу Uк. Катодне падіння в загальному випадку залежить від роду й тиску інертного газу, від конструкції електродів та їх емісійних властивостей, а також від сили розрядного струму. При цьому, маючи на увазі, що залежність Uк від I слабко виражена, і вважаючи, що в розрахункових варіантах ЛЛ використовуються ідентичні за конструкцією та умовами активування електроди, можна враховувати лише залежність Uк від роду й тиску інертного газу (див. табл. 1). У ЛЛ звичайного типу на анодне падіння потенціалу припадає від 3 до 6 В.

Знаючи падіння потенціалу в позитивному стовпі, нескладно визначити його довжину:

lст= Uст/?, (2.4)


де ? – градієнт потенціалу в позитивному стовпі.

Градієнт потенціалу позитивного стовпу залежить від струму лампи, діаметра трубки, роду та тиску інертного газу. Вказані залежності для різних інертних газів (Ne; Ar; Kr) їх тисків, діаметрів розрядних трубок та струмів лампи наведені в табл. 2.5. Крім цього ? також є функцією температури навколишнього середовища (рис.2.1).


Рис.2.1


З урахуванням довжини позитивному стовпа розряду можна визначити і довжину лампи.

lл= lст+∆l, (2.5)


де у ∆l враховується довжина біляелектродних областей розряду і довжина двох електродних вузлів лампи (ніжка, цоколь). Для більшості практичних розрахунків можна з достатнім ступенем точності вважати ∆l=12ч15 см.

Як видно з викладеного раніше, для визначення Uст, lст, а значить і lл, необхідно вибрати рід та тиск інертного газу, діаметр трубки лампи. В якості інертного газу, наповнюючого ЛЛ, найчастіше використовують Ne; Ar; Kr з тиском від 0,07 до 4 мм рт. ст. З точки зору підвищення світлової віддачі ЛЛ перевага того чи іншого інертного газу залежить від потужності позитивного стовпу розряду Рст.


Рст= Uст· I · kл= ? ·I· kл· lст = Р1ст ·lст (2-6)


де Р1ст – потужність позитивного стовпа одиничної довжини (питома потужність).

При невеликих значеннях Рст, коли вторинні процеси в розряді теж є малими, світловий потік росте пропорційно потужності (рис. 2.2). Зі збільшенням потужності збільшується роль зіткнень, що гасяться, і ступінчатих зіткнень. Це призводить до уповільнення збільшення світлового потоку.


Рис.2.2


Залежність (при t˚ст?40˚С) відносного виходу резонансного випромінювання Fе1ст1ст (Fе1ст – енергетичний потік обох резонансних ліній ртутного розряду з одиниці довжини позитивного стовпу) від тиску інертного газу для двох значень Р1ст подана на рис. 2.3.


Рис.2.3

Як видно, при невеликих питомих потужностях залежність має чітко виражений оптимум при тисках близько 1 мм. рт. ст. Разом з цим експериментально встановлено, що з падінням тиску наповнюючого газу (до 0,07 мм. рт. ст.) залежність виходу резонансного випромінювання (лінія 253,7 нм) від струму та питомої потужності стає більш лінійною, а залежність відносного виходу резонансного випромінювання від I та Р1ст відносно слабкою (рис. 2-4). Така залежність найбільш чітко виражена для важких наповнюючих газів (Ar; Kr) та більших діаметрів трубок (38 і 54 мм).


Рис.2.4


Сказане свідчить про доцільність, з точки зору збільшення початкової світлової віддачі, наповнення потужних ЛЛ (Pл?100 ч150 Вт) порівняно важкими інертними газами при низьких тисках.

Однак розробка ЛЛ з високими Р1ст, тобто зі збільшеними значеннями струму та малими тисками важкого інертного газу має серйозні труднощі, пов’язані з тривалістю роботи електродів (тобто строком служби лампи), стабільністю світлового потоку ЛЛ у процесі експлуатації, напругою запалення ламп, приелектродними втратами та ін. Урахування впливу вказаних факторів на характеристики ЛЛ є важким, з огляду на відсутність в літературі достатньо чітких даних про вплив величини струму, роду та тиску інертного газу на термін роботи ЛЛ при відповідних умовах експлуатації та ін. У зв’язку з цим в різних варіантах ЛЛ електродні вузли розробляються таким чином, що незалежно від робочого току лампи, роду та тиску інертного газу забезпечується потрібний строк служби варіантів ЛЛ.

Діаметри трубок для розрахункових варіантів ЛЛ обирають відповідно до даної потужності лампи з числа стандартних (d2=19, 25, 38, 54 мм). При обиранні діаметрів треба прагнути до відтворення умов у розряді, забезпечуючих найбільший вихід резонансного випромінювання.


  1. ^ ЗОВНІШНІЙ БАЛАНС ЕНЕРГІЇ. ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ХОЛОДНОЇ ТОЧКИ


Температура колби є однією з найважливіших характеристик будь-якої газорозрядної лампи. Особливо чітко це має вияв у ламп з розрядом у парах металу, тому що в цьому випадку мінімальна температура внутрішніх частин лампи (t˚хт), до яких можуть доторкатися пари металу, визначає робочий тиск парів у лампі, а значить всі її електричні й світлотехнічні характеристики. У ЛЛ ми маємо справу з насиченими парами ртуті, тиск яких є різкою функцію t˚хт.

У люмінісцентних лампах звичайної конструкції найбільш холодною частиною лампи є область позитивного стовпа. На рис. 3.1 наведено типовий розподіл температури по поверхні ЛЛ при їх роботі у горизонтальному положенні в спокійному повітрі (умови природної конвекції). Можна вважати, що тиск у лампі визначається температурою зовнішньої поверхні трубки в області стовпа (t˚ст), оскільки перепад температури в стінках трубки складає не більше одного градусу. Температура колби, а також інших елементів лампи може бути визначена з їхнього теплового балансу. У лампах трубчатої форми з довгим позитивним стовпом можна розглядати окремо тепловий баланс в області позитивного стовпа.


Рис.3.1

У цьому разі отримуємо:


аст Рст = qст ? d2 lст, (3.1)


або для стовпа одиничної довжини


аст Р1ст = qст ? d2, (3.2)


де аст – частина потужності позитивного стовпа, що йде на нагрів колби (коефіцієнті аст залежить від умов розряду, форми та матеріалу колби та ін., для практичних розрахунків у випадку ЛЛ вважається, що аст ? 0,8);

qст – питомі втрати потужності, тобто потужність, що втрачається з одиниці площі зовнішньої поверхні колби у результаті всіх процесів відведення тепла, що відбуваються.

У загальному випадку тепловідведення нагрітої колби здійснюється шляхом теплової віддачі в навколишнє середовище і шляхом теплового випромінювання. Тому

qст= qт + qвипр, (3.3)


де qт потужність, що втрачається з одиниці площі зовнішньої поверхні колби шляхом теплової віддачі в навколишнє середовище;

qвипр – питомі втрати потужності шляхом теплового випромінювання.

Втрати потужності шляхом теплової віддачі в навколишнє середовище можна розрахувати на основі законів теплової подібності, можливість застосування яких доведена багатим експериментальним матеріалом:


qт?А d2-0,25 (t˚ст - t˚навк)1,25, (3.4)


де А – коефіцієнт, що залежить від роду газу навколо колби, його тиску. Коефіцієнт А також є слабкою функцією навколишньої температури t˚навк. У табл.7 наведені значення коефіцієнта А для роботи ЛЛ в спокійному повітрі із нормальним тиском (при зовнішньому діаметрі d2, вираженому в см, qт в (3.4) виходить у Вт/см2).

Питомі втрати потужності нагрітої колби шляхом теплового випромінювання можна визначати за такою приблизною формулою, що часто використовується у практиці теплотехнічних розрахунків:


qвипр?к ?о ст4 - Тнавк4], (3.5)


де ?к – інтегральний коефіцієнт випромінювання колби при температурі зовнішньої стінки Тст(К), ?о – постійна Стефана-Больцмана, що дорівнює 5,67*10-12 Вт/см2*град4; Тнавк - температура навколишнього середовища (К).

На рис. 3.2 наведена залежність qвипр=f(t˚ст) при t˚навк=20˚С для сорту скла, що найбільш часто використовується для колб ЛЛ.


Рис.3.2.


При невеликих перепадах температури між зовнішньою поверхнею колби та навколишнім середовищем (?t=t˚ст-t˚навк), що не перебільшують 20ч30˚С, із достатньою для практики точністю можна прийняти залежність qст від ?t лінійною.


qстс?t, (3.6)


де с – коефіцієнт пропорційності, що слабко залежить від d2 та t˚навк.

Підставляючи значення q з (3-6) у (3-1), отримаємо спрощену розрахункову формулу, що зв’язує t˚ст лампи з питомим навантаженням ?, тобто потужністю позитивного стовпа на одиницю зовнішньої поверхні трубки.


? = Рст /? d2 lст ? С/аст (t˚ст - t˚навк), (3.7)


На рис. 3.3 наведені залежності t˚ст від питомого навантаження для трубо-крізного діаметра при t˚навк=20˚С.


Рис.3.3


Слід підкреслити, що рівнянням (3.7) можна користуватися для розрахунку t˚ст ЛЛ звичайної конструкції, що працюють у спокійному повітрі при t˚навк=20±10˚С. При t˚навк, що відрізняються у вказаних межах від 20˚С, ординату кривих для ?=0 треба зміcтити на відповідне значення t˚навк. У інших випадках необхідно користуватися більш загальними співвідношеннями (3.1), (3.3), (3.4) та (3.5) і визначати t˚ст шляхом графічного вирішення рівняння теплового балансу позитивного стовпа.

Таким чином, знаючи Рст, аст, d та lст неважко знайти t˚ст.


^ 4.ПРИНЦИПИ ПОПЕРЕДНЬОГО ВІДБОРУ ВАРІАНТІВ ЛАМП


У зв’язку з тим, що в процесі розрахунку ЛЛ треба задаватися п’ятьома параметрами, а конкретно, U, m, родом інертного газу, його тиском (Ріг), діаметром трубки, причому для кожного з цих параметрів звичайно приймають декілька значень, число варіантів ЛЛ, для котрих визначені геометричні параметри, досягає значної величини (близько 20-30 варіантів). Тому перед тим як приступити до розрахунку балансу енергії ЛЛ та визначення їх світлотехнічних характеристик, необхідно відкинути найгірші варіанти ЛЛ. Відсутність попередньої відбраковки варіантів ЛЛ знижує якість курсового проекту.

Як вже було сказано, найбільш правильним критерієм оцінки доцільності того чи іншого розрахованого варіанту ЛЛ є економічний показник освітлювальної установки, за який приймаються приведені річні витрати С+К/Тн (див. (1.1). Тому треба провести якісне зіставлення розрахованих варіантів ЛЛ один відносно одного за приведеними річними витратами, причому в першу чергу за такими характеристиками розрахованих варіантів ЛЛ, які найбільше впливають на С+К/Тн. Такими характеристиками перш за все є початкова світлова віддача лампи (Нл) і спад світлового потоку лампи в процесі використовування, що визначає кількість ламп в установці, яка забезпечує потрібний рівень освітлення (однаковий для всіх порівняльних варіантів ламп), а також довжина та діаметр лампи, які визначають вартість самої лампи та світильника (на вартість світильника найбільше впливає lл). У зв’язку з вказаним варіанти ламп, що мають помітно меншу у порівнянні з іншими початкову світлову віддачу та більшу довжину, мають відкидатися.

Світлова віддача лампи зв’язана зі світловою віддачею позитивного стовпа розряду Нст формулою:


Нл ? Нстстл= Нст(1- Uак/Uл). (4.1)


Рівняння (4.1) отримане на базі припущення, що світловий потік лампи Fл утворюється лише позитивним стовпом розряду, а участь приелектродних областей у цьому дуже мала (нею зневажають), тобто при Fл?Fст, де Fст – світловий потік позитивного стовпа з урахуванням перетворень у шарі люмінофору.

Світлова віддача позитивного стовпа Нст=Fстст залежить поперед усе від t˚хт, струму лампи, її діаметру, роду та тиску наповнюючого інертного газу. Як відомо, залежність Нст від t˚хт при інших постійних параметрах має достатньо різкий максимум, що припадає на значення t˚хт приблизно 38ч45˚С. При вказаних значеннях t˚хт в лампі забезпечується оптимальний тиск насичених парів ртуті (близько 5*10-3мм. рт. ст.), при якому маємо найбільший відносний вихід резонансного випромінювання, тобто найбільшу Нст. У зв’язку з цим, розраховані варіанти ЛЛ звичайної конструкції, що мають t˚хт, менше 33ч35˚С та більше ніж 60˚С, можна відкинути, у зв’язку з низьким значенням Нстл), що очікується.

У випадку, коли викладачем буде запропоновано розрахувати ЛЛ спеціальної конструкції (лампи з холодними заелектродними областями; лампи, у які введена амальгама ртуті та ін.), можуть бути використані і варіанти ЛЛ з t˚ст, що перебільшує вказане вище найбільше значення t˚хт. При введенні в ЛЛ замість чистої ртуті амальгами у залежності від відсоткової частини у ній сторонніх компонентів (індій, кадмій та ін.) оптимальний тиск насичених парів ртуті та максимальна величина Нст досягається при більш високих, ніж 38-45˚С, значеннях t˚хт ( рис. 4-1).


Рис.4.1.


Однак при цьому слід зважати на те, що введення амальгами приводить до зміни стабільності світлового потоку ЛЛ при експлуатації та збільшенню вартості самої лампи. Як вже було вказано, Нст окрім t˚хт, залежить від I, d2, роду та тиску інертного газу, що наповнює лампу. На рис. 4-2 приведені залежності Нст (у відносних одиницях) від I для різних діаметрів ламп, що наповнені Ar до тиску 3 мм. рт. ст. Температура холодної точки у вказаних залежностях змінна, і визначається питомим навантаженням, що відповідає кожному значенню струму лампи та її діаметру. Користуючись цими залежностями неважко визначити Нст варіантів ЛЛ, що порівнюємо, а з урахуванням рівняння 4-1 і Нл.


Рис.4.2.

Довжина лампи lл також має помітний вплив на економічні показники установки. При збільшенні lл зростає вартість лампи, вартість світильників (інколи і ПРА), тобто капітальні та експлуатаційні витрати. Але при цьому для варіантів з постійним струмом [d2=const] за рахунок росту довжини позитивного стовпа, тобто зменшення частини приелектродних втрат збільшується Нл, що асимптотично наближується до Нст (рис. 4.3). Однак суттєве збільшення lл в тому разі, коли постійними залишаються потужність та діаметр лампи, приводить до зменшення Нл (рис. 4-4), внаслідок помітного зниження питомого навантаження, тобто зменшення t˚хт проти оптимальних значень.


Рис.4.3


Рис.4.4


У зв’язку зі сказаним та враховуючи певні технологічні труднощі при виготовленні ЛЛ з великою довжиною трубки, а також пов’язані з цим експлуатаційні незручності, варіанти ЛЛ з довжиною трубки, що перебільшує 2,4 м, відкидаються.

Стабільність світлового потоку ЛЛ у процесі експлуатації залежить від величини питомого навантаження. Згідно з літературними даними і відносне зниження світлового потоку ?Ft до моменту часу роботи лампи t прямо пропорційно величині ? (для різних відрізків часу t змінюється величина коефіцієнта пропорційності, - див. розділ 5).

Після попереднього відбору для варіантів ламп, що залишилися з метою перевірки правильності розрахунку lст, d2 и t˚ст складається зовнішній баланс енергії відповідно до рівнянь (3.1), (3.3), (3.4) і (3.5). Розбіжності лівої та правої частини балансу не повинні перебільшувати ±(5ч10)%.



  1. ^ ВИЗНАЧЕННЯ СВІТЛОТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ВАРІАНТІВ ЛАМП

Світловий потік ЛЛ утворюється світінням шару люмінофору, що збуджується резонансними лініями ртутного розряду з ?рез=184,9 та 253,7 нм, та видимими лініями ртутного розряду з ?вид=405, 436, 546 та 577/79 нм. Основну частину потоку ЛЛ дає випромінювання люмінофору, випромінювання видимих ліній у світловому потоці ламп звичайно складає 8ч12%. Світловий потік лампи в області позитивного стовпа Fст може бути розрахований згідно з формулою


(5.1)

Перший член рівняння (5.1) дає значення світлового потоку від шару люмінофору, другий – від відомих ліній ртутного розряду.

У рівнянні (5.1) прийнято такі значення:

а) F1ст(185) та F1ст(254) – питомі (з одиниці довжини позитивного стовпа) енергетичні потоки резонансних ліній ртуті з довжинами хвиль ? відповідно 184,9 і 253,7 нм при тих умовах розряду, що розглядаються [Вт/см]. Як відомо, вихід резонансного випромінювання у ртутному розряді низького тиску залежить від струмів лампи, температури хододної точки (тобто тиску насичених парів ртуті), діаметру розрядної трубки, роду та тиску наповнюючого лампу інертного газу. Експериментальні залежності F1ст(185) та F1ст(254) від I, d2 для різних інертних газів та їх тисків при t˚хт=const наведені у табл. 811. У табл. 12 наведені енергетичні яскравості резонансних ліній залежно від струму лампи, t˚хт, роду та тиску інертного газу при діаметрі розрядної трубки d2=38 мм. За своїми оптичними характеристиками позитивний стовп ртутного розряду низького тиску наближається до рівнояркого поверхневого випромінювача, тому при визначенні F1ст(?рез) згідно з енергетичними яскравостями резонансних ліній іноді використовують закон Ламберта;

б) R185 і R254 – відповідно квантові відношення для резонансного випромінювання з ?рез=184,9 та 254,7 нм. У випадку збудження попереднього спектра люмінесценції люмінофору однорідним випромінюванням (випадок ЛЛ), під R розуміють відношення середньої енергії кванту люмінесценції до енергії кванту збуджуючого (резонансного) випромінювання, тобто


(5.2)


де h – постійна Планка,

та – відповідно середня частота та середня довжина хвилі кванту люмінесценції;

?рез та ?рез – частота та довжина хвилі кванту резонансного випромінювання ртутного розряду, що збуджує люмінофор.

Середня довжина хвилі люмінесценції може бути визначена з урахуванням розподілу енергії у спектрі випромінювання люмінофору ?л(?)=f(?) за співвідношенням:

(5.3)

Розрахунок за рівнянням (5.3) проводиться методом графічного інтегрування відповідних залежностей ?л(?)=f(?) та а1/?*?л(?)=f(?). Спектральні характеристики основних типів ЛЛ наведені на рис. 5.1;


Рис. 5.1


в) ?185 та ?254 – відповідно квантові виходи люмінофору для резонансних ліній 184,9 та 253,7 нм, що дорівнюють відношенню числа квантів люмінесценції до числа поглинутих люмінофором квантів збуджуючого випромінювання. Для галофосфату кальцію (ГФК), активованого марганцем та сурмою, що використовується як люмінофор в усіх типах ЛЛ ?185=2,2 та ?254=0,74. Але при розрахунках треба враховувати, що в процесі нанесення шару люмінофору, його технологічної обробки та протягом перших 1ч3 годин горіння лампи, величина квантового виходу для обох резонансних ліній ртуті знижується до 0,8 від вказаних вище значень;

г) ?рез та – відповідно коефіцієнт використання збуджуючого резонансного випромінювання у шарі люмінофору та ефективний КПД шару люмінофору,що враховує поглинання потоку люмінесценції. Значення ?рез та встановлюються просторовим розподілом випромінювання джерела, його формою та розмірами, геометрією шару та його розташуванням, а також оптичними характеристиками самого шару, що залежать від його товщини та показників поглинання і розсіювання. При оптимальній товщині шару, прийнятих способах розмолу та нанесення, добуток ?рез*прийнято вважати рівним 0,85ч0,9;

д) С – відносний приведений коефіцієнт видності люмінофору


(5.4)


де k(?) – відносний коефіцієнт видності ока (табл.13).

Розрахунок за рівнянням (5.4) проводиться методом графічного інтегрування з виконанням залежностей (рис. 5.1);

е) F1ст(? вид) – питомий (з одиниці довжини) енергетичний потік видимих ліній ртуті у стовпі.

Другий член рівняння (5.1) дає значення світлового потоку від видимих променів ртутного розряду. Величина цього потоку залежить від робочого струму лампи, геометрії колби та ін. Однак частина світлового потоку видимих ліній від потоку ЛЛ незначна, тому при оціночних розрахунках можна вважати, що світлова віддача стовпа Нст за рахунок світлового потоку видимих ліній незалежно від характеристик ЛЛ збільшується на 6-7 лм/Вт, тобто замінити другий член рівняння (5.1) виразом: (6ч7)Рст[лм].

Знаючи Fст , неважко визначити Нст= Fст/ Рст, а значить і Нл за рівнянням (4.1).

Як відомо, у процесі горіння ЛЛ зменшується величина світлового потоку. Розрахунок на рівняння (5.1) дає початкову величину потоку лампи Fо (після 1 – 2 – 3 годин горіння). За номінальний потік ЛЛ Fн відповідно до ГОСТ приймається світловий потік ламп після 100 годин горіння, який можна визначити як


Fн= Fо(1-?Fн), (5.5)


де ?Fн=(Fо-Fн)/ Fо – відносний спад світлового потоку лампи після 100 годин горіння.

Початковий спад світлового потоку ?Fн лінійно залежить від питомого навантаження ?

?Fн= a?, (5.6)


де коефіцієнт пропорційності a=(0,7ч2) см2/Вт залежно від типу люмінофору, що використовується.

Світловий потік лампи за час горіння t=0,4? знижується до значення


F0,4?=Fн(1-?F0,4?), (5.7)

де ?F0,4?=(Fн-F0,4?)/ Fн; з урахуванням зв’язків


?F0,4??b?, (5.8)


де b=(2ч5) см2/Вт залежно від люмінофору, що використовується.

Середній за терміном роботи світловий потік лампи Fсер можна розрахувати й методом графічного інтегрування за співвідношенням

(5.9)


(Величина терміну роботи ? – за вказівкою викладача.)

Згідно з літературними даними, Fсер?F0,4?, неважко, використовуючи зв’язки, зумовлені залежностями (5.5)ч(5.8), оцінити світловий потік ЛЛ до t=?[Fк] і побудувати криву F(t) від t=0 до t=?.


^ 6.ЕКОНОМІЧНЕ ПОРІВНЯННЯ ВАРІАНТІВ ЛАМП


Розраховані варіанти ЛЛ зіставляють за приведеними річними витратам освітлювальної установки С+К/Тн при однакових рівнях освітлення, що утворюється різними варіантами ламп.

Частина капітальних затрат, що змінюються, К складається із вартості ламп Кл, світильників Ксв і ПРА – КПРА. Вартість освітлювальної мережі, комутаційної та розподільної апаратури вважається майже одноковою для варіантів освітлювальних установок, що порівнюються, тому вона в розрахунку не враховується.

Таким чином,

К= Кл+ КсвПРА.


Вартість ламп Кл визначається як Кл= gлnл,

де gл – вартість однієї лампи (залежить від довжини, діаметру та конструктивних особливостей лампи; обирається за вказівкою викладача);

nл – кількість ламп в установці, що забезпечує потрібний рівень освітлення.


nлз*N/ Fн,


де Кз – одна із складових коефіцієнта запасу установки, зумовлена зменшенням світлового потоку ламп в процесі експлуатації та режимом обслуговування установки:

Кз= Fн/ Ft.

N – необхідна величина світлового потоку освітлювальної установки, що забезпечує потрібний рівень освітлення з урахуванням інших складових коефіцієнта запасу, зумовлених запиленням світильників та відбиваючих поверхонь приміщення, виходом ЛЛ з ладу та ін.

(Час експлуатації t, для якого визначається Ft, залежить від системи обслуговування та кривої розладу ЛЛ; складові коефіцієнта запасу за рахунок вказаних вище причин приймаються однаковими для варіантів ламп, що порівнюються.)

Вартість світильників

Ксв= gсвnсв,


де gсв – вартість одного світильника (в основному залежить від типу світильника, кількості ламп в одному світильнику ?св та довжини ЛЛ; обирається за вказівкою викладача);

nсв – кількість світильників в освітлювальній установці;


nсв= nл/?св.


Вартість пускорегулюючих апаратів


КПРА=gПРАnПРА,


де gПРА – вартість одного пускорегулюючого апарата (залежить від типу ПРА, кількості ламп ?ПРА, що одночасно приєднані до апарату, Uл/U(Uл/Uхх), потужності ЛЛ та ін.; обирається за вказівкою викладача), а nПРА – повна кількість апаратів в освітлюваній установці:


nПРА=nл/?ПРА.


Тн – нормативний строк окупування для освітлювальних установок приймається рівним 6,7 року.

Частина річних експлуатаційних витрат, що змінюється С, як і в разі ламп розжарювання, складається із вартості електроенергії Се, що споживається установкою;, вартості ламп, що змінюються за один рік Сл; амортизаційних відрахувань Са; вартості ремонту та обслуговування установки Со і вартості очищення одного світильника Со4, тобто


С=Селаоо4.


Вартість електроенергії:


Се=nлPл?Tgен(1+?U%/100),


де Pл – потужність однієї лампи, що виражена у кВт;

?? – коефіцієнт, що враховує втрати потужності у ПРА (залежність від типу ПРА та потужності ламп, що працюють з ним, ?=1,1ч1,25);

T – кількість годин роботи освітлювальної установки за рік (залежить від кількості змін на підприємстві, наявності природного освітлення та ін., T=750ч6300 год.);

gен – тариф на електроенергію (залежить від типу підприємства, на якому створюється освітлювальна установка);

?U% - відносне (у %) падіння напруги в освітлювальної мережі до середньої лампи установки (?U% =2,5%).

При визначенні Се значення Т та gен обираються за вказівкою викладача.

Вартість ламп, що змінюється протягом року:


Слл*Т/?,

річні амортизаційні відрахування


Са=(К-Кл)а/100,


де а – відсоток амортизаційних відрахувань (а=15%), а вартість обслуговування та ремонту установки:

Со=0,02(К-Клсв),


і, нарешті, вартість очищення освітлювальних приладів


Со4о41 nсв12/tо4,


де Со41 – вартість очистки одного світильника (дорівнює 0,20,4 грн. і залежить від типу світильників, їх розмірів, тобто потужності ламп, що працюють у світильнику, розташування освітлювальної арматури в установці та ін);

tо4 – інтервал між очищеннями, виражений у місяцях (залежить від умов запилення приміщення, особливостей виробничого процесу та ін.; tо4=1ч3 і обирається за вказівкою викладача).

Варіант ЛЛ, що має мінімальні приведені річні витрати, є оптимальним для даних умов експлуатації освітлювальної установки.

Результати розрахунків геометричних та світлових параметрів ЛЛ рекомендується звести у таблицю А, а результати економічних розрахунків - у таблицю В.


Таблиця А

Номер

варіанта

U,

В

m

Uл,

В

I,

А

Інертний газ, тиск

(мм.рт.ст.)

Uак,

В

Uст,

В

























D2,

см

,

В/см

l,

В/см

Lл,

см

Рст,

Вт

,

Вт

t0 х.т.,

0С

астст,

Вт

























(qт+qвипр)xd2/l2, Вт

Fст,
Вт

Hст,

Лм/Вт

Hл,

Лм/Вт

Fн,

Лм


F4000,
Лм

F,

Лм



























  1   2   3   4

Схожі:

Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп» 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...
Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп» iconГ. В. Стадник методичні вказівки для виконання курсового проекту "Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла"
Методичні вказівки до виконання курсового проекту”Розрахунок та конструювання високоінтенсивних джерел світла”(для студентів 5 курсу...
Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп» iconЛабораторна робота №3 Дослідження параметрів люмінесцентних ламп
Мета роботи: Дослідження впливу величини розрядного струму люмінесцентних ламп на їх світлову віддачу, визначення частки випромінювання...
Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп» 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...
Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп» iconМіського господарства методичні вказівки І завдання до курсового проекту
Методичні вказівки І завдання до курсового проекту “механічний розрахунок елементів конструкції вуличних світильників” (для студентів...
Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп» 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...
Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп» iconПустовойтова О. М. Сіроменко А. М. методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни “Конструкції будівель та споруд” (для студентів 3 курсу денної форми...
Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп» iconМетодичні вказівки до виконання курсового проекту з курсу "Холодильні машини" для студентів напряму підготовки
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з курсу “Холодильні машини”/ укладач Ю. М. Вертепов. Суми: Сумський державний університет,...
Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп» 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...
Методичні вказівки до виконання курсового проекту «Розрахунок люмінесцентних ламп» iconМетодичні вказівки до виконання курсового проекту з курсу «технологія будівельного виробництва»
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з курсу «Технологія будівельного виробництва» (для студентів 3 курсу за напрямом...
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