Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Загальна характеристика роботи

Загальна характеристика роботи




Сторінка1/4
Дата конвертації18.04.2017
Розмір0.58 Mb.
  1   2   3   4




ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Генерування штучного світла є одним із найбільш важливих досягнень людства.

Штучне освітлення - це освітлення будинків, приміщень і споруд, зовнішнього освітлення міст, селищ і сільських населених пунктів, територій підприємств і закладів, установки оздоровчого ультрафіолетового випромінювання тривалої дії, установки світлової реклами, світлові знаки та ілюмінаційні установки за допомогою спеціальних електроосвітлювальних установок - світильників.

Через зір люди одержують більше 80% всієї інформації, тому на даному етапі жодна галузь не може функціонувати без електричного освітлення. Штучне освітлення стає елементом життєвого середовища людини.

Вісімдесяті та дев’яності роки відзначені значними досягненнями в розвитку світлотехніки. Основною рушійною силою прогресу було прагнення підвищити енергоекономічність та екологічність джерел світла, зменшити їх матеріаломісткість, підвищити якість кольоропередачі, надійність, компактність.

Джере́ла сві́тла - природні тіла або технічні пристрої різної конструкції і різними способами перетворення енергії, основним призначенням яких є отримання світлового випромінювання з різною довжиною хвилі, - як видимої частини спектру, так і невидимі для людського ока промені (наприклад, інфрачервоні).

Аналіз показує, що, незважаючи на досягнуті успіхи, найбільш масові енергозберігаючі джерела світла, які використовуються для загального освітлення, в реальних умовах експлуатації не повністю реалізовують свої можливості і, при вирішенні ряду науково-технічних та інженерних задач, ефективність їх може бути підвищена.

Умо́ви експлуата́ції - сукупність факторів, що діють на виріб при його експлуатації і впливають на функціювання й працездатність цього виробу.

За усередненими оцінками частка енергії, котра витрачається на генерування світла, становить тільки близько 5% від споживаної енергії в цілому (більше 15% від електроенергії, що виробляється). Приблизно 0,5% цієї кількості споживається в процесі виробництва ламп та іншої світлотехнічної арматури і майже 4,5% споживається електростанціями з кінцевою метою генерування світла. Середня ефективність перетворення електричної енергії в світлову становить трохи більше 10%, а з врахуванням того, що електростанції перетворюють енергію природного палива в електроенергію з ККД близько 30%, загальна ефективність перетворення енергії палива в світлову енергію становить приблизно 3%.

Св́ітло - електромагнітні хвилі видимого спектру. До видимого діапазону належать електромагнітні хвилі в інтервалі частот, що сприймаються людським оком (7.5×1014 - 4×1014 Гц), тобто з довжиною хвилі від 390 до 750 нанометрів.

Електрична ене́ргія, або електроенергія - вид енергії, що існує у вигляді потенціальної енергії електричного й магнітного полів та енергії електричного струму. Завдяки зручній технології виробництва, розподілу й споживання, електрична енергія займає чільне місце серед інших видів енергії, що їх споживає людство.

Такий стан речей робить актуальними заходи, спрямовані на підвищення ефективності джерел світла.

В зв’язку з тим, що більшість сучасних типів енергоекономічних ламп містять в собі токсичні речовини, проблема енергозбереження має розглядатись тільки в контексті з підвищенням екологічної безпеки.

Токси́ни (від грец. toxikon - «отрута для використання на стрілах») - отруйні речовини, що виробляються живими клітинами або організмами. Індивідуальні сполуки, що спричинюють отруєння. Токсини майже завжди є білками, здатними до породження хвороби при контакті або абсорбції тканинами тіла через взаємодію з біологічними макромолекулами, наприклад ферментами або рецепторами.

Тому не менш актуальним є і проблема зменшення викидів в навколишнє середовище токсичних речовин як при виробництві джерел світла, так і в процесі експлуатації та утилізації ламп.

Звязок дисертації з науковими проблемами, планами, темами. Дисертаційна робота є наслідком багаторічних досліджень, які проводились в Українському науково-дослідному інституті джерел світла (м. Полтава), ВАТ “Полтавський завод газорозрядних ламп”, Харківській державній академії міського господарства згідно Постанови Кабінету Міністрів України від 30.12.1991 р.

Довкілля, або бюрократично навко́лишнє приро́дне середо́вище - всі живі та неживі об'єкти, що природно існують на Землі або в деякій її частині (наприклад, навколишнє середовище країни). Сукупність абіотичних та біотичних факторів, природних та змінених у результаті діяльності людини, які впливають на живий світ планети.

Науко́во-до́слідний і́нститут (НДІ) - самостійна установа, створена організовувати наукові дослідження та провадити дослідно-конструкторські роботи, різновид інституту.

Постанова Кабінету Міністрів України - нормативно-правовий акт Уряду України - Кабінету Міністрів.

№393 “Проведення найважливіших наукових досліджень, розробка та освоєння нових технологій і техніки” програми Державного Комітету з науки та технології (ДКНТ) “Проблеми екологічної безпеки України” (шифр 02.05.

Техноло́гія (від грец. τεχνολογια, що походить від грец. τεχνολογος; грец. τεχνη - майстерність, техніка; грец. λογος - (тут) передавати) - наука («корпус знань») про способи (набір і послідовність операцій, їх режими) забезпечення потреб людства за допомогою (шляхом застосування) технічних засобів (знарядь праці).

Дослі́дження, до́сліди - (широко розуміючи) пошук нових знань або систематичне розслідування з метою встановлення фактів; (вузько розуміючи) науковий метод (процес) вивчення чого-небудь.

04/035), цільової програми Мінмашпрому України “Електротехніка” в період 1992 – 1996 рр. (розділ “Світлотехніка та джерела світла”), цільової науково-технічної програми “Розвиток виробництва енерго- та ресурсозберігаючих джерел світла та систем освітлення в Україні” та іншими науково-технічними планами науково-дослідних та господарських робіт.

Роль автора у виконанні вказаних робіт полягає у розробці програм, визначенні напрямків теоретичних, експериментальних і прикладних досліджень, участі у постановці і вирішенні задач, обробці і узагальненні результатів досліджень і безпосередній участі при впровадженні результатів досліджень у виробництво.

Прикладні́ науко́ві дослі́дження - наукова і науково-технічна діяльність, спрямована на одержання і використання знань для практичних цілей - розробка нових виробів, нових матеріалів, технологій та технологічного обладнання, нових методів лікування хвороб, медичних препаратів та медичного обладнання, нових сільгоспкультур, нових порід свійських тварин та промислових риб, нових технологій сільгоспвиробництва, пошук покладів корисних копалин.



Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення світлотехнічної ефективності, екологічності та надійності джерел світла на основі комплексних досліджень фізико-хімічних процесів і конструкційних матеріалів на стадіях виробництва і експлуатації ламп, узагальнення науково-технічних основ розробки енергоекономічних ламп та створення вдосконалених конструкцій і технологій їх виробництва, а також розробка основних положень концепції раціонального використання енергоекономічних джерел світла та заходів по зниженню забруднення навколишнього середовища при їх виробництві та утилізації.

Конструкці́йні матеріа́ли (англ. constructional materials, engineering materials, structural materials) - це матеріали, з яких виготовляють деталі конструкцій (машин та споруд), що зазнають силових впливів (навантажень).

Забруднення довкілля - процес зміни складу і властивостей однієї або декількох сфер Землі внаслідок діяльності людини. Приводить до погіршення якості атмосфери, гідросфери, літосфери та біосфери. Допустима міра забруднення довкілля в різних країнах регламентується відповідними стандартами, нормативами, законами.

Для досягнення вказаної мети було сформульовано та вирішено такі основні задачі:



  • провести аналіз технічного рівня та стану виробництва джерел світла загального призначення (ламп розжарювання, розрядних ламп низького та високого тиску), визначити основні фактори, які впливають на світлотехнічні параметри ламп та виконати теоретико-експериментальну оцінку резервів підвищення їх світлової ефективності та надійності;

  • провести аналіз шляхів підвищення екологічного рівня сучасних джерел світла на стадії їх виробництва, експлуатації та утилізації; розробити метод оцінки екологічності джерел світла та систему заходів, направлену на зниження забруднення навколишнього середовища на стадіях виробництва, експлуатації та утилізації ламп;

  • встановити залежності між світлотехнічними та електротехнічними параметрами натрій-ксенонового розряду при різних співвідношеннях і тисках парогазової суміші, розмірах розрядної трубки та режимах живлення на основі яких уточнити методи конструювання та розробити серію нових екологічно-чистих натрієвих ламп високого тиску (НЛВТ);

  • провести розробку нових конструкцій енергоекономічних НЛВТ та комплексні дослідження їх параметрів при різних режимах експлуатації на основі яких розробити рекомендації по підвищенню світлової ефективності та надійності;

  • встановити залежності між світлотехнічними та електротехнічними параметрами розрядів високого тиску з металогалогенним циклом з врахуванням умов виникнення явищ конвективної нестабільності дуги та розшарування випромінюючих добавок. На основі отриманих результатів уточнити інженерні методи розрахунку пальників та розробити вдосконалені конструкції енергоекономічних металогалогенних ламп (МГЛ);

  • розробити нові ресурсоенергозберігаючі технології та обладнання для виготовлення джерел світла, їх утилізації після закінчення терміну експлуатації та переробки відходів;

  • розробити математичну модель динаміки розподілу густини насиченого пару ртуті в лампах низького тиску при зміні теплового режиму колби.

    Переро́бка (обро́блення, переро́блення) відхо́дів (також: вторинна переробка, ресайклінґ (від англ. recycling), рециклювання й утилізація відходів) - здійснення будь-яких технологічних операцій, пов'язаних зі зміною фізичних, хімічних або біологічних властивостей відходів, з метою підготовки їх до екологічно безпечного зберігання, перевезення, утилізації чи видалення.

    Математи́чна моде́ль - система математичних співвідношень, які описують досліджуваний процес або явище. Математична модель має важливе значення для таких наук, як: економіка, екологія, соціологія, фізика, хімія, механіка, інформатика, біологія та ін.

    На основі теоретичних обґрунтувань розробити методи неруйнівного контролю кількості вільної ртуті в лампах на стадії їх виробництва та експлуатації;

    Неруйнівний контроль (скорочено НК) - контроль властивостей і параметрів об'єкта, не руйнуючи його та при якому не повинна бути порушена придатність об'єкта до використання та експлуатації.



  • виконати техніко-економічні розрахунки ефективності енергоекономічних джерел світла. Розробити основні положення концепції енергозберігаючого освітлення в Україні.

Об’єктом дослідження є процеси, які визначають енергоефективність, екологічність та надійність роботи освітлювальних ламп.

Предметом дослідження є розрядні лампи високого тиску (натрієві, ртутні та металогалогенні), люмінесцентні лампи низького тиску та галогенні лампи розжарювання на стадіях розробки конструкції та технології виробництва, вибору режимів експлуатації та утилізації відходів електролампового виробництва.

Люмінесце́нтна (флуоресцентна) ла́мпа, лампа денного світла - газорозрядне джерело світла, світловий потік якого визначається в основному світінням люмінофорів під впливом ультрафіолетового випромінювання розряду: широко застосовується для загального освітлення, оскільки світлова віддача і термін служби в кілька разів більший, ніж у ламп з ниткою розжарювання того ж призначення.

Ла́мпа розжа́рення (жарíвка) - освітлювальний прилад, в якому світло випромінюється тугоплавким провідником, нагрітим електричним струмом до розжарення.



Методи дослідження. Методичною базою досліджень є використання диференційного та інтегрального числення, методів вимірювальної техніки, теорії ймовірності, теорії похибок, математичного та фізичного моделювання. Експериментальні дослідження виконувались з використанням методик електричних, термометричних, мас-спектрометричних, світлотехнічних, оптичних, манометричних та механічних вимірювань. Планування експериментальних робіт та обробка результатів проводились з використанням методів математичної статистики.

Фізичне моделювання (рос. физическое моделирование; англ. physical simulation, нім. physikalische Modellierung f) -

Теорія ймовірності - розділ математики, що вивчає закономірності випадкових явищ: випадкові події, випадкові величини, їхні функції, властивості й операції над ними. Математичні моделі в теорії ймовірності описують з деяким ступенем точності випробування (експерименти, спостереження, вимірювання), результати яких неоднозначно визначаються умовами випробування.

Математична статистика - розділ математики та інформатики, в якому на основі дослідних даних вивчаються імовірнісні закономірності масових явищ. Основними задачами математичної статистики є статистична перевірка гіпотез, оцінка розподілу статистичних імовірностей та його параметрів, вивчення статистичної залежності, визначення основних числових характеристик випадкових вибірок, якими є: вибіркове середнє, вибіркові дисперсії, стандартне відхилення. Прикладом перевірки таких гіпотез є з'ясування питання про те, змінюється чи не змінюється виробничий процес з часом. Прикладом оцінки параметрів є оцінка середнього значення статистичної змінної за дослідними даними. Для вивчення статистичної залежності використовують методи теорії кореляції. Загальні методи математичної статистики є основою теорії похибок.



Наукова новизна отриманих результатів

  1. Вперше отримані експериментальні залежності світлової віддачі Na-Xe розряду в трубках діаметром 2,1-4,7 мм для діапазону тиску парів Na – 50-300 мм.рт.ст. та Xe – 150-4000 мм.рт.ст., на основі яких встановлено наявність максимуму при тиску парів Na в інтервалі 150-250 мм.рт.ст. та лінійне зростання світлової віддачі від тиску Xe.

  2. Вперше встановлена лінійна залежність зростання градієнту напруги від тиску наповнення в стовпі Na-Xe розряду для діапазону тиску парів Na – 50-300 мм.

    Лінійно незалежні вектори (лінійна незалежність множини векторів) - множина векторів, які не утворюють тривіальних лінійних комбінацій рівних нулю.

    рт.ст. та Xe – 150-4000 мм.рт.ст.

  3. На основі експериментально отриманих залежностей електричних та променистих характеристик Na-Xe розряду в вузьких (2,1-4,7 мм) трубках при навантаженнях на їх поверхню 8-30 Вт/см2 вперше визначена частка потужності, що витрачається на нагрівання розрядної трубки, яка апроксимується лінійною залежністю від питомої потужності стовпа розряду (Вт/одиницю довжини дуги).

    Пито́ма поту́жність - відношення потужності двигуна до його маси або іншого параметру. Потужність поршневого двигуна, віднесена до літражу двигуна, називається літровою потужністю; віднесена до сумарної площі його поршнів - поршневою потужністю і так далі Зростання питомої потужності досягається застосуванням легких сплавів, вдосконаленням конструкцій та форсуванням (збільшенням швидкохідності і ступеня стискування, використанням наддуву тощо).



  4. Вперше отримані результати досліджень комплексного впливу напруги живлення, рефлекторної дії світильника, ПРА, температури навколишнього середовища на параметри НЛВТ різних конструкцій, в першу чергу, на надійність та світлову ефективність цих ламп.

  5. Вперше показано, що розшарування випромінюючих добавок в дузі МГЛ має місце для елементів з невеликою атомною вагою і високим ступенем іонізації. Характер розшарування залежить від концентрації легкоіонізованих елементів і не залежить від стану пару добавок (насиченого чи ненасиченого), а також від місця розташування конденсату.

  6. Вперше отримані експериментальні залежності світлотехнічних та теплових характеристик пальників МГЛ з йодидами Na, Tl, In та Na, Sc від ряду параметрів: питомих потужностей дуги, розмірів розрядної трубки і її положенні у просторі, тиску наповнюючих компонентів, режиму живлення та визначено їх взаємовплив.

  7. Вперше отримані експериментальні залежності між геометричними розмірами пальника (довжиною дуги і діаметром трубки) та кількістю ртуті в пальнику, при якій забезпечується стабільність дуги МГЛ.

  8. Обґрунтовано можливість підвищення корисного терміну роботи та стабільності світлотехнічних параметрів МГЛ в комплекті з індуктивними баластами за рахунок вибору відношення напруги на лампі (Uл) до напруги мережі живлення (Uм) в інтервалі значень Uл/Uм0,450,03 і використання Uм=380 В, замість традиційних значень для МГЛ потужністю 250-700 Вт Uл/Uм0,610,03 і Uм=220 В.

    Електрична мережа (мережа живлення, електромережа) - взаємозв'язана мережа, призначена для постачання та розподілу електричної енергії від постачальників до кінцевих споживачів. Вона складається з генеруючих станцій, високовольтних ліній електропередач та розподільчих ліній, які доставляють енергію до розподільчих пристроїв підстанцій, ввідних пристроїв, ввідно-розподільчих пристроїв, та головних розподільчих щитів.



  9. Вдосконалена математична модель розподілу густини насичених парів ртуті в розрядній лампі низького тиску при зміні теплового режиму колби лампи, яка враховує час випаровування краплин ртуті, що дозволило обґрунтувати метод неруйнівного контролю кількості ртуті в лампі, точніше розраховувати час стабілізації світлових та електричних параметрів при зміні теплового режиму колб ламп, та час заповнення парами ртуті колб при дозуванні ртуті в лампу в процесі виробництва.

  10. Вдосконалено метод оцінки екологічності джерел світла на основі порівняння викидів шкідливих речовин при генеруванні одиниці світлової енергії з врахуванням викидів при виробництві та утилізації ламп.

    Світлови́й поті́к - кількісна характеристика випромінювання, яке випромінюється джерелом світла. Одиниця вимірювання СІ: люмен.




Практичне значення отриманих результатів. Ґрунтуючись на результатах виконаних експериментальних досліджень, теоретичних узагальнень та розробок вирішена проблема, яка має важливе народногосподарське значення:

  1. Вдосконалено метод оцінки повної енергетичної ефективності ламп з врахуванням світлової віддачі, терміну роботи лампи, втрат в ПРА, стабільності світлового потоку лампи в світловому приладі та ККД світлового приладу для цих ламп.

  2. На основі виконаних досліджень розроблені конструкції та технології виготовлення серій безртутних натрієвих ламп високого тиску потужністю 35-100 Вт, натрієвих ламп високого тиску потужністю 70-400 Вт, в тому числі з вмонтованими запалюючими пристроями потужністю 250-400 Вт, металогалогенних ламп потужністю 300-700 Вт, галогенних ламп розжарювання низької напруги потужністю 20-60 Вт та люмінесцентних ламп низького тиску в колбах діаметром 32 мм потужністю 20-40 Вт.

    Галогенна лампа - лампа розжарення, в балон якої додано буферний газ: пару галогенів (брому або йоду). Це підвищує тривалість життя лампи до 2000-4000 годин, і дозволяє підвищити температуру спіралі. При цьому робоча температура спіралі становить приблизно 3000 К.



  3. Розроблено вдосконалені технологічні процеси та обладнання для виробництва енергоекономічних джерел світла: спосіб та обладнання для виготовлення електродів малопотужних розрядних ламп високого тиску;

    Технологі́чний проце́с - це впорядкована послідовність взаємопов'язаних дій та операцій, що виконуються над початковими даними до отримання необхідного результату.

    серію дозаторів для введення ртуті в лампи; обладнання для виготовлення тіл розжарювання компактних галогенних ламп. Розробки захищені патентами України, СРСР та РФ.

  4. Розроблені технологічні процеси утилізації ртутних та натрієвих ламп, регенерації матеріалів та переробки відходів електролампового виробництва. Технічні рішення захищені патентами України, СРСР та РФ.

  5. Розроблені неруйнівні методи контролю в ртутних лампах та вдосконалений метод випробування натрієвих ламп високого тиску. Розробки захищені авторськими свідоцтвами та патентами СРСР, України та РФ.

    А́вторське свідо́цтво - документ, що засвідчує юридичне право автора. Найбільшого розповсюдження набуло у СРСР.



  6. Розроблені люмінофорні суспензії для розрядних ламп, які виключають застосування токсичних та пожежонебезпечних речовин, та знижують собівартість виробництва. Розробки захищені авторськими свідоцтвами та патентами СРСР та РФ.

  7. Створені вдосконалені конструкції стартерів для запалювання розряду в енергоекономічних лампах. Розробки захищені авторськими свідоцтвами та патентами СРСР та РФ.

  8. Вдосконалені конструкції пальників НЛВТ з допоміжним запалюючим електродом, виконаним шляхом металізації полікору та з трубчатим вводом у вигляді скрученої гільзи. Розробки захищені авторськими свідоцтвами та патентами СРСР та РФ.

  9. Вдосконалений спосіб отримання металізованого струмопровідного покриття на полікорових розрядних трубках шляхом введення в попередньо-спечену кераміку із Al2O3 водноаміачного розчину вольфрамату амонію з послідуючим кінцевим відпалом в атмосфері водню при температурі 1860 оС. Металізоване покриття має високу адгезію до полікору і забезпечує ефективну роботу в якості допоміжних електродів в НЛВТ. Спосіб захищений патентом СРСР.

10. Розроблений неруйнівний спосіб визначення кількості ртуті в люмінесцентних лампах, оснований на залежності електричного опору (при зміні температури колби) від кількості ртуті в лампі.

11. Розроблені основні положення концепції розвитку енергоекономічної світлотехніки в Україні.

Результати досліджень, виконаних в рамках дисертації, використані при виконанні науково-дослідних, дослідно-конструкторських та технологічних робіт Українським науково-дослідним інститутом джерел світла, ВАТ “Полтавський завод газорозрядних ламп” та іншими спеціалізованими підприємствами. Впровадження результатів робіт, виконаних в рамках дисертації, підтверджено відповідними актами, що наведені в додатку до дисертації. Матеріали досліджень використовуються в навчальному процесі на кафедрі світлотехніки та джерел світла в ХНАМГ.

  1   2   3   4



  • Постанови Кабінету Міністрів України
  • Мета і задачі дослідження.
  • Об’єктом дослідження
  • Методи дослідження.
  • Наукова новизна отриманих результатів
  • Практичне значення отриманих результатів.