Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Дисертаційні роботи України
Технічні науки
Світлотехніка та джерела світла

Диссертационная работа:

375. Кожушко Григорій Мефодійович. Енергоекономічні джерела світла: шляхи підвищення світлової ефективності та екологічності: дис... д-ра техн. наук: 05.09.07 / Харківська національна академія міського господарства. - Х., 2004. , табл.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальність теми. Генерування штучного світла є одним із найбільш важливих досягнень людства. 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. 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. 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%. 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. 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.

Зв’язок 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. №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 02.05.04/035), 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.

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.

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

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.

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.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).

  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.

  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.

  1. 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.

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.

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

  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.

Особистий внесок здобувача. Основні положення та результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. В роботах, виконаних у співавторстві автору належить: в [2, 5, 25, 26] – ідея, загальна постановка робіт, аналіз результатів, висновки; в [3, 9, 14] – експериментальні дослідження, побудова математичної моделі, виведення основних математичних співвідношень, висновки; в [4, 19] – загальна постановка робіт, метод оцінки екологічності джерел світла, поняття коефіцієнту екологічності, аналіз екологічності ламп; в [7,51, 52, 34] – ідея, експериментальні дослідження, аналіз результатів і висновки; в [12, 15, 17, 35] – методика досліджень, експериментальні дослідження, аналіз результатів та висновки; в [16, 41] – ідея, розробка структурних схем установок, алгоритм вимірювання та керування; в [29, 30] – методика випробування, оцінка точності, аналіз результатів; в [33, 37, 38] – ідея, розрахунки конструкції та випробування; в [39, 40, 42-45] – постановка задачі, сформульовані шляхи підвищення екологічної безпеки виробництва розрядних ламп, запропоновані схеми утилізації відходів електролампового виробництва; в [47-50, 63, 64] – розробка моделей, розрахунки конструкцій та випробування технічних пристроїв; в [57, 59, 60] – програма досліджень, дослідження, аналіз результатів та висновки [31, 32] – ідея, постановка задачі.

Всі наукові положення, винесені на захист, і висновки за дисертацією належать авторові. Із публікацій у співавторстві в дисертації використано результати, які одержані здобувачем самостійно.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались на Всесоюзному науково-технічному симпозіумі по газорозрядних джерелах світла (м. Полтава, 1991 р.); І-й Міжнародній світлотехнічній конференції (м. Санкт-Петербург, 1993 р.); ІІ-й Міжнародній світлотехнічній конференції (м. Суздаль, 1995 р.); науково-технічній конференції “Ртутная опасность ХХ века” (м. Санкт-Петербург, 1992 р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Світлотехніка-95” (м. Тернопіль, 1995 р.); ІІ-й конференції Українського вакуумного товариства та науково-практичній конференції “Вакуумная техника и вакуумные технологии” (м. Харків, 1995 р.); Всесоюзній науково-технічній нараді “Состояние разработок и производства газоразрядных источников света, пути их дальнейшего совершенствования” (м. Полтава, 1982 р.); ІІІ-й Міжнародній науково-технічній конференції “Контроль и управление в технических системах” (м. Вінниця, 1996 р.); Міжнародній світлотехнічній конференції “Светотехника на рубеже веков: достижение и перспективы” (м. Вологда, 19-22 червня 2000 р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми створення нових машин і технологій (м. Кременчук, травень 2001 р.); І міжнародній науково-технічній конференції “Физические и технические проблемы светотехники и электроники” (м. Харків, 21-23 травня 2003 р.), конференціях та семінарах Полтавського національного технічного університету ім. Ю. Кондратюка; Харківської державної академії міського господарства.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 64 праці, у тому числі 34 статті, отримано 30 авторських свідоцтв та патентів, а також опубліковано 35 тез доповідей на науково-технічних конференціях, симпозіумах та семінарах.

Подобные работы
Велит Ірина Анатоліївна
Підвищення енергетичної ефективності та екологічної безпеки високоінтенсивних джерел світла для вирощування овочів в умовах закритого грунту
Кришталь Віра Сергіївна
Моделювання освітлювальних установок зі світлодіодними джерелами світла
Гуракова Лариса Дмитрівна
Розробка методик неруйнівного контролю якості джерел світла масового використання
Паздрій Ігор Ростиславович
Визначення електричних характеристик високоінтенсивних джерел світла в аномальних режимах роботи та запобігання їх виникненню
Кондратюк Ольга Юріївна
Підвищення надійності установок зовнішнього освітлення шляхом вдосконалення конструкції та технології виготовлення апаратів захисту
Мисюк Юлія Петрівна
Підвищення ефективності внутрішнього штучного освітлення в умовах виробництва
Саприка Олександр Вікторович
Підвищення ефективності роботи розрядних ламп у ступінчастому режимі
Андрійчук Володимир Андрійович
Науково-технічні основи підвищення ефективності опромінювальних установок для світлокультури рослин
Харченко Віктор Федорович
Основи енергозбереження та ефективності в системах освітлення міст
Костик Любов Миколаївна
Моделювання опромінювальних установок для світлокультури рослин та оцінка їх ефективності

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net