РУДНИЧНЫЙ ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ СВЕТИЛЬНИК

РУДНИЧНЫЙ ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ СВЕТИЛЬНИК
Полезная модель относится к светотехнике, в частности к переносным аккумуляторным светильникам, лредназначенным для индивидуального освещения подземных выработок угольных шахт и рудников.
В настоящее время освещение рабочих зон в забоях обеспечивается в первую очередь индивидуальными головными светильниками, безотказная работа которых является определяющим фактором эффективности и безопасности работы в шахтах. Указанные светильники содержат световой блок, включающий источник света и светопреобразующую оптическую систему, автономный источник электропитания и соединительный кабель.
В соответствии с 1 в рудничных светильниках индивидуального пользования в качестве светопреобразующей системы используется зеркальный отражатель, в фокусе которого установлена лампа накаливания, выполненная в соответствии с требованиями
Опыт эксплуатации традиционного головного аккумуляторного светильника типа СТГ-5, выбранного в качестве прототипа 3, показывает, что его основной недостаток состоит в большом энергопотреблении источником света (т.е. рудничной лампой накаливания) и, что особенно важно, в его низкой надежности, поскольку долговечность такого источника (продолжительность горения лампы накаливания) не превосходит 200 часов. Кроме того, конструкция лампы накаливания при ее использовании в специфических условиях горных выработок не обеспечивает должной эксплуатационной надежности и, в первую очередь, устойчивость к значительным механическим воздействиям. Так, по данным наблюдений, проведенньос на шахтах Кузбасса в конце восьмидесятых годов, установлено, что в забое около 60% отказов у индивидуальных светильников приходится на источник света, причем в.условиях повышенной загазованности особую опасность
MnK:F21L 11/00
представляет разрушение колбы лампы, поскольку время снижения температуры электродов лампы до безопасного значения ( С) составляет порядка 1 секунды. Для устранения возможности взрыва рудничного газа от светящих элементов лампы накаливания применяют специальные блокирующие устройства, автоматически отключающие лампу при разрушении колбы лампы или колпака светильника, но зто существенно усложняет конструкцию светильника 4.
Следует отметить, что эксплуатационная надежность а1а умуляторного рудного светильника определяется не только надежностью источника света, но и реальным сроком службы аккумуляторной батареи при ее совместной эксплуатации с источником света (лампой накаливания). Как указано в 5 реальный срок службы аккумуляторной батареи значительно ниже гарантированного заводом-изготовителем в связи с его эксплуатацией в паре с лампой накаливания. В ряде случаев светильник не обеспечивает от одной зарядки батареи продолжительности горения, установленного «Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах, вследствие чего рабочий в шахте может оказаться без индивидуального освещения. Причина этого состоит в конструктивных особенностях аккумулятора, с одной стороны, и большой величины номинального тока основного тела накала рудничной лампы, с другой стороны. Герметичные аккумуляторы (например ) при комплектации батарей дпя рудничных светильников подбираются по емкости с пофешностью не более 5%. Однако неидентичность аккумуляторов по другим параметрам (внутреннее сопротивление, ЭДС), а также их изменение с течением времени, приводит к тому, что в процессе эксплуатации различие разрядаых параметров аккумуляторов, входящих в состав батареи достигает значительно большего значения. В результате один из аккумуляторов (имеющий наибольшее внуфеннее сопротивление) полностью разряжается раньше остальных. Напряжение на этом аккумуляторе уменьшается до 1В, и при дальнейшей работе светильника скорость уменьшения напряжения на нем резко увеличивается, он полностью разряжается, а затем переплюсовывается, т.е. становится не источником, а потребителем энергии остальных аккумуляторов. Номинальный ток основного тела накала рудничной лампы
довольно велик (он составляет порядке 1А) и, поэтому, такой режим работы батареи с номинальной емкостью 11 АгЧ может наступить при отдаче 6-8 А, т.е. в пределах одной рабочей смены. В результате переплюсовюя одного из аккумуляторов напряжение на батарее падает до 2,1-2,2 В, из-за чего резко уменьшается световая отдача лампы светильника (ее номинальное напряжение порядка 3,75 В) и даже возникает риск полного отказа светильника.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании рудничного индивидуального светильника, обладающего высокой степенью зксплуатационной надежности, за счет устранения принципальных недостатков свойственных источникам света типа ламп накаливания - большое энергопотребление, высокая рабочая температура поверхности колбы лампы, недостаточная вибро-и-ударопрочность, малый ресурс.
Указанная задача реализуется за счет специальной конструкции источника света и светопреобразующей системы. В отличие от прототипа источник света заявляемого рудничного индивидуального светильника выполнен в виде сборки светодиодов (СД). Основными преимуществами СД являются: чрезвычайно большой срок службы (более 100 тысяч часов), низкое энергопотребление (не более 50 мВт), вибро-и ударопрочность (отсутствуют хрупкие элементы) и небольшие размеры, а сила света СД может быть очень высокой, особенно если его световой поток сконцентрировать линзой в достаточно малом телесном угле.
Применительно к данной конструкции рудничного индивидуального светильника целесообразно использовать СД белого или желтого цвета, поскольку исследования ряда авторов показали, что цветность излучения не влияет на уровень видимости в запыленной атмосфере горных выработок, но при освещении глаз желтым светом слепимость (по сравнению с белым светом) уменьшается, а кроме того сокращается время темновой адаптации наступающей после ослепления, т.е. использование желтых СД даже предпочтительней, что вполне соответствует требованиям 1 в отношении офаничения блескости
рудничных индивидуальных светильников.
В соответствии с заявляемой конструкцией рудничный индивидуальный светильник содержигг источник света, выполненный в виде сборки СД, а светопреобраэующая система выполнена из GecipeTHoro оптически прозрачного материала в виде равноудаленных по отношению к СД элементарных дисковых линз, количество которых соответствует количеству СД в сборке. СД и элементарные линзы образуют элементарные пары «светодиодлинза, особенность которых состоит в том, что отические оси светодиода и линзы совпадают, а световой центр светодиода совпадает с фокусом линзы, причем геометрические параметры линзы в зависимости от типа применяемых светодиодов подбираются так, что поперечный размер световых пучков, сформированных элементарными парами «светодиод-линза, меньше порога пространственной разрешимости дпя типичных расстояний наблюдения объектов управления в условиях горных выработок.
На фиг. 1 представлена блок-схема варианта конкретного исполнения рудничного индивидуального светильника.
Светильник содержит автономный источник питания 1, соединенный гибким кабелем 2 с источником света 3, который выполнен в виде сборки СД 4, установленных на печатной плате 5. Светопреобразующий блок 6 выполнен в виде перекрывающей световое отверстие светильника пластины, на внешней поверхности которой из бесцветного оптически прозрачного материала сформированы дисковые линзы 7 по количеству СД 4 в сборке. Линзы 7 установлены относительно СД 4 так, что их оптические оси совпадают, а фокус линзы 7 совмещен со световым центром 8 СД 4. От воздействия внешней афессивной среды светооптический блок (источник света 3 и светопреобразующая система 6) защищены стеклом 9, герметично установленном в корпусе фары светильника (на фиг. не показан).
Рудничный светильник работает следующим образом. При подаче элеюропитания на СД 4 от источника 1 каждый СД 4 формирует световой пучок, который через соответствующую элементарную линзу 7 выходит во внешнее пространство.
Для обеспечения светового потока, сравнимого со световым потоком штатной рудничной лампы (до 40 лм), в данном конкретном случае используются от 5 до 7 СД типа HPWT-DLOO (США) создающих световой поток 9 лм (от KSOKpjoro СД). Источник света в виде сборки СД смонтирован в фаре типового шахтерского головного светильника типа СТГ-5, из которого удален отражатель. СД размещены по лицевой поверхности печатной платы, на противоположной поверхности которой закреплен цоколь дпя установки сборки СД в штатный патрон фары светильника.
Эксперименты показали, что использование предпагаемой светооптической схемы обеспечивает восприятие пользователем светового пятна, создаваемого светильником на типичном расстоянии наблюдения объектов управления в условиях горных выработок (свыше 0,4-0,5 м) при различной степени запыленности и водно-пылевого тумана, как однородное. Однородность светового пятна при относительно малой плотности установке СД в сборке обеспечена за счет выполнения светопреобразующей системы в виде элементарных дисковых линз, параметры и колиество которых связаны с геометрией оптической системы и пространственными параметрами излучения СД. В данном конкретном случае да1аметр каждой элементарной линзы составляет 16 мм, а радиус кривизны составляет 32 мм.
Долговечность источника света в виде сборки СД превосходит долговечность штатной рудничной лампы накаливания в 500 раз. Все СД в сборке включены параллельно, поскольку такая схема включения существенно повышает надежность источник света и исключает возможность полного отказа даже в случае частичного повреждения корпуса и светооптического блока фары светильника. Источник света в виде сборки СД допускает использование открытых СД в случае повреждения корпуса фары даже в условиях повышенной загазованности поскольку температура на поверхности СД не превосходит 50 С,
ЧТО значительно ниже установленного допустимого уровня (500 С).
тельно, выше продолжительность эксплуатации светильника от одной зарядки батареи аккумуляторов и ниже вероятность возникновения искрения в контактной фуппе, осуществляющей отключение источника света.
Отсутствие в светопреобразующей системе зеркального отражения и использование желтых СД уменьшает блесткость светильника, что особенно существенно при совместной работе фуппы пользователей.
Предполагаемое решение позволяет существенно упростить конструкцию светильника за счет отказа от блокировочных устройств, автоматически отключающих источник света при разрушении колбы рудничной лампы.
Литература:
1.ГОСТ 244471-80 «Приборы световые рудничные нормальные. Основные технические условия.
2.ТУ 16-87 ИКАФ 675250.001 ТУ «Лампы накаливания рудничные.
3.ТУ 12-48.036-78 «Светильники шахгерские головные СТГ-5, СТГ-5-1, СГД-5, СГД-5-1.
4.а.с. СССР № 1241009, МПК:Р21111/00, «Взрывобезопасный головной аккумуляторный светильник.
5.Б.А.Кузнецов и др., «О повышении надежности рудных аккумуляторных светильников, ж. «Светотехника, № 3.1987.
Директор ОАО
А.И.Кобзарь