СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК

Полезная модель относится к непереносным осветительным устройствам, более конкретно, к светодиодным светильникам повышенной степени защищенности и может найти применение для организации системы освещения днища подвижного состава при проведении ремонтных работ в отстойно-ремонтном корпусе метрополитена в условиях высокой влажности, при наличии пыли, масел, грязи или возможных механических, в том числе, ударных нагрузок на светильник. Светильники повышенной степени защищенности могут использоваться при проведении работ в ремонтных мастерских, на автомойках, при строительстве линий метрополитена, для освещения подземных переходов, охранных зон закрытого типа и др.
Широко известны светильники, в которых источниками света являются электрические лампы накаливания и газоразрядные люминесцентные лампы. Срок службы, эксплуатационная надежность и световая отдача ламп накаливания сравнительно невелики. К примеру, ударные нагрузки или кратковременное включение лампы накаливания на напряжение, превышающее номинальное на 15%, выводит ее из строя, поэтому лампы накаливания должны устанавливаться в местах, защищенных от внешних воздействий и обеспечивающих легкость их замены (см. Гуторов М.М., Основы светотехники и источники света, М., 1968).
Подавляющее количество выпускаемых газоразрядных люминесцентных ламп содержит стекляную цилиндрическую колбу, содержащую инертный газ с небольшим количеством ртути. Светильник с люминесцентной лампой снабжен элементами электрической схемы, рассеивателем, средствами крепления рассеивателя к корпусу и ламповыми патронами для удержания лампы в рабочем положении. Светоотдача люминисцентных ламп выше, чем у ламп накаливания, но для них существует опасность случайного разрушении хрупкого тонкостенного корпуса, при котором находящаяся в нем ртуть может оказаться в рабочем помещении (см. Айзенберг Ю.Б., Ефимкина В.Ф., Осветительные приборы с люминесцентными лампами, М., 1968; Трембач В.В., Световые приборы, М., 1972).
Современный светильник, используемый для наружного освещения, освещения помещений или для создания повышенной освещенности на рабочей поверхности в указанных условиях должен отвечать комплексу светотехнических, технико-экономических и монтажно-эксплуатационных требований, а также быть безопасным и надежным в работе. В значительной степени указанным условиям могут отвечать светильники со светодиодными излучателями.
Известен светодиодный светильник, содержащий корпус, рассеиватель света, герметизированный ввод для питающего электропровода, стабилизаторы тока, плату светодиодов и арматуру для крепления корпуса на опорной поверхности (см. патент РФ №2467246, опублик. 20.11.2012, бюл. №32).
Особенностью известного светодиодного светильника является то, что он содержит корпус с задней, передней и боковыми стенками, закрепленные на корпусе рассеиватель света, торцовые крышки и заглушку, установленную в крышке, в заглушке выполнен герметизированный ввод, в котором расположен питающий электропровод, корпус выполнен алюминиевым цельнотянутым с центральной цилиндрической полостью, боковыми полостями и расположенной за пределами передней стенки корпуса передней полостью, закрытой спереди рассеивателем света, в крышке корпуса выполнен второй герметизированный ввод с зафиксированной в нем второй ветвью питающего электропровода, соединенной со стабилизаторами тока и светодиодами, на задней стенке корпуса вдоль него выполнены сквозные пазы под элементы крепления светильника, на лицевой стороне корпуса по его периметру выполнен замкнутый паз, в котором зафиксирован рассеиватель, в боковых полостях корпуса между задней и передней стенками расположены платы стабилизаторов тока, между рассеивателем и передней стенкой корпуса расположена плата светодиодов.
Известный светильник имеет сравнительно большие габариты по сечению и предназначен, преимущественно, для использования в качестве средства наружного освещения с возможностью крепления на трубчатой опоре или, с помощью пазов в корпусе, на стенах зданий. Разработка и создание известного светильника связаны, в том числе, с использованием высокотехнологичного дорогостоящего промышленного оборудования для изготовления конструктивно сложного корпуса из алюмиевого цельнотянутого профиля с центральной цилиндрической полостью, что повышает стоимость и трудоемкость изготовления светильника.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является светодиодный светильник, содержащий корпус, рассеиватель света, герметизированный ввод для питающего электропровода, по крайней мере, одну печатную плату для светодиодов, теплоотводящие элементы, блок питания и средства для крепления корпуса на опорной поверхности (см. патент РФ №2367842, опублик. 20.09.2009, бюл. №26).
Особенностью известного светового прибора на светодиодах является то, что печатная плата имеет сквозные отверстия, средства для отвода тепла от светодиодов выполнены в виде сплошной теплоотводящей пластины из теплопроводного материала, расположенной по отношению к выходному отверстию корпуса после печатной платы, корпуса светодиодов имеют основания, выполненные из теплопроводного материала, светодиоды, печатная плата и теплоотводящая пластина установлены таким образом, что корпуса светодиодов проходят через отверстия в печатной плате, а основания корпусов светодиодов прилегают к поверхности теплоотводящей пластины, которая является основанием корпуса светового прибора, помещаемым на опорной поверхности, причем на поверхность основания корпусов светодиодов может быть нанесен слой теплопроводного адгезива.
Известный светодиодный светильник предназначен, преимущественно, для использования в качестве средства наружного освещения при неподвижном креплении на плоских стенах зданий и сооружений. Данный светильник сравнительно сложно или невозможно использовать для создания регулируемой освещенности на отдельных участках рабочей поверхности, в частности, при освещении днища подвижного состава. При проведении ремонтных работ в отстойно-ремонтном корпусе метрополитена указанный светильник также может подвергаться воздействию значительных механических, в том числе, ударных нагрузок. Вследствие низкой механической прочности корпуса это может привести к выходу светильника из строя или его разрушению. К недостаткам известного светодиодного светильника следует отнести и сравнительно сложную конструкцию его печатной платы, снабженную многочисленными отверстиями для размещения в них корпусов светодиодов с высоким тепловыделением.
Решаемой задачей предложенной полезной модели является создание технологичного в изготовлении и сравнительно простого в эксплуатации светодиодного светильника для организации повышенной освещенности днища подвижного состава при проведении ремонтных работ в отстойно-ремонтном корпусе метрополитена в условиях наличия в ремонтной канаве влаги, масел, грязи, а также возможных механических нагрузок на светильник.
Техническим результатом полезной модели является устранение недостатков известных технических решений, упрощение конструкции герметичного корпуса светодиодного светильника с поворотным узлом для изменения направления светового потока, улучшение тепловых условий работы множества светодиодов, а также повышение надежности и безопасности эксплуатации светильника, в том числе, за счет увеличения механической прочности светильника при сохранении его основных функциональных показателей.
Указанный технический результат достигается тем, что в светодиодном светильнике, содержащем корпус, рассеиватель света, герметизированный ввод для питающего электропровода, по крайней мере, одну печатную плату для светодиодов, теплоотводящие элементы, блок питания и средства для крепления корпуса на опорной поверхности, согласно полезной модели, корпус выполнен в форме цельнометаллического протяженного короба, снабженного отбортовками по периметру и кронштейнами на боковых частях для герметичного соединения посредством съемных скоб с крышкой, оснащенной рассеивателем света, за которым, преимущественно, в одной плоскости размещены протяженные печатные платы с установленными на металлизированных участках группами светодиодов, каждый из которых расположен в вершине тупого угла треугольника, образованного данным светодиодом и кромками крышки, оснащенной рассеивателем света, в ее поперечном сечении, а нижняя поверхность печатных плат контактирует через первый теплоотводящий элемент прямоугольного сечения со вторым теплоотводящим элементом в виде пластины, изогнутой по форме стенок короба и закрепленной на его днище, причем средства для крепления корпуса на опорной поверхности включают кронштейны, неподвижно закрепленные на днище короба и шарнирно соединенные с ними кронштейны, закрепленные на опорной поверхности с возможностью изменения направления потока излучения от светодиодов на объекты освещения.
Кроме того, цельнометаллический протяженный короб может быть выполнен из листовой стали с поперечным сечением в форме прямоугольника, трапеции, части окружности или овала, рассеиватель света может быть выполнен в виде пластины из поликарбоната, защищенной снаружи стальной проволочной сеткой, первый теплоотводящий элемент может быть выполнен в виде трубки прямоугольного сечения из алюминиевого сплава, а второй теплоотводящий элемент - из тонкостенного стального листа.
Такое выполнение полезной модели решает задачу создания технологичного в изготовлении и удобного в эксплуатации светодиодного светильника для эффективного освещения днища подвижного состава при проведении ремонтных работ в условиях вредных внешних воздействий. Достигаемый технический результат полезной модели состоит в устранении недостатков известных технических решений, упрощении конструкции прочного герметичного корпуса светильника с поворотным узлом для изменения направления светового потока, а также в улучшении тепловых условий работы множества светодиодов за счет эффективного теплоотвода через первый и второй теплоотводящий элементы упомянутой формы. Указанное выполнение светодиодного светильника повышает его надежность в тяжелых условиях эксплуатации.
На фиг.1, 2 представлены поперечное и продольное сечения конкретного варианта выполнения светодиодного светильника, на фиг.3 показана схема размещения светодиодных светильников в системе освещения днища подвижного состава при проведении ремонтных работ в отстойно-ремонтном корпусе метрополитена.
Светодиодный светильник (фиг.1) содержит корпус в форме цельнометаллического протяженного короба 1, рассеиватель света 2, герметизированный ввод 3 для питающего электропровода, две печатные платы 4 для светодиодов 5, теплоотводящие элементы 6, 7 и средства для крепления корпуса на опорной поверхности (на фиг.1, 2 не показана). Протяженный короб 1 длиной около 1300 мм выполнен из листовой стали толщиной 1,6 мм с поперечным сечением в форме трапеции шириной около 90 мм и высотой около 50 мм. Короб 1 снабжен отбортовками шириной 10 мм по периметру и кронштейнами 8 на боковых частях для герметичного соединения через прокладку (не показана) посредством съемных скоб 9 с крышкой 10, оснащенной рассеивателем света 2. За рассеивателем света 2 внутри корпуса в одной плоскости размещены две протяженные печатные платы 4 с установленными на металлизированных участках двумя группами светодиодов 5 в количестве 240 шт в каждой группе (суммарно 480 шт). Каждый из светодиодов расположен на расстоянии от рассеивателя света 2 в вершине тупого угла треугольника, образованного данным светодиодом и кромками крышки 10, оснащенной рассеивателем света 2 в ее поперечном сечении. При разработке и создании преложенного светодиодного светильника использовались светоизлучающие диоды Samsung, Epistar, обладающие сравнительно высокими значениями плотности излучения и к.п.д.
Нижняя поверхность каждой печатной платы 4 контактирует через слой теплопроводящей пасты (не показан) с первым теплоотводящим элементом 6, выполненным в виде трубки прямоугольного сечения размером 10×20 мм из алюминиевого сплава, и далее со вторым теплоотводящим элементом 7 в виде тонкой стальной пластины, изогнутой по форме стенок короба 1 и закрепленной на его днище с помощью проставки 11. Средства для крепления корпуса на опорной поверхности включают два кронштейна 12, неподвижно закрепленных на днище по концам короба 1 и шарнирно соединенные с ними, с помощью болтов с фиксаторами 13, кронштейны 14, предназначенные для закрепления на опорной поверхности с возможностью изменения направления потока излучения от светодиодов 5 на объекты освещения. На фиг.1 поз.15 обозначены изолированные проводники для соединения блока питания (на фиг.1 не показан) с токовыводами светодиодов 5 на печатных платах 4.
В соответствии с общим замыслом полезной модели цельнометаллический протяженный короб 1 корпуса светильника может быть выполнен из листовой стали иной толщины с поперечным сечением в форме прямоугольника, части окружности или овала, что также обеспечивает высокую прочность и вандалозащищенность корпуса светильника. Рассеиватель света 2, как было указано, может быть выполнен в виде пластины из импортного светотехнического поликарбоната или иного рассеивающего свет прозрачного или полупрозрачного материала с матовым или призматическим характером рассеивания света. Рассеиватель из светотехнического поликарбоната толщиной 4 мм и более выполняет роль защитного стекла, имеет высокую светопропускаемость, обеспечивает равномерное освещение при отсутствии слепящего эффекта, а также не дает резкой границы тени. Для дополнительной защиты рассеивателя света можно также предусмотреть устанавливаемую снаружи съемную стальную проволочную сетку или решетку (не показана).
На фиг.2 изображены две печатные платы 4 с расположенными на них четырьмя линейными группами светодиодов 5, а также первый и второй теплоотводящие элементы 6, 7. В сечении на фиг.2 также показано расположение блока питания 16 внутри корпуса светильника и герметизированного ввода 3 для входного питающего электропровода. Возможен также вариант размещения блока питания светодиодов вне корпуса светильника (не показано), при этом выносной блок питания дает дополнительное удобство в случае перевода электроснабжения смотровых канав на низкое напряжение, например, 36 В. Блок питания 16 светодиодов 5 может быть снабжен интегральными стабилизаторами тока, обеспечивающими повышенную надежность работы светодиодов в широком диапазоне температур при минимальной пульсации светового потока.
На фиг.3 показана схема размещения светодиодных светильников 17 на стенках ремонтной канавы 18 для организации системы освещения агрегатов 19 днища подвижного состава 20 при проведении ремонтных работ в отстойно-ремонтном корпусе метрополитена. На фиг.3 показаны кронштейны 14, закрепленные на стенке ремонтной канавы 18, поз.21 и 22 обозначены рельсы и колесная пара подвижного состава 20.
Светодиодный светильник функционирует следующим образом.
Светодиодные светильники монтируют (фиг.3) путем крепления кронштейнов 14 в предусмотренных нишах на поверхности стенок ремонтной канавы 18 для организации системы освещения днища подвижного состава 20 при проведении ремонтных работ в отстойно-ремонтном корпусе метрополитена. При этом светодиодный светильник 17 устанавливают по горизонту и регулируют по углу наклона относительно поверхности стен ремонтной канавы 18 таким образом, чтобы крышка 10, оснащенная рассеивателем света 2, была направлена, преимущественно, на необходимые агрегаты 19 на днище подвижного состава 20.
Подключение питания к светильникам производится через герметичный сальниковый ввод 3 кабелем в силиконовой термостойкой изоляции. При включении светодиодного светильника напряжение от внешней сети подается через указанный герметизированный ввод 3 и питающий электропровод на вход блока питания 16 (фиг.2), который формирует на выходе необходимые значения напряжений для питания указанных групп светодиодов 5. При этом каждый из светодиодов 5 излучает свет с заданными характеристиками в пределах границ тупого угла треугольника, образованного данным светодиодом и кромками крышки 10. При проведении ремонтных работ в указанных выше условиях рассеиватель света 2 обеспечивает необходимое перераспределение в пространстве светового потока и защиту глаз от слепящего действия светодиодных излучателей света. В зависимости от характеристик светодиодов 5 и свойств рассеивателя света 2 возможно изменять интенсивность, спектральный состав и другие характеристики светового потока, используемого для организации эффективной системы освещения днища подвижного состава 20 при проведении ремонтных работ в отстойно-ремонтном корпусе метрополитена.
Тепло, выделяемое при работе светодиодов 5 передается за счет последовательной теплопередачи через первый теплоотводящий элемент 6 прямоугольного сечения к второму теплоотводящему элементу 7 в виде изогнутой пластины и затем к массивному металлическому коробу 1. При этом выделяемое светодиодами 5 тепло рассеивается за счет нагрева указанных деталей светильника и внешней среды. Благодаря эффективному теплоотводу и рассеянию отводимого тепла обеспечиваются благоприятные тепловые условия работы светодиодов 5, что положительно сказывается на световых характеристиках светильника.
Предложенный ЗАО «Энергетические проекты» светодиодный светильник разработан с учетом рекомендаций Московского Метрополитена по заказу электродепо «Варшавское». Изготовленные опытные образцы светодиодного светильника показали высокие надежность, работоспособность и эффективность при натурных испытаниях в системе освещения смотровых ремонтных канав в отстойно-ремонтном корпусе метрополитена. Основные технические характеристики предложенного светодиодного светильника (модель ЭСЛА Пром-Н-32/220-480Н-П-1Р67): потребляемая мощность - 32 Вт, световой поток - 3250 Лм, ресурс светодиодов - 50 000 часов, индекс цветопередачи не менее 75 Ra, срок службы светильников не менее 10 лет.
Сравнительные результаты испытаний предложенного светодиодного светильник показали высокий уровень освещения на днище подвижного состава - 330 Лк (по имеющимся требованиям - не менее 200 Лк), пульсация освещения в пределах 0,3-0,4% (требование - не более 3%), cosφ - 0,97 (требование - не менее 0,97). Испытания также показали, что предложенный светодиодный светильник имеет диапазон рабочих температур от -40 до +50°С, при этом обладает виброустойчивостью, имеет повышенную механическую прочность и устойчивость к воздействию различных факторов загрязнения. По выполняемой функции предложенный светодиодный светильник значительно превосходит известные аналоги используемых стандартных накладных люминесцентных светильников серии ЛПО 2х36 и ARS/R 236.