Светодиодный шахтный светильник индивидуального пользования

© Ю.В. Шувалов, С.Н. Полтарыхин, В.Л. Фелоров, А.Н. Хололилов, 2003

Ю.В. Шувалов, С.Н. Полтарыхин, В.Л. Фелоров,

А.Н. Хололилов

СВЕТОАИОАНЫЙ ШАХТНЫЙ СВЕТИЛЬНИК ИНЛИВИЛУАЛЬНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ

Головные шахтные светильники являются обязательным элементом экипировки горнорабочих, занятых в разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом. От качества технических характеристик светильников во многом зависит безопасность и производительность труда на рабочем месте.

Совершенствование индивидуального осветительного оборудования происходило в течение длительного времени и имело несколько этапов: от лучины, газовой лампы, керосиновой лампы Дэви до современных светильников с лампой накаливания в качестве источника света.

Известны недостатки светильников с лампой накаливания, обусловленные прежде всего самим источником света:

• низкий ресурс службы лампы накаливания;

• высокое энергопотребление и, как следствие этого, большие габариты и масса ис-

точника питания;

• большие пусковые токи и отсутствие самоограничения тока лампы накаливания требуют применения специальных электронных схем защиты;

• неравномерность освещенности рабочего места;

• малое время освещения в аварийном режиме.

Бурное развитие высоких технологий в конце 20 века привело к созданию принципиально новых высокоэффективных источников света - полупроводниковых светодиодов. Именно эти приборы легли в основу шахтного светильника индивидуального пользования нового поколения, разработанного в Санкт-Петербургском Горном институте и защищенного патентом РФ № 2187039.

Новое техническое решение заключается в замене лампы накаливания матрицей светодиодов, излучающих белый свет близкий по спектральному составу к дневному свету со свето-

вым потоком больше 1 люмена для каждого светодиода. Количество светодиодов и геометрия матрицы определяется конструктивом фары, а также требованиями к необходимой освещенности рабочего места и углу расходимости светового пучка.

Формирование светового потока светильника осуществляется с помощью светоизлучающих ячеек, содержащих каждая светодиод, линзу, составляющую единое целое с окном, и параболический отражатель, являющийся элементом конструкции матрицы (см. рис.). Такой способ позволяет получить направленный пучок света при минимальных размерах источника света.

Надо заметить, что в технических условиях на ламповые светильники вместо величины освещенности нормируется величина светового потока. На наш взгляд, световой поток не является лучшей светотехнической характеристикой индивидуального осветительного оборудования, так как оно применяется для локального освещения. В этом случае удобно сравнивать различные светильники по создаваемой ими освещенности.

Задача электрического питания светодиодов решается достаточно просто. Так как светодиод является токовым прибором, то для подключения его к источнику питания требуется только резистор. При этом обеспечивается высокий коэффициент использования светодиодами электрической энергии, отдаваемой аккумуляторами во внешнюю цепь. Современные качественные светодиоды, излучающие белый свет, имеют прямое напряжение падения 3,2...3,3. В при номинальном токе 20 мА. Это обстоятельство позволяет обойтись без дорогостоящих схем электрического питания светодиодов, од-

Источник света светодиодного светильника: 1 - матрица светодиодов,

2 - печатная плата, 3 - светодиод, 4 -прозрачное окно, 5 - параболический отражатель, 6 - балластный резистор, 7 - линза, 8 - корпус фары, 9 - гайка, 10 - герметизирующая прокладка, 11 - излучающий центр светодиода

нако, накладывает требование на идентичность параметра светодиодов, используемых в светильнике, по прямому напряжению падения.

Сравнительные характеристики светодиодного светильника:

• обеспечена конструктивная преемственность;

• энергопотребление понижено на 60% (1,3 Вт при рабочем токе 0,4 А);

• освещенность повышена

на 50% (300 лк на расстоянии 1

м, угол излучения 120);

• существенно повышена надежность излучателя благодаря параллельному независимому включению светодиодов (выход

из строя одного и даже нескольких светодиодов не приводит к отказу светильника);

• в пределах светового пучка обеспечивается весьма однородная освещенность экрана (световое пятно белого цвета с легким сиреневым оттенком);

• повышена взрывобезо-пасность светильника и увеличен срок эксплуатации аккумуляторной батареи (коммутационные токи уменьшены на порядок);

• реализован принцип ограничения энергопотребления при наступлении глубокой разрядки аккумуляторной батареи (в аварийной ситуации светильник обес-

печивает приемлемую освещенность в течение нескольких суток);

• стоимость наиболее дорогих элементов светильника -белых светодиодов может быть компенсирована меньшей емкостью аккумуляторной батареи и, следовательно, меньшей массой источника питания.

Разработка Санкт-Петербургского Горного института получила международное признание. На 51- ом Всемирном салоне инноваций, научных разработок и новых технологий “Брюссель -Эврика - 2002” светильник отмечен золотой медалью.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Шувалов Ю.В. , Полтарыхин С.Н. , Федоров В.Л. , Холодилов А.Н. - Санкт-Петербургский государственный горный институт.

© В. И. Самуся, Ю.И. Оксень, 2003

УАК 622.4

В.И. Самуся, Ю.И. Оксень

О КОНЦЕПЦИЯХ УЧЕТА ВЛАЖНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫРАБОТОК ПРИ ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТАХ ШАХТ

Одним из ключевых моментов в тепловых расчетах шахт является учет массообменных процессов, протекающих в горных выработках.

В настоящее время в странах СНГ наибольшее распространение получили методы расчета температурного режима, основывающиеся на заданных законах изменения влажности воздуха в выработках [1]. Согласно этим методам, тепловой поток, поступающий в вентиляционную струю из горного массива, рассчитывается в предположении, что массив и стенки выработки являются сухими. Влияние массообменных процессов учитывается косвенно, путем задания изменения относительной влажности воздуха, которое, собственно, и устанавливает, какая часть тепла, воспринимаемого вентиляционной струей пойдет на изменение температуры воздуха, а какая - на изменение влажности. Поскольку предсказать истинное распределение относительной

влажности воздуха в выработках сложно, результаты расчета температуры в значительной мере отягощаются погрешностью субъективного характера. А то, что эти методы заняли в практике тепловых расчетов шахт ведущее место, объясняется небольшими колебаниями значений относительной влажности воздуха в исходящих струях (в среднем от 0,85 до 0,95), вследствие чего погрешность результатов расчетов, вызываемая этим фактором, является сравнимой с погрешностью от других исходных данных и во многих случаях удовлетворительной.

Существуют, однако, задачи, решение которых требует более строгих подходов. К ним относятся, например, задачи управления микроклиматом шахт, состоящие в выяснении влияния тех или иных управляющих воздействий (изменения расхода воздуха, тепловыделений в выработках, их сечения, начальной температуры и влажности воздуха и др.), на тепловой режим выработок. Методы решения этих задач должны использовать только лишь такие исходные величины, которые характеризуют условия протекания процессов тепломассообмена, а не их результат, каковым является изменение относительной влажности воздуха, так как только в этом случае можно получить объективную оценку изменения микроклимата выработок при изменении условий