СВЕТИЛЬНИК

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области светотехники, в частности к осветительным устройствам, и может быть использована для освещения тоннелей метрополитенов, закрытых наземных участков железных и автодорог.
Уровень техники
Использование светодиодов в осветительных устройствах в настоящее время является передовой технологией освещения в силу их большей энергоэффективности, большей надежности и более длительным сроком эксплуатации по сравнению с лампами накаливания, люминесцентными и газоразрядными лампами высокого давления. Однако, как известно, светоизлучающие диоды являются «точечными» источниками света и имеют высокую габаритную яркость, что зачастую может вызывать эффект ослепления и, как следствие, при размещении таких осветительных устройств в железнодорожных и автомобильных тоннелях увеличивает вероятность аварийных ситуаций. Габаритная яркость - средняя яркость светящей поверхности, видимой в заданном направлении. Определяется отношением силы света источника в заданном направлении к площади проекции его светящей поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению. Поэтому одной из задач при разработке осветительных устройств на мощных светодиодах является поиск дополнительных способов уменьшения их габаритной яркости и выбора оптимальной кривой силы света в зоне ограничения яркости. На сегодняшний день создание светильников для использования в тоннелях метро, обеспечивающих создание зрительного комфорта как для машинистов поездов, так и ремонтных бригад, является актуальной задачей.
Отдельные технические характеристики светильников, предназначенных для использования в тоннелях метро, связанные с физиологией световосприятия и описывающие качество осветительного прибора, регулируются специальными документами, включая ГОСТ Р 54350-2015 «Приборы осветительные. Светотехнические требования и методы испытаний».
2
В частности, в таких светильниках должен быть реализован условный защитный угол, т.е. угол в характерной плоскости, в пределах которого яркость светящей поверхности снижена до уровня, при котором светильник не оказывает слепящего воздействия. Так, габаритная яркость для промышленных светильников в зоне ограничения яркости должна быть не более 5000 кд/м. Допустимая неравномерность яркости светящей поверхности светильников со светодиодами, определяемая отношением максимальной яркости к габаритной яркости оптического прибора в зоне ограничения яркости от 0 градусов до 90 градусов, должна быть не более 10:1. Класс светораспределения светильника должен быть преимущественно прямого света, обеспечивая освещение стен тоннеля по максимально возможной части его периметра. Дополнительным требованием является формирование зоны ограничения яркости (слепимости) для машинистов поездов. Она расположена в нижней полусфере светильника в диапазоне меридиональных углов +α, измеренных со стороны движения поезда и, применяя принятые ограничения силы света для эвакуационного освещения в тоннелях, в диапазоне углов от 90 до 60 градусов, измеренных от фотометрической оси (фиг.8).
Зона ограничения яркости - часть угла излучения, в пределах которой значения габаритной и/или максимальной яркости светильника не должны превышать нормируемых значений. Характеристика применима для светильников, имеющих выходное отверстие, перекрытое рассеивателем, выполненным из светорассеивающего материала.
Традиционным подходом к снижению габаритной яркости светодиодных светильников является применение рассеивателей, которые обеспечивают пространственное перераспределение света. Рассеиватель выполняют, в частности в виде пленки из полиэтилентерефталата (ПЭТ), пластины из светотехнического поликарбоната (РС) или иного прозрачного материала, реализующего поверхностное преломление света на микрорельефе, или полупрозрачного материала с объёмным рассеянием света на частицах, находящихся в массе материала.
Из уровня техники известны различные осветительные устройства, содержащие рассеиватели.
Известно осветительное устройство (патент РФ RU2662799). Устройство содержит корпус, выполненный в виде изогнутой П-образной пластины с размещенными в одну линию на горизонтальной её стороне светодиодами, цилиндрическую светопроницаемую оболочку, замыкающую корпус. Тем самым формируется внутренняя полость. Оболочка состоит из двух слоёв: внешнего листа с наружным продольным пилообразным призматическим рифлением и внутреннего рассеивателя с поверхностным преломлением света на микрорельефе, который имеет индикатрису рассеяния без оси симметрии, но с двумя плоскостями симметрии, т.е. эллиптическую в поперечном сечении. Рассеиватель установлен так, что большая ось эллипса индикатрисы направлена вдоль призматического рифления. Внутренняя поверхность корпуса покрыта эффективно отражающим материалом, который является основным элементом процесса рассеяния. Корпус снабжен двумя крышками также со светоотражающим внутренним покрытием. Полученная оптическая система, включающая двухслойную оболочку, корпус и крышки, формирует камеру смешения, обеспечивая рассеяние света и проникновение равномерно рассеянного света через оболочку во внешнее пространство. Размеры оболочки формально не ограничены и могут обеспечить любую габаритную яркость.
Однако данное устройство по светораспределению относится к классу светильников прямого света, а также не обеспечивает создание односторонней вдоль продольной оси светильника зоны ограничения яркости. Перенаправить часть светового потока в верхнюю полусферу, используя одну линейку светодиодов, в рамках данной конструкции является затруднительным. При этом верхней полусферой считается полупространство относительно плоскости, проходящей через световой центр светильника, не содержащее оптической оси, располагаемой, как правило, перпендикулярно к этой плоскости. Термин "верхняя" соответствует ориентации оптической оси светильника в направлении надира (см. фиг.8).
Также известно осветительное устройство (патент CN103438378), содержащее стеклянный корпус, две боковые крышки, панель, выполненную в виде изогнутой пластины с установленными вдоль каждой из её граней светодиодами, пленочный рассеиватель, выполненный из материала, содержащего рассеивающие частицы, и закрепленный на внутренней поверхности корпуса. При этом используются светодиоды без люминофора с кристаллом на основе InGaN, а частицы люминофора используются в качестве частиц рассеяния, нанесенных на пленку или являющихся наполнителем материала пленки. Тем самым реализуется источник света - светодиод с удалённым люминофором. Данное устройство обеспечивает высокое качество светящей поверхности и может быть отнесено к светильникам со светораспределением преимущественно прямого света. Однако это устройство также не решает задачу создания односторонней, вдоль продольной оси светильника зоны ограничения яркости. Кроме того, изготовление источника света (светодиод с удаленным люминофором) путем перенесения люминофора со светодиода на рассеиватель увеличивает используемое количество люминофора на 2-3 порядка. Поэтому применение такого источника света экономически не оправдано.
Известен также светодиодный светильник, в котором в качестве рассеивателя используется плоский лист из прозрачного материала с выполненными на наружной стороне микрооптическими элементами в виде пирамидальных углублений или микропризм (патент RU 2551127). Размещение такой регулярной оптической системы после светодиодов позволяет сформировать зону ограничения яркости светильника в диапазоне углов от 60 до 90 градусов для всех меридиональных углов. Однако данный светильник по светораспределению также относится к классу светильников прямого света и не обеспечивает перенаправление части светового потока в верхнюю полусферу. Известный светильник не позволяет решить задачу создания односторонней - вдоль продольной оси светильника, зоны ограничения яркости.
Известен светодиодный светильник (заявка на патент US 2017/0023211A1), содержащий корпус, выполненный в виде изогнутой П-образной пластины с размещенными на её горизонтальной стороне светодиодами, боковые стенки, выполняющие роль отражателей, рассеиватель, реализующий преломление света на микрорельефе, выполненном на внешней его поверхности. Структура поверхности рассеивателя обеспечивает отклонение светового потока от оптической оси светильника.
В данном светильнике защитный угол обеспечивается боковыми стенками, изменение кривой силы света не связано с уменьшением силы света в зоне ограничения яркости и не влияет на слепящее воздействие прибора. Светильник по светораспределению относится к классу светильников прямого света.
Таким образом, все вышеописанные светильники содержат конструктивные элементы, которые способствуют частичному  решению поставленной задачи.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является светильник (патент RU198889), в конструкцию которого входит цилиндрический корпус из оптически прозрачного материала, снабженный герметизирующими крышками на его торцах, установленный в корпусе осветительный модуль, состоящий из панели с закрепленным на ней светодиодным модулем, рассеиватель с осесимметричной индикатрисой рассеяния, размещенный в корпусе со стороны светового окна светильника, выполненный из полимерного материала длиной, соответствующей длине корпуса,  источник питания с проводами внутреннего монтажа и кабелем электропитания, закрепленный на противоположной стороне панели, герметичный ввод для питающего кабеля, установленный на одной из крышек и крепежные элементы, соединяющие крышки с осветительным модулем.
Данный светильник может быть установлен в транспортных тоннелях. Наличие рассеивателя позволяет решить проблему уменьшения неравномерности яркости светящей поверхности, которой является видимая поверхность рассеивателя. Однако данный светильник относится к классу светораспределения П (прямого света) с направлением более 80% светового потока в нижнюю полусферу и не может обеспечить визуальный контроль стен тоннеля по максимально возможной части его периметра. Это необходимо для предотвращения возможных аварийных ситуаций при нарушении габаритов приближения строений, оборудования и подвижного состава внутри тоннеля.
Так как данный светильник имеет выходное отверстие, перекрытое прозрачным стеклом, то его защитный угол со стороны крышки корпуса определяется арктангенсом отношения разности диаметров корпуса и рассеивателя к удвоенной длине отверстия.  Величина защитного угла не велика и требуется применение дополнительных мер по уменьшению силы света с этой стороны. Также конструкция светильника излишне усложнена. Например, не обосновано применение развитого радиатора, т.к. основной поток передачи тепла происходит по металлическим деталям от светодиодной панели к крышкам, а не по пути светодиодная панель - радиатор - воздух - корпус стеклянный или полимерный. Результатом усложнения конструкции является увеличение времени обслуживания и ремонта светильника, и, как следствие, уменьшение надежности осветительной установки, т.к. время периодического обслуживания и восстановительного ремонта является одним из показателей эксплуатационной надежности.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка осветительного устройства для установки в тоннелях метро и закрытых наземных участках дорог, обеспечивающего создание зрительного комфорта для водителей транспортных средств при движении внутри тоннеля при повышении эксплуатационной надежности.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом полезной модели является изменение светораспределения и направление значительной части светового потока в верхнюю полусферу с изменением формы кривой силы света светильника, обеспечивающей уменьшение силы света в зоне ограничения яркости при движении транспортного средства в туннеле с продольно размещенными светильниками на его боковых стенах при упрощении конструкции светильника. Конструкция заявляемого светильника позволяет с легкостью извлекать и устанавливать светоизлучающий модуль, уменьшая время обслуживания и повышая эксплуатационную надежность светильника.
Технический результат достигается при изготовлении и использовании светильника, содержащего цилиндрический корпус из оптически прозрачного материала, который снабжен герметизирующими крышками на его торцах, и установленные в корпусе осветительный модуль, включающий панель с закрепленным на ней, по меньшей мере, одним светодиодным модулем; первый (или внутренний) рассеиватель, характеризующийся осесимметричной индикатрисой рассеяния, размещенный в корпусе со стороны светового окна светильника и выполненный из полимерного материала; источник питания с проводами внутреннего монтажа и кабелем электропитания, закрепленный на панели за светодиодным модулем; герметичный ввод для питающего кабеля, установленный на одной из крышек, и крепежные элементы для соединения герметизирующих крышек с осветительным модулем, который согласно предлагаемому техническому решению содержит второй (или внешний) рассеиватель, имеющий микрорельефную структуру, установленный внутри корпуса между первым рассеивателем и внутренней поверхностью корпуса с возможностью поверхностного преломления света на микрорельефной структуре и формированием индикатрисы рассеяния света симметричной относительно главной продольной плоскости светильника, асимметричной в экваториальной плоскости, и с расположением линии максимума индикатрисы рассеяния в главной продольной плоскости относительно фотометрической оси под углом β не менее 15 градусов, при этом первый рассеиватель выполнен из листа полимерной пленки с возможностью изгиба по окружности для размещения в цилиндрическом корпусе.
Первый (внутренний) рассеиватель выполнен из листа полимерной пленки шириной предпочтительно не более длины дуги внутренней окружности поперечного сечения корпуса и длиной, примерно равной длине корпуса.
Второй (внешний) пленочный рассеиватель выполнен в виде полосы полимерной пленки шириной предпочтительно не более длины дуги светового окна, определенной по внутренней поверхности корпуса, и длиной, примерно равной длине корпуса, и размещен на внутренней поверхности корпуса вдоль его оси так, что направление наклона линии максимума индикатрисы рассеяния света совпадает с направлением продольной оси светильника.
Внутренний и внешний рассеиватели могут быть расположены с зазором относительно друг друга или вплотную друг к другу.
Панель осветительного модуля предпочтительно выполнена в виде изогнутой в сторону оптического окна светильника пластины, имеющей, по меньшей мере, две грани (или два продольно расположенных участка поверхности), на которых закреплены светодиодные модули с возможностью формирования оптической системы с активной поверхностью, которая в поперечном сечении светильника определяется центральным углом более 180 градусов.
Панель осветительного модуля снабжена с двух противоположных торцевых сторон фланцами, выполненными с возможностью крепления к крышкам корпуса. В одном из вариантов осуществления полезной модели корпус выполнен из силикатного стекла.
Заявляемая полезная модель обеспечивает уменьшение силы света в зоне ограничения яркости за счет использования в ее конструкции первого рассеивателя объёмного рассеяния, выполненного из листа полимерной пленки шириной, предпочтительно не более длины дуги внутренней окружности поперечного сечения корпуса, и второго рассеивателя, реализующего поверхностное преломление света на микрорельефной структуре.
Кроме того, выполнение панели в виде изогнутой пластины с закрепленными на каждой из её граней светодиодными модулями обеспечивает изменение светораспределения светильника и направление значительной части светового потока в верхнюю полусферу, т.е. выше главной экваториальной плоскости светильника (фиг. 8).
Выполнение панели осветительного модуля с фланцами, взаимодействующими с крепежными элементами крышек, облегчает процедуру сборки/разборки устройства, как при изготовлении, так и проведении ремонтных работ, уменьшая время обслуживания светильника, повышая тем самым его эксплуатационную надежность. Кроме того, выполнение упомянутых элементов светильника из металлических материалов (например, из алюминия), обеспечивает отвод тепла без использования дополнительных средств.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид светильника.
На фиг. 2 представлен разнесенный сборочный чертёж варианта выполнения светильника с фиксированным расстоянием между рассеивателями (провода внутреннего электрического монтажа светильника и один узел крепления условно не показаны).
На фиг. 3 представлено поперечное сечение светильника на фиг. 2.
На фиг. 4 представлен разнесенный сборочный чертёж варианта выполнения светильника с размещением рассеивателей без зазора между ними (провода внутреннего электрического монтажа светильника и один узел крепления условно не показаны).
На фиг. 5 представлено поперечное сечение светильника на фиг. 4.
На фиг. 6 представлена схематичная реконструкция фотометрического тела светильника (с одним внутренним рассеивателем 5 без рассеивателя 6) в главных оптических осях и плоскостях, т.е. характеристика светораспределения светильника при его представлении в виде точечного излучателя, определяемая как область пространства, ограниченная поверхностью, служащей геометрическим местом концов радиус-векторов, выходящих из светового центра светильника, длина которых пропорциональна силе света в соответствующем направлении.
На фиг. 7 представлена схематичная реконструкция фотометрического тела светильника на фиг. 6 при использовании дополнительного внешнего рассеивателя 6.
На фиг. 8 условно показана половина фотометрического тела фиг. 7, разделенная главной продольной плоскостью светильника.
Позициями на фиг. 1-8 обозначены:
1 - корпус, 2 - крышка, 3 - модуль осветительный, 4 - блок питания, 5 - рассеиватель внутренний, 6 - рассеиватель внешний, 7 - узел крепления светильника, 8 - ввод кабеля герметичный, 9 - прокладка уплотнительная, 10 - панель, 11 - фланец, 12 - светодиодный модуль, 13 - гнездо резьбовое, 14 - кабель, 15 - винт, 16 - хомут, 17 - прокладка, 18 - комплект болтовой, 19 - риска на крышке, 20 - риска на корпусе, 21 - шкала угловая, 22 - главная продольная плоскость светильника, 23 - главная поперечная плоскость светильника, 24 - экваториальная плоскость светильника, 25 - продольная ось светильника, 26 - фотометрическая (оптическая) ось светильника, 27 - линия максимума индикатрисы рассеяния света, 28 - зона ограничения яркости.
Осуществление полезной модели
Предлагаемый светильник состоит из следующих конструктивных элементов: корпуса 1, выполненного в виде цилиндрической оболочки из оптически прозрачного материала, закрытой с обеих сторон металлическими крышками 2, осветительного модуля 3, блока питания 4, оптической системы, сформированной двумя рассеивателями 5 и 6 (все перечисленные выше конструктивные элементы расположены внутри корпуса), и двух узлов 7 крепления светильника на монтажной поверхности.
Корпус 1, представляющий собой оболочку преимущественно круглого сечения, может быть выполнен из силикатного стекла толщиной от 4 мм. Возможно также выполнение корпуса из поликарбоната, имеющего лучшую удельную прочность, но худшие характеристики светопропускания и огнестойкости. Крышки 2, как правило, выполнены из алюминиевого сплава. Этот материал предпочтителен в применении, т.к. обладает хорошей удельной прочностью, имеет высокий коэффициент теплопроводности и стоек к агрессивным средам. С внешней стороны в крышках выполнены отверстия с гнездами под головку винтов крепления. На одной из крышек, кроме того, выполнено отверстие и установлен герметичный ввод кабеля 8 для подсоединения светильника к сети. В случае реализации шлейфового подсоединения светильников такие отверстия выполняют и устанавливают узлы ввода на обеих крышках. С внутренней стороны крышек выполнены проточки (или пазы, или углубления) для размещения уплотнительных резиновых прокладок 9. Осветительный модуль 3 включает панель 10, изготовленную предпочтительно из алюминиевого листа в виде изогнутой пластины, два фланца 11 и светодиодные модули 12. При этом панель может иметь две, три и более граней. На выпуклой стороне панели на каждой из граней закреплены линейные светодиодные модули 12 с возможностью формирования оптической системы с активной поверхностью, которая в поперечном сечении светильника определяется центральным углом, предпочтительно от 180 до 240 градусов (соответствующим световому окну светильника). Светодиодные модули закреплены на панели любым способом, обеспечивающим контакт для теплопередачи с минимальным тепловым сопротивлением. Модули электрически соединены последовательно, параллельно или параллельно-последовательно. В модулях использованы светодиоды с цветовой температурой не выше 4000 град К, со светоотдачей не ниже 130 лм/Вт, по фитобиологической опасности светодиоды относятся к группе риска по опасности синего света для сетчатки глаза не выше RG1. Фланцы жестко (предпочтительно неразъемно) соединены с панелью с ее противоположных концов. Они могут быть изготовлены из алюминиевого сплава. На фланцах выполнены резьбовые гнезда 13 или размещены крепёжные детали с внутренней резьбой. Панель 10 снабжена отверстиями для монтажных проводов, соединяющих светодиодные модули 12 с блоком питания 4.
Блок питания 4 размещён на панели осветительного модуля с вогнутой стороны и закреплён любым удобным способом, например винтами на двух стойках. С этой же стороны панели разложены провода, соединяющие светодиодные модули с блоком питания и кабель 14 присоединения светильника к сети. Кабель пропущен через герметичный ввод 8, и внешний его конец подготовлен для электромонтажа.
Рассеиватели 5, 6 имеют различные светотехнические характеристики. Внутренний рассеиватель 5 выполнен из материала со светопропусканием не менее 60%, характеризующегося осесимметричной индикатрисой рассеяния света (объёмного рассеяния), предпочтительно, из полиэтилентерефталатной или поликарбонатной пленки толщиной не более 1 мм, обеспечивающей возможность ее изгиба по окружности для размещения рассеивателя 5 в цилиндрическом корпусе 1. Второй рассеиватель 6 представляет собой пленку с поверхностным преломлением света на микрорельефе (рассеиватель поверхностного преломления света на микрорельефе), который также может быть изготовлен из полимерной пленки - полиэтилентерефталатной или поликарбонатной, толщиной не более 1 мм. При этом рассеиватель 6 характеризуется индикатрисой рассеяния света, симметричной относительно главной продольной плоскости светильника 22 и асимметричной в экваториальной плоскости 24 и с линией максимума индикатрисы рассеяния 27 в главной продольной плоскости светильника, наклоненной на угол β относительно фотометрической (оптической) оси 26 светильника (угол разворота светового потока) в сторону, противоположную зоне ограничения яркости 28 (фиг. 7, 8). При этом угол β предпочтительно равен не менее 15 градусов, в частном варианте осуществления полезной модели угол β может быть равен 20 градусам. Рассеиватель 6 размещен в корпусе с обеспечением расположения продольной линии его симметрии в главной продольной плоскости светильника.
Линией максимума индикатрисы рассеяния 27 является линия, соединяющая точку максимума кривой, образованной при сечении индикатрисы рассеяния (или фотометрического тела рассеянного света, когда светящая поверхность сведена в точку) главной продольной плоскостью светильника, с точечным излучателем. Угол наклона индикатрисы рассеяния 27 в главной продольной плоскости светильника (угол β) отсчитывается от фотометрической или оптической оси 26 в сторону, противоположную зоне ограничения яркости. Зона ограничения яркости 28 можно представить в виде четырёхгранной пирамиды с прямоугольным основанием в плоскости, параллельной главной поперечной плоскости 23, и с вершиной в точечном излучателе. При этом одна грань пирамиды лежит в экваториальной плоскости 24 - равнобедренный треугольник с углом при вершине 2α; вторая противоположная грань развернута на угол 60 градусов от оптической оси. На фиг.8 данный угол обозначен между оптической осью и высотой грани, которая также является равнобедренным треугольником.
Для светильника, являющегося симметричным относительно главной продольной плоскости, средняя линия рассеивателя 6 должна лежать в данной плоскости. Ширина полосы рассеивателя 6 определяет величину угла α. Чем больше ширина полосы, тем больше угол, т.е. шире зона ограничения яркости 28.
Возможны два варианта взаимного расположения рассеивателей 5, 6 - с фиксированным расстоянием (зазором) между рассеивателями 5, 6 (фиг. 2, 3) или с размещением рассеивателей 5, 6 вплотную друг к другу (фиг. 4, 5). Выбор варианта определяется рекомендациями изготовителя пленок с поверхностным преломлением света на микрорельефе.
При расположении рассеивателей с зазором внутренний рассеиватель 5 может быть выполнен в виде цилиндрической оболочки, размещенной между фланцами 11, при этом он предварительно свернут из листа полиэтилентерефталатной или поликарбонатной пленки толщиной менее 1 мм в цилиндр и установлен внутри корпуса так, что удерживается в собранном положении пазами или выступами на внутренней поверхности фланцев, либо рассеиватель 5 может быть выполнен в виде изогнутой пленки, имеющей форму дуги окружности в поперечном сечении (образующей часть боковой поверхности цилиндра), опирающейся на панель 10, и также удерживаемой в корпусе пазами или выступами на внутренней поверхности фланцев. Радиус оболочки может быть меньше внутреннего радиуса корпуса 1, а длина её равна или незначительно меньше расстояния между фланцами 11. Ширина развертки рассеивателя 5 предпочтительно равна части длины дуги окружности, соответствующей световому окну светильника (световое окно - окно в осветительной арматуре, предназначенное для выхода света в окружающее пространство). Второй рассеиватель 6, внешний, закреплен с обеспечением контакта его внешней поверхности с внутренней поверхностью корпуса 1. Ширина развертки рассеивателя 6 равна предпочтительно длине дуги части светового окна, определенного по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1, соответствующей установленной зоне ограничения яркости, заданной величиной центрального угла дуги, а длина развертки - длине корпуса. В другом варианте осуществления полезной модели ширина развертки рассеивателя 6 может быть равна длине дуги окружности, соответствующей внутренней поверхности корпуса.
При взаимном расположении рассеивателей вплотную друг к другу, внутренний рассеиватель 5 также может быть выполнен в виде цилиндрической оболочки (предварительно свернут из листа полиэтилентерефталатной или поликарбонатной пленки толщиной менее 1мм в цилиндр) и установлен внутри корпуса между крышками 2 так, что удерживается в собранном положении трением. Радиус оболочки равен внутреннему радиусу корпуса 1, а длина её равна или незначительно меньше расстояния между крышками 2. Второй рассеиватель 6 закреплен с обеспечением контакта его внешней поверхности с внутренней поверхностью корпуса 1. Ширина развертки рассеивателя 6 равна предпочтительно длине дуги части светового окна, определенного по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1, или меньше её и соответствует установленной зоне ограничения яркости, заданной величиной центрального угла дуги, а длина развертки - длине корпуса.
Две крышки 2, уплотнительные прокладки 9, корпус 1 образуют защитную оболочку светильника. Замыкающим элементом этой сборки является осветительный модуль 3, а элементами крепления - винты 15, установленные в гнезда обеих крышек и взаимодействующие с резьбовыми гнёздами 13 фланцев 11 панели осветительного модуля. Такая конструкция обеспечивает эффективную теплопередачу от светодиодных модулей к наружной поверхности крышек. Узлы крепления светильника 7 на монтажной поверхности размещены по концам светильника и состоят, например, из стального хомута 16 с кольцевой резиновой прокладкой 17, с двумя болтовыми комплектами 18, обеспечивающими его обжатие, и боковым кронштейном с отверстиями для крепления к монтажной поверхности. Хомуты размещены на стыках корпуса 1 и крышек 2.  Узел крепления хомута к монтажной поверхности также может быть реализован в виде резьбовой втулки. Металлические детали светильника могут быть выполнены с защитным или защитно-декоративным покрытием. Светотехнические требования реализуются конструкцией светильника следующим образом. Предлагаемая форма панели 10 осветительного модуля 3 в виде выгнутой пластины с многогранной поверхностью, на каждой из которых установлен светодиодный модуль 12, обеспечивает перераспределение части светового потока в верхнюю полусферу и освещение стен тоннеля по максимально возможной части его периметра. Размещение рассеивателя 5 позволяет уменьшить габаритную яркость светящей поверхности для ограниченной суммарной мощности светодиодных модулей до нормируемой величины, т.к. излучаемый световой поток распределяется по поверхности с большей площадью, при этом уменьшается эффект «слепящего» воздействия. Кроме того, в заявляемом устройстве реализовано уменьшение неравномерности яркости светящей поверхности, т.е. отношения максимальной яркости части поверхности к габаритной яркости всей поверхности, которое составляет не более 10:1 (в силу применения рассеивателя 5 с коэффициентом светопропускания 60%). Объёмное рассеяние света на частицах, находящихся в массе материала, зависит от свойств материала частиц, их диаметра и плотности распределения в пленке. Толщину пленки выбирают исходя из конструктивных и технологических требований к детали и показателя светопроницаемости материала. Так в качестве конструктивных и технологических требований можно принять гибкость, способность сохранять форму и не растрескиваться. Выбор параметров рассеивателя, включая материал, позволяет уменьшить неравномерность яркости, на которую влияют толщина рассеивающего слоя (чем он больше, тем меньше неравномерность), расстояние между светодиодами (чем оно меньше, тем меньше неравномерность), расстояние от источника света до рассеивающей поверхности (чем оно больше, тем меньше неравномерность), габаритная яркость светодиода (чем она меньше, тем меньше неравномерность). Применение рассеивателя 5 приводит к снижению светотехнического КПД, поэтому при выборе параметров рассеивателя реализуют возможность увеличения светопропускания. В предлагаемом светильнике решена комплексная задача уменьшения силы света в зоне ограничения яркости и выделена зона - сектор светящей поверхности светильника, который при эксплуатации в туннеле будет освещать окно кабины машиниста проходящего поезда. Данный сектор в заявляемом устройстве является зоной ограничения яркости (фиг.8) и обеспечивается посредством размещения полосы дополнительного (внешнего) рассеивателя 6 с поверхностным преломлением на микрорельефе. Поверхностная микроструктура «разворачивает» световой поток в направлении движения поезда метро, уменьшая световой поток в зоне условного защитного угла. Эта часть рассеивателя выполнена из пленки с микрорельефом с индикатрисой рассеяния, которая является симметричной относительно главной продольной плоскости светильника. Кроме того, индикатриса рассеяния участка с поверхностным преломлением света является асимметричной в экваториальной плоскости светильника, а линия максимума её наклонена в главной продольной плоскости относительно фотометрической оси светильника и составляет угол β (фиг. 8). Для машиниста поезда действие этого рассеивателя будет проявляться визуально наблюдаемым затемнением полосы на светящей поверхности при перемещении по направлению движения и увеличением яркости этого участка при движении с обратной стороны. Изготовители плёнок с такими светотехническими характеристиками дают различные рекомендации по условиям их применения. Часть изготовителей требует соблюдения правила установки рассеивателя, заключающегося в том, чтобы поверхность с микрорельефом была направлена в сторону источника света, другие утверждают, что это условие не обязательно. При этом для решения задачи отклонения светового потока на угол β принципиальным является установка такой пленки после рассеивателя объёмного рассеяния.
На одной из крышек светильника нанесена риска 19, совпадающая с продольной плоскостью симметрии светильника. Кроме того, на корпусе нанесена продольная риска 20, совпадающая со средней линией рассеивателя 6, а на хомуте на его внешней стороне - угловая шкала 21 с делениями от нуля до +45 град. Данные риски предназначены для правильного позиционирования светильника в процессе монтажа.
Сборка светильника может быть осуществлена в следующей последовательности.
На предварительно собранный осветительный модуль 3 устанавливают светодиодные модули 12 с помощью вытяжных заклепок, производят электромонтаж. На обратную поверхность осветительного модуля устанавливают блок питания 4 и осуществляют его подключение к светодиодным модулям. К блоку питания подключают питающий кабель 14 требуемой длины. В корпус светильника 1 заводят последовательно предварительно сформированные в цилиндрическую поверхность внешний 6 и внутренний 5 рассеиватели (в случае выполнения рассеивателей 5 и 6 в виде цилиндрических оболочек), а затем осветительный модуль. В одну из крышек 2 монтируют кабельный ввод 8. В крышки устанавливают уплотнительные прокладки 9. Кабель продевают через кабельный ввод. С помощью винтов 15 резьбовых гнезд 13 крышки устанавливают на корпус 1. Между внутренними поверхностями крышек и фланцами 11 существует зазор. Закручивая винты 15, добиваются герметичности светильника. Устанавливают на торцевые крышки хомуты 16, прокладки 17 и стягивают болтовым комплектом 18.
Светодиодный светильник функционирует следующим образом.
Светодиодный светильник устанавливают с помощью узлов крепления 7 и болтов, не входящих в комплект поставки светильника, на монтажных элементах в тоннеле метрополитена или любых других закрытых наземных участках дорог для организации освещения при движении транспортных средств. При этом светодиодный светильник устанавливают так, чтобы ось его корпуса 1 была горизонтальной и параллельной строительной оси тоннеля. Ослабляют хомуты 16 обоих узлов крепления 7, вращая светильник в сборе вокруг продольной оси, регулируют его по углу наклона по риске 19 и шкале 21 на хомуте в соответствии с монтажным чертежом. Затягивают хомуты, фиксируя угловое положение оптического модуля. Далее после ослабления винтов 15 вращением корпуса 1 относительно крышек 2 по риске 20 на стекле и шкале 21 на хомуте устанавливают пространственное положение зоны ограничения яркости в соответствии с требованиями монтажа (в одном из вариантов реализации светильника). Затягивают винты 15, обеспечивая оптическую настройку пространственного положения зоны ограничения яркости. Подключение питания к светильнику производят через кабель 14, являющийся частью светильника. При подаче напряжения на светильник от внешней сети напряжение появляется на входе блока питания 4, при этом на выходе его получают необходимое напряжение и ток для питания светодиодных модулей 12 осветительного модуля. Светодиодные источники света создают световой поток по всей длине светильника в пределах цилиндрического сектора с углом около 240 градусов. При использовании светильников в тоннелях метрополитена, их устанавливают по боковым поверхностям тоннеля напротив друг друга на высоте 3-3,5 м. По нормативному требованию метрополитена максимум освещенности от двух светильников должен быть расположен на головках рельсового пути внутри тоннеля 20 лк. Второе требование - создание комфортной зрительной зоны для машиниста. Размер этой зоны не должен быть избыточным как с позиции уменьшения стоимости изделия, так и с позиции уменьшения эксплуатационных затрат на электроэнергию. Важными параметрами являются ширина полосы рассеивателя 6 и угловое положение его относительно главной продольной плоскости светильника, которое обеспечивается при монтаже. Часть светового потока, распространяющегося вне зоны освещения кабины машиниста, проходит через рассеиватель 5. На внешней поверхности корпуса формируется светящая поверхность с габаритной яркостью, нормируемой неравномерностью яркости в пределах условного защитного угла. Часть светового потока, направленная от светодиодов в зону освещения кабины машиниста, проходит последовательно рассеиватель 5 и рассеиватель 6. В результате чего происходит отклонение лучей на угол β (фиг.8) от фотометрической оси светильника в сторону движения поезда. В этой зоне уменьшается сила света в пределах условного защитного угла от 0 до 90 градусов, наблюдаемая по направлению движения.
Таким образом, создается комфортная световая среда для машиниста, уменьшается слепящее воздействие светодиодных излучателей света. Применяя светодиоды меньшей мощности на верхних гранях панели, можно уменьшить интенсивность светового потока, направленную в верхнюю часть тоннеля до требуемой величины 5лк, также уменьшая интенсивность бликов на элементах строительных конструкций тоннеля. Тепло, выделяемое при работе светодиодов, передается за счет последовательной теплопередачи от панели 9 к фланцам 10 и затем к торцевым крышкам 2 корпуса.
Пример конкретного выполнения
Изготовлен светильник, с корпусом 1 из стеклянной трубы длиной 600 мм с толщиной стенок 5 мм и внутренним диаметром 80 мм, с крышками 2 с двух сторон, в одной из которых выполнено отверстие с установленным в нем герметичным кабельным вводом 8 для электрического кабеля 14, с осветительным модулем 3 и использованием светодиодных модульных сборок 12, с оптической системой на основе пленочных рассеивателей 5 и 6. Светильник был снабжен кронштейнами 7 для крепления на монтажной поверхности. Осветительный модуль 3 состоял из панели 10, выполненной в виде изогнутой вдоль пластины толщиной 3 мм из алюминиевого сплава с четырехгранной поверхностью с шириной граней 22,05 мм, 12,56 мм, 12,56 мм, 22,05 мм и углами между гранями 155, 146, 155 градусов, соответственно. С двух противоположных сторон панели 10 были приварены круглые фланцы 11. Диаметр фланцев составлял 69 мм. На фланцах были выполнены по три отверстия под заклепку-гайку, на одном из них - отверстие под герметичный ввод кабеля 8. С наружной стороны на фланцах 11 были установлены по три заклёпки-гайки под резьбу М6. На панели 10 осветительного модуля 3 были установлены линейные светодиодные модули 12 с алюминиевой подложкой (изготовитель - ООО «Неон-ЭК»), по одному на каждой грани. В качестве источников излучения использовались светодиоды производства фирмы Lumileds белого цвета с цветовой температурой 4000 град К. По фитобиологической опасности светодиоды относятся к группе риска по опасности синего света для сетчатки глаза - не выше RG1.  На каждом модуле был размещен 21 светодиод. Напряжение питания каждого модуля составляло 19 В, номинальный ток 350 мА. Общее количество светодиодов составляло 84 шт., суммарная мощность 27 Вт, суммарный световой поток 5130 лм. Модули были прикреплены к панели 10 посредством вытяжных заклепок. С обратной стороны панели был установлен блок питания 4 (модель Драйвер LL35SE-CC 250-850 35 Вт, 250-850 мА, SELV60, изготовитель Helvar). Модули 12 были соединены параллельно-последовательно и подключены к блоку питания 4. Для соединения блока питания с сетью был использован кабель с усиленной изоляцией, проходящий через отверстие в фланце и герметичный ввод. Внутренний рассеиватель объёмного рассеяния 5 был выполнен из ПЭТ пленки толщиной 300 мкм белого молочного цвета с коэффициентом светопропускания 60%. Размер развертки рассеивателя 5 составлял 219×495 мм. Пленка была согнута в цилиндрическую оболочку диаметром 69 мм. В качестве рассеивателя 6 с поверхностным преломлением света на микрорельефе был использован материал DTF фирмы Luminit. Микрорельеф пленки обеспечивал отклонение светового потока на угол 20 градусов. Размер развертки рассеивателя 6 составлял 150×495 мм. Рассеиватель 6 был прикреплён к внутренней поверхности корпуса 2 с помощью липкого клея, при этом микрорельефная поверхность рассеивателя была направлена внутрь светильника. Средняя линия рассеивателя 6 совпадала с главной продольной плоскостью светильника. Рассеиватель 5 был расположен внутри корпуса 1 и удерживался внутри него за счет трения. Стык оболочки рассеивателя 5 располагался в корпусе с противоположной стороны по отношению к рассеивателю 6. В собранном состоянии детали светильника удерживались шестью винтами 15. Узлы 7 крепления светильника на монтажной поверхности были размещены по концам светильника и состояли из стального хомута 16 с кольцевой резиновой прокладкой 17, с двумя болтовыми комплектами 18 диаметром М6, обеспечивающими его обжатие, и боковым кронштейном с отверстиями диаметром 10 мм для крепления к монтажной поверхности. Хомуты были размещены на стыках корпуса 1 и крышек 2. Резиновые прокладки 17 обеспечивали дополнительную защиту внутренней полости светильника от влаги.
Были проведены светотехнические измерения изготовленного светильника с рассеивателем 6 (первый вариант) и аналогичного светильника без использования рассеивателя 6 (второй вариант). Эксперименты проводились в темной комнате, исключающей влияние внешних источников света, а также влияния различных переотражений.
В качестве измерителя параметра светового потока использовали люксметр, который размещали с двух сторон в главной продольной плоскости симметрично относительно главной поперечной плоскости светильника (со стороны зоны ограничения яркости и с противоположной стороны). Отношение цифрового значения на электронном табло люксметра в направлении со стороны зоны ограничения яркости к осредненному цифровому значению на электронном табло люксметра, измеренному в точках, симметричных относительно главной поперечной плоскости в первом варианте, составило 1,5, тогда как данное отношение для светильника без использования рассеивателя 6 (второй вариант) составило 1, что свидетельствует об уменьшении силы света в зоне ограничения яркости при использовании заявляемого светильника и обеспечении зрительного комфорта для машинистов поездов и ремонтных бригад.
2
Технические характеристики светильника соответствовали требованиям ГОСТ Р 54350-2015. Габаритная яркость в зоне ограничения яркости составляла менее 5000 кд/м, неравномерность яркости светящей поверхности светильника, определяемая отношением максимальной яркости к габаритной яркости светильника в зоне ограничения яркости составляла не более 10:1.
Кроме того, конструкция заявляемого светильника позволила с легкостью извлекать и устанавливать светоизлучающий модуль, уменьшая время обслуживания и повышая эксплуатационную надежность светильника.
Предлагаемый светильник может быть использован в условиях высокой влажности, при наличии пыли, масел, тумана вне взрывоопасных зон.