Исследования, направленные на повышение эффективности и внедрения в массовое производство новых источников света Кокинов, Андрей Михайлович

Введение к работе

Актуальность темы. Одно? из актуальных задач развития народного хозяйства является широкое внедрение в практику освещения hqbvx высокоэффективных источников света, оказывающих решающее влияние на все технико-экономические характеристики осветительных установок и потреблявших в настоящее время до 147 вырабатываемой в стране электроэнергии. Работа, положенные в основу диссертации, выполнялись в соответствии с постановлениями Госкомитета СССР по науке и технике от 03.12.70 .W45, от P.IP.75 \ЬЫ:, от 07.С7.76 $272, от 26.11.76 ИЗО, постановлениями Госко-мигета СССР по науке и технике и Госплана СССР от II.CI.82 4=12/7, от І4.Щ.83 »303/654, постановлением СМ СССР от 1В.07.8Ь 673, программами Минэлектротехпрома и решениями Совета Интерялектро.

Цель работы. Проведение комплекса исследований, позволяющих установить и обобщить взаимосвязи основных физико-химических процессов в источниках света (ИС) и использовать полученные результаты при разработке и освоении их производства. 3 качестве объектов изучения выбраны ИС массового примененля, определяющие основные технико-экономические показатели освепения: лампы накаливания обшего назначения (ЛОН), люминесцентные лпмпы(ЛЛ) и газоразрядные лампы высокого давления (ГЛВД). В соответствии с общей целью и, учитывая имеющийся научно-практический задел в этой области, предстояло:

определить и обобщить характеристики ЛОН в реальных условиях эксплуатации, разработать методы расчета оптимальной структуры ламп по диапазонам напряжения электропитания, исследовать и разработать новые типы ЛОН повышенной эксплуатационной надежности ;

усовершенствовать математическую модель системы "ЛЛ-балласт" применительно к работе на переменном токе промышленной частоты, разработать принципы и методы конструирования энергоэкономичных

ЛЛ с галофосфатними и редкоземельными (РЗИ) ломинофорами ;

- предложить общие принципы оценки экологичности ИС, обосно
вать новые технические решения, существенно снижающие применение
свободной ртути в процессе их производства и эксплуатации ;

: 4 -

провести комплексные исследования характеристик ртутних va-^яаов высокого давления с металлогалогенными добавками, усо-!ч>ршенотвовгзть методы расчета и основные принципы конструиролянин '.'.етытлогалогенных лакп (МГЛ), обосновать применение нових матегия-лон, в том числе нераспыляемых геттеров, в ГЛВД;

выполнить расчетные и экспериментальные исследования термодинамических и эмиссионных свойств оксидных покрытий электродов ГЛЖ в условиях взаимодействия с химически активной средой при температурах до 2500 К, разработать экологически чистые эмиссионные покрытия катодов (ЗПК) ;

обосновать предложения к планам технического перевооружении электроламповых заводов, обеспечивавшие опережающее развитие производства высокоэффективных электроламп, существенное повышение производительности труда, снижение трудовых и материальных затрат на освещение.

Основные положения, выносимые на зашиту, и их научная новилна.

1. Обобщенные данные, характеризующие условия эксплуатаггим >'.'С по экономическим районам страны; предложения, связанные с созданием ЛОН повышенной эксплуатационной надежности; методика к результаты многовариантных расчетов оптимальной структурі аыпуска ЛОН по диапазонам напряжения электропитания.

2. Усовершенствованная математическая модель разряда низкого давления на переменном токе промышленной частоты в смесях паров ртути с инертными газами, позволяющая рассчитывать усредненные во времени и мгновенные значения электрических и излучательных параметров комплекта "ЛЛ-балласт" и микрохарактеристики плазмы разряда.

3. Комплексный метод оценки экологичности ИС по генерируемой световой энергии и совокупным выбросам вредных вешеств в процессе производства, эксплуатации и утилизации ламп с учетом экологично-сти применяемых материалов и комплектующих изделий.

4. Принципы конструирования новых поколение ЛЛ, в том числе, экологически безопасных ламп с гетгеро-ртутнкми дозаторами (ГРД), высокоэффективными люминофорами, компактных ЛЛ и технологии их изготовления на высокопроизводительном оборудовании ; результаты исследовательских и опнтно-конструкторских работ по стартерам тлеющего разряда.

5. Результата исследований ртутного разряда высокого давления с металлогалогенными добавками, полученные на основе оригинальной

методики в широком диапазоне варьирования пягт'етгов и ягивлиеся одной из теоретико-пкспепимзнтальных оснор га-»па^от"и МГЛ ; принципа конструирования я технологии изготовления ГЛВ.'. о неряепыляе-мыми геттерами.

6. Результате исслег-ова'-і::;- термодинамических свойств ЭПК ГЛВД и принципы выбора rervcfwrToi;) г .vvotov его влияния на.электрические и излучательныо характеристики г'амп ; разработка экологически чистых конструкциГ катодов ГЛВД на основе окислов РЗМ.

7. Перспективная номенклатура и структура выпуска основных групп ИС, комплексная программа технического перевооружения и развития электролампового производства на период 1990-2000 гг.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

С использованием результатов исследований разработаны ЛОН поношенной надежности. Полный переводпроизводства на выпуск нових їіамп с учетом рекомендуемой структуры по диапазонам напряжения >лектропитания обеспечил более полное удовлетворение потребностей «родного хозяйства и реализацию экспорта ламп в развитые странн. Разработаны и освоены в производстве энергоэкономичные ЛЛ с ГРД « компактные ЛЛ, являющиеся базовой конструкцией новых поколение 1С повышенной экологичности в сферах производства и эксплуатации, 'азработаны и внедрены в производство более 20 типоразмеров Ш-юкояйЦективных МГЛ, в том числе, с нераспыляемши геттерами и )ПК на основе окислов РЗМ. Разработаны основные направления научно-ехнического прогресса в электроламповом пооизводетєе до 2000 года. Результаты исследований используются в практике конструирования !С, при разработках технологии их производства и формировании -ехнических требований к новым материалам для электроламповой про-:кштенности, в действующих стандартах, а таете при подготовке ин-:енеров-светотехников. Экономический эффект от внедрения разрабо-ок ИС, выполненных с использованием работ автора, превышает і млн. рублей.

Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались на Все-оюзном научно-техническом семинаре "Совершенствование производ-тва газоразрядных источников света высокого дазления"(Москва,1ЭТЗ), а УП, УШ и IX Всесоюзных светотехнически конференциях (Ереван, 975; Саранск,І93І;Рига,1987),на ІУ Всесоюзной конференции "Пробле-н фотоэнергетики растений" (Киев,1975),на Всесоюзном научно-техни-еском совешании "Состояние разработок и производства газоразрядных

- б -

источников света, пути юс дальнейшего совершенствования" (Полтава, 1982), на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Дальнейшее совершенствование технологии производства газоразрядных ламп с целью увеличения их выпуска и улучшения качества" (Москва, 1969), на Всесоюзных совещаниях "Повышение качества люминофоров, предназначенных для люминесцентных ламп" и "Физика, химия и технология люминофоров" (Ставрополь, 1971, 1989), на XIX Всесоюзно? конференции по эмиссионной электронике (Ташкент, 1984), на 3-м и 5-м международных научно-технических симпозиумах по источникам света (Тулуза, 1903, Иорк, 1989), на XXI сессии Международной комиссии по освечіению (Венеция, 1987), на 8-й национальной светотехнической конференции с международным участием (Варна, 1990), на П Всесоюзной научно-технической конференцій "Энергосберегающее оборудование для АПК" (Москва, 1990), на симпозиуме, посвященном 40-летию ЦВЛЕ Полам (Варшава, 1988), на Всесоюзной конференции по люминесценции, посвященной 100-летию со дня рождения С.И.Вавилова (Москва, 1991), нл Всесоюзном совещании по материалам для источников света (Саранск, І9УІ). Основные положения диссертационной работы опубликованы п (л. статьях в журналах и сборниках, 12 авторских свидетельствах нч изобретения и в 20 докладах на конференциях, симпозиумах и совещаниях.

В соответствии с основными тенденциями развития светотехники /1,2/ производство световой энергии в странах СНГ должно увеличиться к 2000 г. в 3-4 раза по сравнению с уровнем 1980. г. Увеличение будет достигаться за счет внедрения в производство новых высокоэффективных ИС, а также за счет изменения структуры выпуска в пользу газоразрядных ламп, доля которых в производстве световой энергии возрастет до 85-90. Предполагается, что средняя световая отдача ИС увеличится с 32 до 47-53 лм/Вт, п количество электроэнергии, расходуемой на освещение, составит от 10 до 13? обшей ее выработки. Значительный вклад в развитие ИС внесли В.Эленбаас, Д.Уэймаус, С.Кенти, В.Генгл, Б.Кяль, а также В.А.Фабрикант, Г.Н. Рохлин, Л.Г.Улъмишек, Г.С.Сарычев, В.С.Литвинов, С.П.Решенов, А.Е. Атаев, А.С.Федоренко и др. С учетом удовлетворения потребностей народного хозяйства и населения осуществляется комплекс исследований и разработок новых высокоэффективных ЇІС, прогрессивных технологий и высокопроизводительного оборудования, определявший, по существу,

новый ятап развития электроламповой промышленности /3-5/- Широкое применение в производстве НС редких, исчезающих и токсичных материалов выявило необходимость учитывать возникавшие экологические проблемы /6/. Решениями ГКНТ, АН СССР, Минплектротехпрома автор настоящего доклада в разное время назначался научным руководителем, главным конструктором, главным технологом программ развития НС. Доклад является обобщением работ, выполненных лично автором, а также под его руководством и при непосредственном участии в области исследований и производства массовых ИС, определявших уровень развития светотехники.

Выпуск ЛОН на душу населения составляет в СНГ 4,6 лампы в год и соответствует уровню ведущих зарубежных стран /7/. В связи с массовостьи производства и применения ЛОН чрезвычайно актуальными являются вопроси повышения их технического уровня и надежности в реальных условиях зкеплуатаиии, которые до настоящего времени остаются недостаточно изученными.

І.І. С целью исследований условий эксплуатации ЛОН в период с 1978 по 1989 гг. по предложенной нами программе проведено более 200 тыс. выборочных замеров действующих значений напряжения в электрических сетях. Установлено, что отклонения напряжения от номинала составляют в городах от -23 до +19$, в сельской местности от -25 до +21. Статистическая обработка результатов измерений позволила рассчитать удельные веса световых точек с эквивалентными по продолжительности горения значениями сетевого напряжения и с учетом наиболее вероятного времени горения ламп (с 5 до 9 и с 17 до 23 ч.):

Таблица j

Эквивалентное ! 220 ! 225 ! 230 ! 235 ! 240 t 245 ! 250
напряжение, В ! J ! \ ! ! J

Удельный вес і

световых то
чек, % 18,5 37,6 18,8 12,5 6,9 3,4 2,3

і

- Є -

По результатам исследований условий эксплуатации ЛОН ними предложена v, реализована разработка серии ламп на 5 диапазонов напряжения: 215-225, ."0-230, 1:50-240, 235-245 и 245-255 В взамен ранее выпускавшихся ламп на единственное расчетное напряжение 220 В. Для обоснованного планирования объемов и структур выпуска ламп по диапазонам напряжения, выполнения корректных расчетов удовлетворения потребности р /В/ введено понятие эквивалентного объема производства НС. Если принять, что вероятность эксплуатации ламп каждого диапазона в тех или иных условиях пропорциональна удельному весу соответствующих световых точек, то обший срок службк совокупности выпушенных ламп определится формулой:

в которой через ІЛі обозначены расчетные напряжения ламп (=1,5), LL;- соответствующие эквивалентна напряжения (J =1,7),/^- - объемы ЛОН, выпушенных на С -е расчетное напряжение и эксплуатируемых при /' -м эквивалентном напряжении. Такая продолжительность горения может быть обеспечена некоторым эквивалентным объемом ламп /\Л , каждая из которых имеет срок службы 1000 ч:

Объем производства ЛОН, определяемый как сумма объемов ламп, выпущенных на I расчетных напряжений, эквивалентен А/_д в смысле их одинакового срока службы - рис.1. Многовариантные расчеты с использованием методов линейного программирования позволяют разрабатывать экономически обоснованные предложения по объемам и структуре выпуска ламп с учетом реальных услови.й эксплуатации и ограничений производства.

1.2. В /7-9/ показано, что главная особенность условий эксплуатации ЛОН в странах СНГ состоит в том, что практически каждая лампа независимо от ее расчетного напряжения с большой вероятностью может быть подвергнута разрушительным тепловым и электрическим перегрузкам, обусловленным неконтролируемыми колебаниями сетевого напряжения. Это обстоятельство потребовало переработки практически всех элементов конструкции ранее выпускавшихся ЛОН с целью повы-ения их эксплуатационной надежности и с учетом особенностей при-

_ с _

меняемых в производстве отечественных материалов. С этой цельп нами выполнен поэлементный сравнительный анализ конструкций ламп, выпускаемых различными электроламповыми заводами страны и ведущими зарубежными фирмами, в части температурных режимов, качества материалов, конструкций деталей и узлов.

Измерения температурных режимов ножек ламп, изготавливаемых в отечественных ЛОН из стекла СЛ 97-1 (за рубежом для этих целей используются различные марки свинцовых стекол) и масспектромет-рические исследования наполнения ламп определили максимально допустимую температуру линзы в пределах от 4С0 до 450С. Установлено, что превышение указанной температуры приводит к значительным газовыделениям из стекла вследствие его электролиза, способствует возникновению электрических пробоев в лампах и создает предпосылки преждевременного выхода их из строя из-за короткого замыкания впаев поддержек спирали и электродов. По результатам исследований определены оптимальные конструкции ножки и лакпы а целом, в нормативно-техническую документацию введены дополнительные требования, определяющие минимально допустимые расстояния меиду впаянными в линзу концами поддержек и электродов, их размеры и оптимальное число поддержек для различных типов ламп. Исследования показали также, что при перенапряжениях в сетях электропитания прочность крепления цоколя к колбе не обеспечивалась на протяжении всего срока службы ламп применением традиционной формовки горла и канифольной цоколевочной мастики. Предложена модернизированная формовка горла, разработана специальная мастика на основе карбамида, усовершенствована технология ее намазки, что позволило достичь двухкратного запаса прочности крепления цоколя к колбе при любых реальных условиях эксплуатации ЛОН.

Исследования условий возникновения дугового разряда в ЛОН и срабатывания плавкого предохранителя в зависимости от состава газового наполнения, напряжения электропитания, конструкции лампы выполнялись на установке, позволявшей разрушать тело накала лучом лазера, и с помошьп синхронизированного осциллографа фиксировать время гашения дуги. По результатам исследований разработана и внедрена оптимальная конструкция предохранителя (омедненный ферроникеле вый провод диаметром 0,2 мм с уменьшенным до 0,15 с временем гашения дуги против 0,3 с в лампах стандартной конструкции), практически исключающая перегорание ламп с разрушением колбы при напряжениях до 260 В, разработана методика испытаний ламп

!л сгп^атнвание плавкого предохранителя. Исследования условий рлнникновения вторичной дуги в цокольной камере, являющейся причино:¹ прожога цоколя, привели к разработке конструкции четкрех-чпеннсго плектродя (кикель-платинит-фгрганикель-медь) для ламп гон-'їсенної! надежности. Результаты проведенных исследований явились основой разработки и внедрения в массовое производстве ЛОН пог-'.'и:сниор надежности в условиях нестабильного напряжения элект-копитания, световые и алектричесю'е характеристики которых полностью соответствуют требованиям МЭК А,10/.

1.2. С целью снижения себестоимости ЛОН и окономии плектро-:і перги и при их эксплуатации выполнены исследования вариантов ламп мощностью 40, 60 и 100 Вт с аргоновый, криптоновым и криптон-ксеноновкм наполнением с добавко? 12^16^, азота. Основным крите-fHeN' являлись минимизация стоимости единицы световой энергии при эксплуатации ЛОН. По результатам расчетов сделан вывод о целесообразности добавки ксенона в криптон в количествах от 5 до "Tf, что соответствует составу криптон-ксеноновой смоси по ГОСТ IP?IS-?7, -.гличашейся более низкой (на 25f) по сравнению с криптоном себестоимость»! и являющейся исходным сырьем для его получения. Экспе-ргачентъ' подтвердили теоретически ожидаемое снижение распыления воль!"рядовой спирали и улучшение световых характеристик ламп с комбинированным наполнением, что позволило разработать энергоэкономичные ЛОН со светоотдачей на 7-10^ более внеокой, чем у аргоновых лвмп /II/.

П. ИССЛЕДОВАНИЯ В' ОБЛАСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНІШ ЛАМП

В СНГ на душу населения производится в 2*2,5 раза меньше ЛЛ, 4ev в передових странах. Однако и при этих условиях вследствие высокой г>-!тективности ими генерируется более 50 световой энергик при потреблении ?&f электроэнергии, расходуемой на освещение.Увеличение объемов производства ЛЛ требует создания высокопроизводительного оборудования, новых технологических процессов и учета экологических проблем, связанных с использованием ртутного наполнения ламп. В соответствии с /12-13/ основными направлениями развития ЛЛ являются: повышение световой отдачи и продолжительности горения за счет применения новых люминофоров, нераспыляемых геттеров и гетгеро-ртутных дозаторов, прогрессивных конструкций элект-

- II -

родои, а также создание безэлектродных, компактных и других типов ЛЛ.

2.1. Для расчета основных микро- и макрсхарактеристик разрядов в ЛЛ при питании их от источника переменного напряжения промышленной частоты в /14/предложена математическая модель разряда, являвшаяся развитием модели, описанной в работах В.С.Литвинова, А.С.Федоренко, Е.В.Охонской, М.А.Малькова, в которую в качестве внешних параметров дополнительно вводятся напряжение сети, характеристики балластного сопротивления и учитывается влияние объемной рекомбинации электронов и ртутных ионов на характеристики плазмы. При этом катодное падение потенциала может быть представлено в функции параметров разряда:

где через l(l) обозначена сила разрядного тока, R_ - радиус трубки , Tt(i)_t ft((t)- температура и концентрация электронов, р - давление наполняющего газа.

Выполненные нами расчеты показали, что при работе лампы на переменном токе промышленной частоты, при изменении полярности напряжения плазма положительного столба остывает настолько, что процессы объемной рекомбинации электронов становятся превалирующими над потерями на стенках. Время жизни электрона относительно процессов рекомбинации типа Є+Нві-Є-*" &<- Н$ определяется соотношением ^а_ЄК=ІО Т^^ё* ^и У*^е при 7^ 0.3 эВ составляет 3,5-10^-^ с, что на порядок меньше *?««« При этом уравнение баланса заряженных частиц принимает вид:

где выражение под знаком ^_ соответствует образованию зарядов со скоростью .Z^. за счет прямой и ступенчатой ионизации с К возбужденных состояний атомов ртути при их концентрации /7_Л , а второй и третий члены - уничтожению заряженных частиц с диффузией на стенки и при рекомбинации в объеме плазмы. Таким образом, полученные ранее уравнения баланса возбужденных атомов и энергии, дополненные уравнением связи между параметрами питающей сети, балласта и лампы, а также уравнениями (3) и (4), образуют замкнутую систему, позволяющую рассчитывать временные зависимости тока и

напряжения на лампе и балласте, КПД комплекта "лнмпа-ПРА" и шк-рохарактеристики плазмы, в т.ч.Не Те > потоки излучения в линиях 185 и 254 им, катодные потери и др. - рис.2. Проверка предложенной модели показала применимость ее для анализа физических процессов в стандартных, энергоэкономичных и в компактных ЛЛ.

2.2. Развитие газоразрядных ИС в значительной степени определяется ресением экологических проблем, связанных с применением вредных веществ в конструкции и производстве ламп. В /6,15/ нами предложен метод комплексной оценки зкологичности осветительной установки по генерируемой сеєтовой энергии и совокупным выбросам вредных вешеств при ее производстве, эксплуатации и утилизации. В частности, экологичность ЛЛ в отношении ртути в первом приближении может быть рассчитана по формуле:

в которой - световой поток и мощность лампы в функции

времени, W₀ - количество Но, введенной в лампу, с^- - степень ее утилизации из ламп, отгоревших срок службы С ,у5 - количество/%, выделяющейся при сгорании топлива при производстве I кВтч электроэнергии (~ 0,2 мг), Я1_К- количества неутилизируемой Но в процессе производства ламп и при изготовлении деталей и полуфабрикатов. Расчеты по (5) показывают, что обиее загрязнение окружающей среды при использовании газоразрядных источников света в 3-5 раз ниже, чем при применении ЛОН, и основной вклад в нарушение экологии вносят неконтролируемые и практически неутилизируемые отходы сжигания топлива (окислы углерода, азота, ртуть, отходы атомных электростанций и др.) при производстве электроэнергии, потребляемой малоэффективными источниками света - рис.3. Поэтому с точки зрения экологической безопасности основными направлениями совершенствования ИС следует считать повышение их эффективности, а такие уменьшение количества вводимой ртути, использование ее в связанном состоянии, разработку и освоение технологий демеркуризации отходов производства и отгоревших ламп. С этой целью нами предложено применение.в конструкции ЛЛ ГРД на основе сплавов^г-^Лх и ~Гі+Нь , ₈ также разработана технология изготовления меркурида титана (МТ), зашипен-ная авторским свидетельством на изобретение /16,17/. Исследования процессов тернического разложения МТ определили оптим&чьные режимы его обработки (900-950С в течение 30 с), позволяющие надежно

- ІЗ -

дозировать в 40-ваттные лампы 15-20 мг ртути (вместо 70-110 мг по традиционной технологии), что достаточно для их эксплуатации в течение 20 тыс.ч. Изготовленный из ГРД экран монтируется в катодном узле и активируется нагревом в высокочастотном поле после термовакуумной обработки и отпайки лампы. Разработанная с использованием новых технических решений конструкция и технология изготовления экологичных ЛЛ позволяет существенно улучшить качество и однородность продукции, на 7-10% увеличить генерируемую лампой световую энергию, исключить применение открытой ртути и в 4-5 раз уменьшить её потребление - рис.4. Для обработки отходов ЛЛ предложено использование разработанных по нашим требованиям установок термической демеркуризации, обеспечивающих технологические параметры очистки в пределах ПДК ртути /18/.

2.3. В /19/ на основе анализа тенденций развития ИС, предназначенных для применения в быту, определены основные направления создания многоканальных и безэлектродных ламп, с появлением которых связаны новые этапы развития люминесцентного освещения. Предлагаемая нами концепция ламп для быта базируется на оптимальном сочетании трех основных показателей: световой отдачи, светового потока с единицы объема ИС (лм/см^) и удобства применения, определяемого путем экспертных оценок - рис.5. При этом учитывается возможность получения достаточно малых световых потоков при сохранении удовлетворительных качественных и экологических параметров освещения. Принципы создания компактных ЛЛ, защищенные авторским свидетельством на изобретение /20/, реализованы в разработках двух- и четырехканальных ламп, выпускаемых на специальном высокопроизводительном оборудовании. Новые лампы в 4-6 раз превосходят ЛОН по эффективности и продолжительности горения.

Принцип действия безэлектродных ЛЛ по авторскому свидетельству /21/ состоит в том, что электромагнитное излучение встроенного полупроводникового ВЧ генератора с частотой 7*16 мГц возбуждает разряд в замкнутой стеклянной колбе, наполненной парами ртути при давлении 10 s-ІО^ мм рт.ст. и инертным газом. Сочетание генератора со сменной разрядной колбой при вариациях типов люминофоров позволяет создать многоцелевой источник видимого, эритемного, бактерицидного или смешанного излучения любой цветности. Малые габариты и вес, высокая эффективность (50-80 лм/Вт на опытных образцах),мгновенное 'зажигание, отсутствие пульсаций светового потока делают лампу чрезвычайно перспективной для различных областей применения.

ад

S« О

S*

со <

а і о

« I о м

щ о

-\ — * »

i*Vi/

со

"If

'"(ЛИШ -4" w» «-* -v

-"—І

л; ^7 oiJ»hj хвмшуз V№f

I « .О

и« "I

ю » OJOO

?ta її

О Ч - =S юс

а о и d

S (Ч ч

їй І с

х> і, S

о tg

а о

>. II най вь *

«о

^{1 *}

S?

\-

\ \

—»-

ъ*

о я «а* о*

Создание пнергоэкономичных и высокостабильных ЛЛ мощностью от IG до {;П Вт в колбах диаметром 26 и 38 мм потребовало коренной переработки традиционной конструкции и технологии изготовления ятой группы ИС. 3 /22,23/ содержатся результаты исследований,разработки и внедрения в производство три спиральных катодов, позволивших существенно улучшить основные параметры ЛЛ и явившихся базовой конструкцией для их последующих поколений. Многовариантные расчеты и окспериментальные исследования позг-олили разработать катод,обеспечивающий продолжительность горения ламп до 18 тыс.часов при пониженных до 2 мм рт.ст. давлениях наполняющего газа, малые активные потери и возможность изготовления на высокопроизводительном оборудовании. Исследования температурных, эмиссионных и инерционных характеристик триспиральных катодов показали возможность замены вольфрамовых спиралей на молибденовые, Еольфрам-молибденовые из сплава МВ-50 и комбинированные из вольфрамовой и молибденовое проволок /24/. Опытные образцы ламп мощностью 40 Вт с комбинированными катодами имеют продолжительность горения более 15 тыс.ч. и обеспечивают зкономию до 40% вольфрама. В /25/ описана предложенная нами двухшпульная навивочная головка спирализационных машин, позволяющая вдвое снизить трудоемкость изготовления катодов при одновременном повышении надежности крепления спирали в электродах.

В /26/ определены направления совершенствования стартеров тлеющего разряда с учетом новых требований к схемам включения и расширения номенклатуры ламп: разработка стартеров, отключающих дефектную лампу с приведением в состояние эксплуатационной готовности при ее замене, использование сплавов лантана и самария вместо дефицитного самария, сплавов с "память»" формы и др. В /27/ приведены результата испытаний разработанного стартера типа 80C-220-I с модифицированным газовым наполнением и с амплитудой импульса более 900 В, обеспечивающего зажигание янергоэкономичных ЛЛ в течение 1,5*3 с, зависимости электрических и световых характеристик ламп в колбах диаметром 26 и 38 мм or типа применяемых, стартеров, рекомендации по комплектации стартерами схем включения, В стартере по изобретению /28/ увеличение скорости размыкания электродов специальной конструкции обеспечивает повышение амплитуды импульса напряжения и надежности зажигания ЛЛ.

2.4. Анализ функций основных материалов при работе ЛЛ /29/ показывает определявшую роль люминофоров и лгоминофорных покрытий (ЛП) в повышении их технических характеристик. В /30/ приведены

результаты исследований галофосфатов кальция (ГФК), активированных сурьмой и марганцем, и люминофорных смесей (ЛС), применяемых для формирования ЛП стандартных и энергоэкономичных ЛЛ. Анализ спектров стационарной люминесценции отечественных ГФК при возбуждении излучением с длиной волны 312,6 нм показал, что в отличие от зарубежных, кроме собственных сурьмяной и марганцевых полос, они содержат полосы излучения с максимумами 435-440, 512, 640, 650 и 680 нм, генерируемые центрами свечения метаантимоната кальция (МАК-34 ,/ih ), примесных фаз орто- и пирофосфатов калышя (ОФК-ІЬ,///?; ПФК-Зб ,/Y/?), концентрация которых зависит от качества исходных материалов и условий синтеза люминофора. Нами установлено, что присутствие МАК, ПФК и ОФК ухудшает оптические характеристики люминофоров в результате снижения общего квантового выхода системы ГФК+ПФК+0ФК-*МАК и увеличения доли излучения примесей в области спектра, соответствующей низкой, чувствительности глаза.

Создание трехкомпонентных ЛП на основе РЗМ с узкополосными спектрами излучения в /31,32/ определено, как одно из важнейших направлений повышения эффективности компактных и энергоэкономич-ных ЛЛ. р /33,34/ приведены результаты исследований термостимули-poBSHHofl люминесценции (ТСЛ) разработанной по нашим техническим требованиям лпминофорной смеси (ЛС) ФЛЦ-6І2-3500-1 и ее компонентов: хлорфосфата стронция, бария, активированного европием (ФЛ-447), ортофосфата лантана, иттрия, перип, тербия (ФЛ-543-І), оксида иттрия, активированного европием (ФЛ-6І2). Установлено, что ТСЛ смеси имеет максимумы в областях 126, 174, 246, 325 и 390 К (рис.б), соответствуюших полосам излучения Ей *" компонента ФЛ-447, европия Ви люминофора ФЛ-6І2-І и тербия люминофора ФЛ-543-І. В спектре стационарной люминесценции смеси интенсивность излучения в спектральных полосах пропорциональна концентрации соответствующих компонентов. Выявленная зависимость спада светового потока компонентов смеси ФЛЦ-6І2-3500-1 от величины высвечиваемой свето-суммы открывает практические пути дальнейшего повышения стабильности люминофоров и параметров ЛЛ.

В /30/ обобщены результаты работ по составлению рецептур и технологии приготовления люминофорных суспензий, нанесения и формирования ЛП. На основе изучения реологических характеристик оксиэтилцеллюлозы, поливинилового спирта, сополимеров винилбути-лового эфира и малеинового ангидрида, а также других связующих разработана технология получения высококачественных ЛП на основе

водорастворимого сополимера метилметакрилате и метакриловой кислота М-[4 ВЗ, позволяющая исключить из производства применение дефицитного и токсичного бутилацетате. Нами разработана так*я технология зашиты ЛП от воздействия натрия, диффундирующего в процессе горения ЛЛ из стеклянной оболочки и образующего на поверхности люминофора "серый фильтр" амальгамні {Nci^r-t~tyHo -f-hloHq^ , снижаший световой поток ламп. С этой целью перед нанесением ЛІ предложено формирование на внутренней поверхности колбы защитной пленки на основе оксинитрата кальция-ал<оминия. Реализация наших предложений по совершенствованию люминофоров и JUI способствовала увеличению световой отдачи ЛЛ до 80 лм/Бт и повчиенкю их конкурентоспособности на мировом рынке /35/.

Ш. ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМПАХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИИ

Развитие ГЛВД связано, в первую очередь, с прогрессом в области норых материалов и с раскрытием высоких потенциальных возможностей разряда выского давления, как ИС. Выпуск НЛДЦ в СНГ увеличился с 7,5 млн. штук в 1980 г. до 12,7 млн. штук в 1990 г. К 2000 году ожидается рост выпуска ламп еше в 1,8 раза. Доля вырабатываемой ими световой энергии возрастет при этом до 30-35?, относительное энергопотребление составит 15-18*. Тенденции развития ГЛВД в СНГ совпадают с мировыми, однако имеет место отставание их по номенклатуре и производству на душу населения: в 1990 г. в США выпускалась 0,1 лампа на жителя, в Великобритании и Франции -0,08, в СНГ - 0,04. Исследования физико-химических процессов в МГЛ и разработка прогрессивных технологических процессов их производства являются основой повышения технического уровня и дальнейшего развития этих перспективных источников света /36-38/.

3.1. Расчеты состава плазмы ртутного разряда высокого давления с добавками галогенидов металлов выполнялись нами /39/, исходя из предположения о наличии в аксиальных областях дуги легального термодинамического равновесия. Степень диссоциации галогенных соединений определялась с использованием данных о распределении температуры ~Г(і) в сечении разряда. Результаты расчетов показали, что для йодидов ШТ, 7?/, 7п7 и РЗМ галогенные циклы замыкаются в периферийных областях разряда (рис.7), а процессы возбуждения и ионизации могут рассчитываться, исходя из наличия

— Iti -

n дуге только атомных компонентов полностью диссоциированных галогенных соединений. Оценка влияния степени ионизации X на излучятельные характеристики разряда /39,40/, выполненная с использованием параболической аппроксимации распределения температуры в дуге Т(г)= 7^{(~JiZ^e) , где Т_а - температура на оси.у^ -константа, позволила получить выражение для расчета объемной мощности излучения в спектральных линиях добавки Ь_л(і) через атомные константы и значения этих параметров на оси разряда:

-AteV/ -Л111₂^Л)

S_Aft) ^ 4 е "Ъ [1-Х*^{е г}^ ) ⁽⁶⁾

в котором V и ]/ - потенциалы возбуждения и ионизации атома. В соответствии с (б) для легкоионизируемых добавок приХч>^>/У(2У'Н'₁-распределение &_л(?) имеет два максимума, симметрично расположенных относительно оси на расстоянии

J» el' (Л\'+У;)Ъ₀

Для добавок с высоким значением Vі при dto^'ZviZVfVc)
распределение ,/?) имеет один максимум на оси разряда. Рас
четы, выполненные для МГЛ с добавками , пока
зали, что в высокотемпературных зонах дуги процессы ионизации
могут многократно уменьшать концентрацию излучающих атомов и силу
излучения разряда в спектральных линиях добавок.

3.2. Для изучения световых, электрических и спектральных характеристик МГЛ нами использован метод переходных режимов, позволяющий получать исследуемые зависимости без применения устройств, искажающих реальные условия работы ламп /41/. Метод основан на различии инерционностей установления равновесия плазмы (.10 с) и теплового режима горелки (30-40 с). Необходимое давление йоди-да обеспечивалось выбором соответствующего режима работы ламгш и контролировалось температурой "холодной точки" на поверхности горелки. Изменения температуры разряда Д /и сил излучения в спектральных линиях после переключения лампы в исследуемый режим соответствовали изменениям давления/уЛУи рассчитывались по.формуле:

в которой &д и 5^" - значения объемной мощности излучения линии ртути 579 нм при соответствующих давлениях йодида. Те?лпера-тура дуги определялась по силе разрядного тока /42/:

с ъ 11Ї^ L (г) Тст)\с1г , ⁽⁹⁾

где О - элективное сечение упругого рассеяния электрона на атомах ртути, щ - масса электрона. Б расчетах использовались полученные нами даннне о распределении объемно}* мощности излучения ртутной линии 579 нм и найденная в /41/ зависимость градиента потенциала от давления добавки. Исследования показали, что врє-дение йодидов натрия, таллия, индия и РЗМ снижает температуру плазмы дуги на 150-900 К. Наблюдаемое при этом увеличение светового потока ламп объясняется возрастанием излучения добавок с относительно низким потенциалом возбуждения (рис.3).

Сравнение результатов расчетов излучательных характеристик МГЛ с экспериментальными данными /39/ показало, что для резонансных линий и реальных дозировок добавок представление о разряде с NclI,/''I,tnl как о больдаановском излучателе неприемлемо из-за существенной роли самопоглощения. В /39,40/ впервые обнаружено собственное уширение D - линии натрия и показано, что разряд с добавкой Л/Л/ в свете резонансного дублета натрия при повышении даатения йодида от 10 до I мм рт.ст. приближается к черному излучателю. В указанном диапазоне давлений эффективная ширина дублета изменяется от 2 до 7 А, сила его излучения 1_е связана с давлением соотношением:

3.3. В /43/ разработано теоретическое обоснование способа контроля парциальных давлений излучающих компонентов разряда в Ю'Л. Способ основан на сравнительном анализе изменений спектральных характеристик лампы в процессе горения и используется для опенки степени замкнутости галогенных циклов. При этом изменение давления паров добавки может быть рассчитано по формуле:

Sl_ Л fjf ) ^У*Ґ№ Y~%r (i)

п~Т\ if J (A*/ ,

в которой черезу^.,, KjHf ,/₀ и/,, J^/h Jj. обозначены, соответственно, значения констант и силы излучения спектральних линий до-

- :

бавки и ртути с потенциалами возбуждения V и Vg- в начале и в
конце выбранного промежутка времени Т. Соотношения максимального
и минимального значений сил излучения атомов добаЕки и буферного
газа v течение периода питающего напряжения определяются выраже
нием: ~-

7 \%r ^(I1)

/ * \ T⁶'

^J»*1 » In,,,, > *

Из (II) следует, "то спектральный состав излучения МГЛ зависит от фазы напряжения, а пульсации светового потока сулественно меньше, чем у аналогичных ламп, что подтверждает их перспективность для применения в производственных помещениях-, в быту и на транспорте. Нами установлено также /44 /, что яркость центральных областей ртутно-натриевого разряда практически не зависит от давления йодида и полуширина В распределения яркости в света спектральных линий излучения добавок и ртути определяется, в основном, значением потенциала возбуждения соответствующей линии:

3.4. В /38/ на основе анализа тенденций развития МГЛ в СССР и за рубежом сформулированы основные направления перспективных исследований и разработок ламп, в том числе, по развитию их номенклатуры, совершенствованию конструкции горелок, катодных узлов и эмиссионных покрытий, улучшению цветности излучения и других параметров. Магспектрометрические исследования газового наполнения внешней колбы МГЛ /45/ выявили наличие таких химически активных примэсей, как Н^, О_г ,СС, СО_г ,СН_Ч и Н^О і повышающих напряжение зажигания Lij в 1,3-3 раза по сравнению с контрольными ртутными лампами и способствующих относительно быстрому спаду светового потока в процессе их эксплуатации. С целью повышения стабильности световых характеристик и снижения напряжения зажигания МГЛ предложено использование нераспыляемых газопоглотителей на основе цирконий - алюминиевого сплава, исследована их сорбци-онная способность, в первую очередь, по отношению к водороду, режимы активировки и определены варианты конструктивного исполнения. Прямые эксперименты по измерению работы выхода катодных покрытий МГЛ /Ф/ показали, что повышение tlj связано также со снижением их эмиссионной активности при воздействии йода и его соединений. Исследования Ц_л при различных соотношениях тепловой инерционности элементов конструкции ламп определили новое требование к ним, за-

- Zl -

ключапцееся в обеспечении теплового режима, предотвращающего конденсацию йодидов на катодах в процессе остывания лампы после ее выключения. Требование учтено в конструкциях катодов, защищенных авторским свидетельством на изобретение /47/. Применение газопоглотителей, новых типов катодов, наполнений ламп, а также использование электростатических полей для предотвращения утечки натрия из горелки в соответствии с изобретениями /48-49/ позволили в I,5f2 раза снизить U._} и существенно повысить стабильность эксплуатационных характеристик МГЛ /45,50,51/.

С целью создания принципиально новых ЛС для спортивного освещения, отличающихся от зарубежных аналогов более высокими параметрами, нами выполнены исследования ртутных разрядов высокого давления с добавками галогенидов РЗМ, выявившие необходимость пересмотра практически всех технических требований к основным материалам, используемым для изготовления МГЛ. В результате проведенных работ /52, 53/ впервые было освоено производство особо чистых (не менее 99,99 основного вещества) йодидов РЗМ, кварцевого стекла с повышенной до Ю00С температурой кристаллизации и уменьшенным содержанием гидрокси-ла, тугоплавкого стекла внешней колбы, термостойкой цоколевоч-ной мастики и др. Эксперименты, выполненные в широком диапазоне давлений ртути, добавок и плотностей тока, позволили определить условия эффективного высвечивания спектров 35^ , //о , 7~/>> , Crd . Ncti Т , обеспечивающие световую отдачу МГЛ до 100 лм/Вт, и установить корреляцию между соотношением компонентов наполнения и цветностью излучения разряда в диапазоне цветовых температур от 3000 до 8000 К. Лсходя из требований мгновенного перезажигания ламп мощностью от 400 до 3500 Вт, определены максимально допустимые удельные дозировки добавок (1,8-0,4 мг/см ), исключающие возможность высоковольтного пробоя межэлектродного промежутка через расплав йодидов. С использованием расчетных и экспериментальных данных о расширении разрядного канала при введении легкоионизируемых атомов /39/ найдены оптимальные дозировки //й-/" иCsZ і повышающие устойчивость дуги с йодидами РЗМ и улучшающие цветопередачу ламп. Исследования МГЛ с добавками йодидов 'V& ,/і ,[г) ,, /54, 55/ позволили оптимизировать условия их излучения и обеспечить высокий энергетический КПД ламп с преимущественным излучением в диапазонах длин волн 400-420, 400-500, 530-580 и 580-670 нм.

ИЗеальная лаппаг

в которых У - символ металла, а индексы "тв" и "г" обозначают, соответственно, твердое и газообразное состояния компонента. Результаты расчетов позволили расположить исследуемые вещества в порядке убывания их термической стабильности: ThO_t ,%2 Ог ,У> С_л /<О

% Ог , а_г О, ,/Yo, O_s, ЇС_г О, , 7h_U О, , Уь_г O_s , Св_г О, .

Высокая температурная устойчивость и относительно низкая работа выхода двуокиси тория предопределила ее широкое. применение в ГЛВД, однако естественная радиоактивность делает нежелательным ее использование в производстве ИС. Из расчетов следует, что окислы РЗМ ит-тшевой группы, хотя и уступают по термической стабильности двуокиси тория, могут применяться в качестве ЭПК ГЛВД, поскольку в

термически равновесном состоянии суммарное давление компонентов над их поверхностью не превышает 10 мм рт.ст., что существенно ниже давления остаточных газов в горелках ламп (Ю^-" мм рт.ст.). Парциальное давление кислорода над ~T~h(^u <?^ почти на порядок ниже, чем над окислами РЗМ. Это замедляет процессы окисления и переноса вольфрама на стенки разрядной трубки в соответствии с реакциями: л IV-(-5 ^ W'_i^ Wr^H^O-^WO/Z^C гЧ_ъ и улучшает стабильность характеристик ЛС.

4.2. В /58/ показано, что при расчетах температурной зависимости работы выхода ^/rJoxncnoB РЗМ необходимо учитывать изменения поверхностного потенциала 1/, вследствие ионной разупорядо-ченности кристаллов при прогреве ЭПК в вакууме или в восстановительной среде. Значение У_л определяется совместним решением уравнения Пуассона и уравнения, связывающего V^ с поверхностной плотностью заряда через значения концентрации доноров Nut >Д^ИЭ~ лектрической постоянной X и концентрации носителей в глубине гристалла /? „ :

^,^7-^і^!^ (ІЗ)

Уменьшение энергии связи электронов, локализованных вблизи эмиссионных центров, при термообработке ЭПК приводит к возрастанию их термической ионизации и к переходам в объем оксида. Возникающий положительный потенциал поверхности искривляет энергетические зоны кристалла и изменяет линейную зависимость Ф от температуры. Снижение У(т) окислов РЗМ, обусловленное влиянием V_s , как показывают расчеты и экспериментальные данные, составляет 0,15+0,4 эВ и должно учитываться при выборе ЭПК для конкретных типов ламп. Исследования эмиссионных свойств систем W-M (вольфрамовый керн с адсорбированной пленкой металла М) показали, что работа выхода покрытий со щелочноземельными, редкоземельными и четырехвалентными металлами (Zг и И} ), обладающими относительно небольшими атомными радиусами и высокими потенциалами ионизации, составляет, соответственно, 1,9*2,2; 2,74 3,3 ; 3,1* 3,? эВ /59/.Температура катодов, использующих такие системы, необходимая для обеспечения плотностей тока 10-10 А/м², должна достигать значений 1500-2100, 2200-2800 и 2700-2900 К (для чистого W - 3650-3700 К). Применение лїС^и ґ/fO^ ограничивается относительно высокой работой выхода

системы W-/V Большая скорость испарения палочных и щелочноземельных металлов не позволяет их использовать в ГЛВД за исключением натриевых лемп высокого давления, в которых успешно применяется вольфрамат бария Se/jWC,. Сопоставление термодинамических и эмиссионных свойств окислов показывает перспективность использования в ГЛВД покрытий на основе РЗМ иттриевой группы, удовлетворяющих основным требованиям к ЭПК.

4.3. Особенностью условий работы ЭПК в МГЛ является присутствие высокоактивной газовое среды, способной влиять на их эмиссионные характеристики. Изучение воздействия галогенных соединений на окислы РЗМ иттриевой группы и их аналогов У и Sc проводилось в широком диапазоне температур при различной степени активности соединений /57,60/. Присутствие паров йодидов РЗМ приводило к снижению тока термоэмиесии и к повышению работы выхода ЭПК. Максимальное возрастание \р , достигающее 1-1,2 зВ, зафиксировано при воздействии йодидов щелочных металлов на окислы РЗМ в состоянии оптимальной эмиссионной активности. Присутствие йода вызывало повышение ср на величину до 1,6 эВ. Эмиссионные характеристики окислов восстанавливались после высокотемпературного (1600^1850 К) прогрева. Минимальное повышение О? и максимальная температура ее восстановления (1800^1850 К) наблюдались у соединений в неактивированном состоянии. Не выяатено существенного влияния Jn 1 и Тс 1 на змиссионную активность ЭПК. В соответствии с предложенным нами объяснением наблюдаемых явлений с позиций злектронной теории хемо-ссрбции на полупроводниках, атомы йода и молекулы йодидов, адсор-бируясь на дефектах (кислородных вакансиях), появляющихся в результате активирования покрытия, изменяют характер заполнения электронами поверхностных уровней и снижают рмиссионнуп активность окислов /60/.

Присутствие в горелках МГЛ галогенных соединений делает такие возможным протекание химических реакций с участием материалов 1'ПК, например:

При этом плазма разряда обогащается новыми соединениями и металлами, изменяющими спектральные, световые и цветовые характеристики ламп /59,61/. Из расчетов свободной знергии и постоянных равновесия соответствующих реакций, выполненных на ЭВМ по методу Темкина-Ште.-л'меиа , следует, что возможность образования новых ве-

сестБ при взаимодействии окислов РЗМ с NqI,Tі и 1)1 J , маловероятна. При использовании ЭПК на основе 77) и - ^в сочетании с добавками, содержащими РЗМ, могут иметь место изменения спектров излучения ламп за счет появления в разряде йодидов тория и скандия.

Таблица 2

Потенциалы Гиббса (ккал/моль) реакций взаимодействия паров йодидов с оксидными соединениями (Т=200О К)

Реэ; тьтаты исследований позволяют осуществлять целенаправленный выбор ЭПК в зависимости от состава применяемых йодидов, прогнозировать возможные химические взаимодействия между ними, ожидаемые изменения эмиссионных свойств покрытий и йалучательных характеристик ламп /62/.

4.4. Для упрочнения соединения ЭПК с вольфрамом нами /63/ предложено введение в состав покрытий неорганических веществ с повышенной скоростью взаимодействия с подложкой, определяемой в соответствии с положениями кинетики бимолекулярных реакций:

* _у л S \ (15)

*~1п.„_г*хр(-:+±*)₉

где/7, и ґі_г - концентрации атомов на соприкасающихся поверхностях, У - число их соударений в секунду, _л - энергия активации, &S - энтропия активации. Эффект многократного упрочнения достигается введением в состав суспензии оксинитрата алюминия растворяющегося в воде с образованием катионов гидроокиси алюминия и анионов A/Оі . Высокая смачиваемость окисленной поверхности вольфрама и ЭПК обеспечивает надежный контакт гидроокиси алюминия с

подложкой и с наносимым покрытием. Оптимальный температурный интервал разложения оксинитрата алюминия (I20j-200C) определялся масспектрометрическим анализом газов, выделяющихся при нагревании окислов в водном растворе tfiPfOify Л/С₃ на поверхности вольфрама. Распределение частиц по радиусам и агрегативная устойчивость суспензии оценивались методом седименташонного анализа при варьировании времени технологического помола от 30 мин до 8 ч. Потеря массы покрытия с оксинитрятом алюминия при термической обработке не превышала 10%, что в три раза меньше, чем у покрытий, удерживаемых на поверхности органическими связующими. Измерения термо-змиссионннх свойств и энергии испарения атомов металлов с поверхности покрытий с Л.(СМ)/Щподтверждают их высокие эксплуатационные свойства, что позволяет исключить из производства электродов ГЛЕЩ токсичные и пожароопасные органические связующие. Оптимальные условия эксплуатации ЭПК на основе окислов РЗМ создаются конструкцией электрода с полостью, образованной концом стержня и внутренней поверхностью спирали, открытой в сторону разряда /47,64/. Эксплуатационный ресурс таких катодов превышает в дуговых ртутных лампах 30 тсч., в металл ог ал огенных - 15 тыс.ч. /46,57/ при удовлетворительной стабильности световых и спектральных параметров НС.

Проведенный комплекс исследований и теоретико-экспериментальные обоснования конструирования новых ИС явились технической основой освоения их промышленного производства с иироким внедрением в практику освешения. Ниже представлены конкретные разработки ИС, созданные под руководством и при непосредственном участии автора, основные направления их дальнейшего развития и повышения уровня производства.

5.1. Результаты исследований в области ламп накаливания явились основой разработки и внедрения в массовое производство на 10 электроламповых заводах более 100 типов ЛОН по ГОСТ 2239-79, отличающихся улучшенными техническими характеристиками и повышенной эксплуатационной надежностью. Все ранее выпускавшиеся ЛОН сняты с производства. По результатам исследований вариантов с различными гвзовыми наполнениями разработана серия энергоэкономичных крипто-

мошх ламп накаливания мощностью 36, 54 и 93 Вт со световым потоком на уровне серийно выпускаемых аргоновых ламп мощностью 40, 60 и 100 Вт /7,9,11/.

Полученные нами данные об условиях эксплуатации ИС в различных экономических районах страны и предложенная методика определения эквивалентного объема выпуска ЛОН используются предприятиями Всесоюзной Ассоциации "Электросвеготехника" для управления объемами и структурой производства ламп по диапазонам напряжения с целью удовлетворения потребности народного хозяйства и населения в массовых ИС.

5.2. Дня шлей обшего освещения разработана серия люминес
центных ламп мощностью от 20 до 80 Вт в колбе диаметром 38 мм со
световой отдачей до 80 лм/Вт цветностей "Б", "Д" и "ДЦ". Высокая
стабильность светового потока обеспечивается применением усовер
шенствованных галофосфатних люминофоров и ЛП на основе неоргани
ческих связующих. Поколение энергоэкономичных ЛЛ представлено се
тей ламп мощностью 18,36 и 58 Вт в колбах диаметром 26 мм, при
менение которых Езамен стандартных экономит до 10% потребляемой
г-лектроэнергии и до 30 основных материалов. В модификациях ламп
попользуются триспиральные катоды, геттеро-ртутные дозаторы, ноше
трехкомпонентные люминофоры, прогрессивные технологические процес
сы, обеспечивающие высокий уровень и экологичность их производства.
В схемах включения энергоэкономичных ламп применяются стартеры ти
па 80C-220-I с повышенной амплитудой зажигающего импульса /3I.6&-67/.

Исследования в области компактных ЛЛ позволили разработать и освоить в ОП ВНИИИС и в П0"Луйс" механизированное производство ИС мощностью от 5 до 36 Вт для использования в светильниках общего и местного освещения /68/. Высокая эффективность ламп позволяет получать уровни освещенности, которые обеспечиваются ЛОН, при экономии до 80% электроэнергии. Необходимое качество цветопередачи достигается применением люминофоров на основе РЗМ. Объемы производства и области применения новых ламп быстро расширяются.

5.3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований.
плазмы и электродов газоразрядных ламп высокого давления нашли
практическое применение при конструировании и освоении производ
ства МГЛ общего и специального назначения, внедренных на СП0"Лисма"
и на Полтавском заводе газоразрядных ламп. Серия МГЛ мощностью от
250 до 2000 Вт с наполнением смесью йодидов Л/сг/,ТI и 7п7₃ при
меняется для общего освещения. Световая отдача ламп - до 90 лм/Вт.

*

В разработке впервыэ ь отечественной практике использовано нерадиоактивное ЭПК на основе окиси иттрил, нашедшее впоследствии применение в других типах ГЛВД взамен радиоактивной окиси тория /37/.

Для спортивного освещения разработана серия линейных МГЛ мощностью 400-3500 Зт с квазинепрерывнкм спектром излучения и цветовой температурой 6000 К /53/. Требования цветного телевидения определили высокий уровень цветопередачи (/?_й>70), сеєторой отдачи (80-90 лм/Вт) и возможность мгновенного перезаютания. Характеристики МГЛ обеспечиваются введением в горелки йодидоа>у , Но , Т/п , Л/а. Т , &Q , Cs, и Li . Дія стабилизации электрических и световых характеристик ламп в их конструкции гпервне использован цирконий-алюминиевый геттер и ЭПК из основе /)у 0 , что положило начало применению в отечественных ЛС нового класса руиттеровна основе окислов РЗМ. В процессе создания ламп разработана технология дозировки йодидов в атмосфере инертного газа и более 30 единиц оригинального технологического оборудования. Разработанные МГЛ применяются в осветительных установках современных спортивных сооружений и экспортируются в зарубежные страны. Для совместной работы с галогенными лампами накаливания или их полной замены при ведении передач цветного телевидения разработана и освоена в производстве лампа типа ДРИ 1000-2 с цветовой температурок 3400 К и световой отдачей 65 лм/Вт. Необходимый спектральный состав излучения достигается оптимальной дозировкой йодидов Li , Ыа , Т , Gd /52/.

Возможность создания на основе ртутно-галоидного разряда квазимонохроматических источников излучения реализованы в серии ламп с добавками йодидов/Vq. ,6-а,Тп,Т ,Li ,/ /54,55/. Полученные с их помошьп данные о $отобиодогических спектрах действия послужили основой разработки растениеводческой лампы ДРФ 1000, спекти излучения которой соответствует спектру действия фотосинтеза. Преимущественное излучение лампы в синей и красной областях обеспечивается добавками Th Г и Lc I, эффективность лампы ДРФ-1000 в 1,5 раза выше, чем у ртутных ламп равной мощности /69,70/.

5.4. По результатам анализа отечественных и зарубежных достижений в области светотехники и многовариантных т'ехнико-пкономиче-ских расчетов под руководством и при непосредственном участии автора разработаны комплексные программы научно-технического прогресса и перспективного развития электроламповой промышленности, определявшие направления поисковых исследований и разработок ИС,

-зо-

новых материалов, технологий и оборудования для их изготовления, а также структурные сдвиги в производстве основных групп изделии / 66-68, 71 / Учитывая имеющееся отставание от мирового уровня, в рамках программы развития светотехники до 1995 года разработана перспективная номенклатура ИС, сформулированы задания по повмвеничі технического уровня основных групп ламп, определены приоритеты ? развитии высокоэффективных газоразрядных, компактных и галогенных ламп накаливания. Реализация наших предложений позволит повысить среднюю световую отдачу ИС в действующих и новых осветительных установках до 45-48 лм/Вт и довести долю световой энергии, генерируемой газоразрядными лампами, до 85-90$. Повышение уровня производства будет обеспечено за счет использования механизированного и автоматизированного оборудования, АСУ технологическими процессами, внедрением роторно-конвейерных линий и совершенствованием управления подотраслью /72./. Дня обеспечения запланированных темпов обновления активной части основных фондов и необходимых изменений ее структуры предусмотрено соответствующее развитие машиностроительной базы на специализированных и электроламповых заводах.

Похожие диссертации на Исследования, направленные на повышение эффективности и внедрения в массовое производство новых источников света

Исследование характеристик светодиодных источников света при питании импульсным токомМышонков, Александр Борисович

Исследование условий освещения с газоразрядными источниками света при высокочастотном питанииСиницына, Людмила Васильевна

Исследование и разработка индукционных люминесцентных источников света на частотах 100-15000 кГцПопов, Олег Алексеевич

Исследование структурных механизмов испарения вольфрама в источниках света в условиях воздействия различных физических факторовКарыгин Игорь Петрович

Исследование и разработка математической модели теплового расчета светильников с высокотемпературными источниками светаУткин, Вячеслав Никилаевич

Исследование и разработка стартеров тлеющего разряда и зажигающих устройств на их основе для высокоэффективных источников светаМайоров Михаил Иванович

Моделирование и управление оптическим излучением тепловых источников света при термоциклических режимах работыАнашкин Петр Михайлович

Физические модели, структурные механизмы и методы замедления процессов старения материалов в источниках светаМордюк, Владимир Семенович

Контроль качества тела накала тепловых источников светаРодин Вячеслав Викторович

Энергоэкономичные источники света: пути повышения световой эффективности и экологичностиКожушко, Григорий Мефодьевич