Источники света
Источниками света на судах служат лампы, которые разделяют на тепловые (лампы накаливания) и газоразрядные (люминесцентные лампы низкого и высокого давления).
Лампы накаливания. Эти лампы состоят из стеклянной колбы, внутри которой на стеклянном стержне с помощью молибденовых крючков закреплена нить накала из вольфрамовой проволоки. Два платинитовых или никелевых электрода соединяют концы нити накала с цоколем, изготовленным из латуни или оцинкованной стали. Лампы малой мощности выполняют вакуумными, а колбы ламп большой мощности заполняют смесью тяжелых инертных газов (аргон, криптон, азот) под давлением около 80 кПа. Основная цель заполнения ЛН инертным газом - замедлить испарение материала нити (увеличить время горения N) и уменьшить передачу теплоты к колбе.
Температура нити накала вакуумных ЛН составляет около 2400 С, а газонаполненных - около 2900 С. С повышением температуры накала увеличивается световая отдача ψ лампы - отношение светового потока (лм) лампы к ее электрической мощности (Вт). Лампы накаливания большой мощности, а также лампы низкого напряжения, имеющие более толстую нить и, следовательно, допускающие более высокую температуру накала, обладают большей световой отдачей по сравнению с ЛН малой мощности и высокого напряжения.
К применению на судах рекомендованы лампы судовые и общего назначения с обычной и цилиндрической колбой (продолжительность горения 1000 ч), низковольтные миниатюрные и автомобильные лампы, лампы прожекторные мощностью 500-5000 Вт с небольшой продолжительностью горения (30-400 ч), лампы зеркальные с внутренним зеркальным покрытием колбы для концентрации светового потока и лампы кварцевые галогенные (йодистые). Последние изготовлены в виде горизонтально устанавливаемых цилиндрических кварцевых трубок небольших габаритных размеров со спиральной нитью накала, расположенной по длине трубки. В состав инертных газов кварцевой лампы введены галогены (йод или бром), что обеспечивает оседание испаряющегося вольфрама на нить накала и повышает срок службы лампы.
Лампы накаливания широко используют благодаря ряду достоинств: простоте конструкции и низкой стоимости, широкому диапазону шкал мощностей и напряжений, разнообразию форм и размеров, простоте подключения к сети, отсутствию периода разгорания и широкому диапазону рабочих температур (±60 °С). В то же время они имеют существенные недостатки: низкий КПД (2-3 %), большую зависимость характеристик ламп от колебаний напряжения, отличие спектрального состава от естественного света.
Люминесцентные лампы низкого давления. По сравнению с лампами накаливания ЛЛ являются более совершенными источниками света. На судах широко применяют трубчатые ЛЛ. Они выполнены в виде стеклянных трубок длиной 0,3-0,6 м (при напряжении 127 В) и 0,9-1,5 м (при напряжении 220 В). На внутреннюю поверхность ламп нанесен слой люминофора. На концах трубки впаяны 2 электрода в виде вольфрамовой спирали, покрытой слоем оксида для увеличения эмиссии электродов. После откачивания воздуха в лампу вводится капля ртути и инертный газ под давлением 400 Па. Принцип горения лампы основан на явлении люминесценции: атомы аргона, а затем смеси атомов аргона и ртути под действием разности потенциалов на электродах начинают излучать ультрафиолетовые лучи (электролюминесценция). Лучи, попадая на люминофор, вызывают его видимое свечение (фотолюминесценция). Изменяя состав люминофора, получают ЛЛ трех типов: ДЦ - лампы дневного света, ЛДЦ - лампы дневного света с улучшенной цветопередачей, ЛБ - лампы белого света. В судовых условиях в основном применяют ЛЛ типа ЛБ со спектральным составом, близким к естественному свету.
Оптимальная температура работы ЛЛ составляет 20-25 °С. Отклонение температуры в любую сторону уменьшает светоотдачу. При снижении напряжения на 10 % номинального лампы могут не зажечься или мигать. Частота включений ЛЛ влияет на срок их службы, так как в момент включения происходит распыление оксидного покрытия электродов, при полном расходовании которого лампа перестает зажигаться.
По сравнению с ЛН люминесцентные лампы имеют КПД и срок службы в 3-4 раза больше, они стойки к воздействию вибраций и ударов, при колебаниях напряжения сети параметры горения изменяются незначительно, обладают небольшой яркостью, имитируют естественное дневное освещение. К недостаткам ЛЛ следует отнести: зависимость световых параметров от температуры; наличие стробоскопического эффекта (неощутимые глазом мигания света могут совпасть с частотами механических колебаний тел, в результате искажается действительное представление о движении тел, т. е. движущаяся деталь может показаться неподвижной); необходимость применения достаточно сложных и тяжелых пусковых устройств в связи с тем, что напряжение зажигания ламп превышает рабочее напряжение лампы, а иногда и напряжение сети; наличие периода зажигания; токсичность паров ртути, которые могут появиться при разрушении лампы.
Люминесцентные лампы тлеющего разряда применяются как сигнализационные. Они состоят из небольшой стеклянной цилиндрической колбы, покрытой люминофором. Внутри впаяны два близко расположенных электрода. В зависимости от состава люминофора лампы дают желтый, зеленый, оранжевый и другие цвета (соответственно типы ТЛЖ, ТЛЗ, ТЛО и др.).
Люминесцентные лампы высокого давления. Наиболее распространены ЛЛ высокого давления типа ДРЛ (дуговая ртутная лампа). Они состоят из стеклянной колбы 5, покрытой внутри люминофором, и заключенной в ней кварцевой трубки 3, заполненной аргоном при давлении 400 Па с добавкой ртути (рисунок 29.1). В торцы кварцевой трубки впаяны активированные рабочие 4 и поджигающие 2 электроды, включенные через резисторы 1.
Рисунок 29.1 – Дуговая ртутная четырех электродная лампа типа ДРЛ.
При включении лампы в сеть между рабочими и поджигающими электродами возникает тлеющий разряд, ионизирующий аргон. При достаточной ионизации разряд перебрасывается в промежуток между рабочими электродами, после чего начинается процесс испарения ртути и повышения давления внутри трубки до 500-10 000 Па. Возникший дуговой разряд сопровождается интенсивным излучением ультрафиолетовых лучей. Люминофор преобразует невидимое ультрафиолетовое излучение в свет. Схема включения лампы ДРЛ состоит из дросселя L, ограничивающего ток лампы и стабилизирующего режим горения, конденсатора С, подавляющего радиопомехи. Период разгорания лампы составляет 3-10 мин.
Световой поток и процесс зажигания лампы не зависят от температуры окружающей среды, так как большая колба заполнена углекислым газом, являющимся теплоизолирующей оболочкой. Достоинством ламп ДРЛ является сочетание малых габаритных размеров с большим световым потоком (10-46 клм при мощностях ламп 250-1000 Вт). К недостаткам ламп ДРЛ следует отнести наличие периода разгорания. После погасания повторное включение возможно только через 5—10 мин после охлаждения лампы.
Двухэлектродные лампы ДРЛ не имеют зажигающих электродов, и их схема включения усложнена трансформатором, разрядником и другими элементами.
Существуют дуговые ксеноновые, криптоновые, натриевые и металлогалогенные лампы, отличающиеся различными цветовыми оттенками.