RU2492939C1

RU2492939C1 - Uv led irradiator

Info

Publication number: RU2492939C1
Application number: RU2012106956/05A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Андреевич Сергеев; Виктор Васильевич Ершов; Дмитрий Константинович Подымало; Виктор Васильевич Юдин; Вячеслав Васильевич Громаков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Центр инноваций и кооперации"; Общество с ограниченной ответственностью "САМПОЛ"
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-09-20

Abstract

FIELD: process engineering.SUBSTANCE: invention relates to UV hardening of polymer materials and may be used in production of cylindrical articles and repair of damaged pipelines. Proposed irradiator is composed of cylindrical case with aligned holes to house the article to be processed and power supply cable plugs and divided in plane passing through cylindrical case rotational axis into two mirror parts pivoted along one of the lines of case separation. Every said part comprises heat sink plates, reflector, permanent magnets and clip handles arranged at case both parts along the other separation line. Said UV radiation source is composed of UV LEDs connected in series regularly arranged in lines on said heat sink plates secured at inner surface of the case both parts. Said irradiator is composed of material thin layer with reflecting surface directed to processed part and holes for LEDs and secured to heat sink plates.EFFECT: hardening of pipelines made of polymer materials without dismantling, higher safety under industrial conditions.1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для отверждения полимерных материалов лучистой энергии, в частности, ультрафиолетовым (УФ) излучением и может быть использовано, в частности, при изготовлении изделий цилиндрической формы и при ремонте поврежденных участков трубопроводов.The invention relates to devices for curing polymeric materials of radiant energy, in particular, ultraviolet (UV) radiation and can be used, in particular, in the manufacture of cylindrical products and in the repair of damaged sections of pipelines.

Известно устройство для отверждения полимерных смол (см. АС СССР №580807, МПК B01J 19/08, Устройство для отверждения полимерного материала, автор Цыбин Б.П., опубликовано: 27.04.1997), содержащее корпус камеры для обработки материала, соединенный с системой подачи и отбора газа, установленные в нем источник излучения с оптическими средствами для направления светового потока и платформу для укладки изделия, снабженное смонтированными на нижней поверхности платформы блоком приема светового потока, а также несколькими расположенными равномерно по рабочей поверхности напротив приемников излучения дополнительными источниками излучения.A device for curing polymer resins is known (see USSR AS No. 580807, IPC B01J 19/08, A device for curing polymer material, by B. Tsybin, published: 04/27/1997), comprising a housing for processing the material connected to the system gas supply and selection, a radiation source installed in it with optical means for directing the light flux and a platform for laying the product, equipped with a light flux receiving unit mounted on the lower surface of the platform, as well as several that are evenly spaced whose surface opposite the radiation receivers is additional radiation sources.

Известно устройство для отверждения вещества УФ-излучением (см. Патент РФ №2401703, МПК B05D 3/06, Способ отверждения вещества УФ-излучением и устройство для его осуществления, опубл. 20.10.2010 г.) содержащее источник УФ-излучения в виде линеек (рядов), последовательно соединенных УФ-светодиодов, радиатор для охлаждения УФ-светодиодов, расположенный на радиаторе датчик температуры, связанный с блоком управления УФ-светодиодами, систему оптической фокусировки, блок управления УФ-светодиодами, содержащий контроллер, силовые модули управления УФ-светодиодами, каждый из которых выполнен в виде импульсного управляемого стабилизатора тока, обеспечивающего подачу импульсов тока на соответствующую линейку УФ-светодиодов, при этом частота, величина тока и скважность импульсов тока устанавливается в зависимости от свойств отверждаемого вещества и условий отверждения.A device for curing a substance with UV radiation (see RF Patent No. 2401703, IPC B05D 3/06, Method for curing a substance with UV radiation and a device for its implementation, publ. 20.10.2010) containing a source of UV radiation in the form of rulers (rows) of UV-LEDs connected in series, a radiator for cooling the UV-LEDs, a temperature sensor located on the radiator, connected to the UV-LED control unit, an optical focusing system, a UV-LED control unit containing a controller, UV-light power control modules diodes, each of which is made in the form of a pulsed controlled current stabilizer, providing current pulses to the corresponding line of UV-LEDs, while the frequency, current magnitude and duty cycle of the current pulses are set depending on the properties of the cured substance and the curing conditions.

Общим недостатком указанных выше известных устройств является формирование потока УФ-излучения в одном направлении и невозможность их применения для отверждения полимерного материала, расположенного на цилиндрической поверхности или изделий из полимерного материала, имеющих цилиндрическую форму.A common disadvantage of the above known devices is the formation of a UV radiation flux in one direction and the impossibility of their use for curing a polymeric material located on a cylindrical surface or articles made of a polymeric material having a cylindrical shape.

Известно устройство (см. Патент РФ №2411044, МПК A61L 2/10, B05B 7/00 «Лазерная дезактивация поверхности профилированных деталей», авторы Тюрко Б. и Фишер М., опубл. 10.02.2011 г.), содержащая корпус, боковые стенки с отверстием для цилиндрических деталей, источник УФ-излучения, в качестве которого используются УФ-лазеры. Недостатками известного устройства являются большие габариты и повышенная опасность эксплуатации из-за использования УФ-лазеров и высоковольтных источников питания для них, а также невозможность осуществления ремонта участков трубопровода без нарушения целостности трубопроводной системы, поскольку известное устройство не позволяет осуществить охват дефектного участка трубопровода без демонтажа системы.A device is known (see RF Patent No. 2411044, IPC A61L 2/10, B05B 7/00 "Laser decontamination of the surface of profiled parts", authors Turko B. and Fischer M., published on 02/10/2011), containing the case, side walls with a hole for cylindrical parts, a source of UV radiation, which uses UV lasers. The disadvantages of the known device are its large dimensions and increased operational risk due to the use of UV lasers and high-voltage power supplies for them, as well as the inability to repair pipeline sections without violating the integrity of the pipeline system, since the known device does not allow coverage of a defective pipeline section without dismantling the system .

Известно устройство (см. Патент РФ №2070057, МПК A61L 2/10 «Устройство - для импульсной стерилизации медицинских инструментов», авторы Холмогоров В.Е., Новиков Д.И., Шалларь А.В. и др., опубл. 10.12.1996), содержащее цилиндрический корпус, боковые стенки с отверстием для установки цилиндрической трубы, источник УФ-излучения, источник питания с кабелем для питания УФ излучателя. Недостатком известного устройства также является повышенная опасность эксплуатации из-за использования специализированных источников питания для УФ-излучателей и невозможность облучения участков трубопровода без нарушения целостности трубопроводной системы.A device is known (see RF Patent No. 2070057, IPC A61L 2/10 “Device - for pulse sterilization of medical instruments”, authors Kholmogorov V.E., Novikov D.I., Shallar A.V. et al., Publ. 10.12 .1996), containing a cylindrical body, side walls with an opening for installing a cylindrical pipe, a UV radiation source, a power source with a cable for powering the UV emitter. A disadvantage of the known device is also the increased danger of operation due to the use of specialized power sources for UV emitters and the inability to irradiate sections of the pipeline without violating the integrity of the pipeline system.

Технический результат заключается в возможности облучения и отверждения изделий из полимерного материала, имеющих цилиндрическую форму, и полимерных материалов, расположенных на участках цилиндрических поверхностей, в том числе представляющих собой целостную неразмыкаемую (например, трубопроводную) систему, без демонтажа этой системы, а также в повышении безопасности эксплуатации в промышленных условиях.The technical result consists in the possibility of irradiation and curing of articles made of a polymeric material having a cylindrical shape, and polymeric materials located on sections of cylindrical surfaces, including those representing an integral non-disconnectable (for example, pipeline) system, without dismantling this system, and also in increasing safety of operation in an industrial environment.

Технический результат достигается тем, что известный ультрафиолетовый облучатель, содержащий цилиндрический корпус, боковые стенки с соосными отверстиями для размещения обрабатываемого цилиндрического изделия, источник ультрафиолетового излучения, разъемы для подключения кабеля от источника питания, разделен по плоскости, проходящей через ось вращения цилиндрического корпуса, на две зеркально симметричные части, соединенные между собой шарнирным (или петлевым) соединением по одной из линий разделения корпуса, при этом каждая часть содержит теплоотводящие пластины; отражатель; постоянные магниты и ручки-скобы, расположенные на обеих частях корпуса вдоль другой линии разделения; причем в качестве источника ультрафиолетового излучения используются последовательно соединенные ультрафиолетовые светодиоды, равномерно расположенные в виде рядов (линеек) на теплоотводящих пластинах, закрепленных по внутренней поверхности обеих частей корпуса, так, что светодиоды расположены равномерно по внутренней поверхности обеих частей корпуса; а отражатель в виде тонкого слоя материала с направленной на обрабатываемую деталь отражающей поверхностью и отверстиями для светодиодов прикреплен к теплоотводящим пластинам.The technical result is achieved by the fact that the known ultraviolet irradiator comprising a cylindrical body, side walls with coaxial openings for accommodating the cylindrical product being processed, an ultraviolet radiation source, connectors for connecting a cable from a power source, is divided into two along a plane passing through the axis of rotation of the cylindrical body mirror-symmetric parts interconnected by a hinge (or loop) connection along one of the housing separation lines, with each part contains heat sink plates; reflector; permanent magnets and staples located on both sides of the housing along another separation line; moreover, as a source of ultraviolet radiation, ultraviolet LEDs are used in series, uniformly arranged in rows (rulers) on heat sink plates fixed on the inner surface of both parts of the housing, so that the LEDs are arranged uniformly on the inner surface of both parts of the housing; and a reflector in the form of a thin layer of material with a reflective surface directed to the workpiece and holes for LEDs is attached to the heat sink plates.

На чертеже показана фронтальная проекция ультрафиолетового светодиодного облучателя с источником питания и кабелем и его поперечный разрез.The drawing shows a frontal projection of an ultraviolet LED illuminator with a power source and cable and its cross section.

Ультрафиолетовый светодиодный облучатель состоит из двух одинаковых (зеркально симметричных) частей - часть I и часть II. Каждая часть состоит из корпуса 1, боковых стенок 2, теплоотводящих пластин 3, светодиодов 4, отражателя 5. Обе части соединены шарнирным (или петлевым) соединением 6 и имеют постоянные магниты 7 и ручки 8. На боковых стенках ультрафиолетового светодиодного облучателя расположены разъемы 9, к которым от источника питания 10 подводится напряжение по кабелю 11.The ultraviolet LED irradiator consists of two identical (mirror-symmetric) parts - part I and part II. Each part consists of a housing 1, side walls 2, heat sink plates 3, LEDs 4, a reflector 5. Both parts are connected by a hinge (or loop) connection 6 and have permanent magnets 7 and handles 8. Connectors 9 are located on the side walls of the ultraviolet LED irradiator. to which voltage is supplied from the power source 10 via cable 11.

Заметим, что разъемы для подключения кабеля источника питания рекомендуется располагать на боковых поверхностях ближе к шарнирному (или петлевому) соединению. В этом случае кабель питания будет меньше подвержен изгибу и разъемы не будут мешать раскрытию обоих частей ультрафиолетового светодиодного облучателя.Note that the connectors for connecting the power supply cable are recommended to be located on the side surfaces closer to the hinge (or loop) connection. In this case, the power cable will be less prone to bending and the connectors will not interfere with the opening of both parts of the UV LED illuminator.

Для улучшения теплоотвода в корпусе ультрафиолетового светодиодного облучателя рекомендуется выполнить перфорацию в виде равномерно расположенных отверстий, не ухудшающих прочности корпуса.To improve heat dissipation in the case of an ultraviolet LED illuminator, it is recommended to perforate in the form of evenly spaced openings that do not impair the strength of the case.

Сущность изобретения поясним на примере ремонта участка трубопровода. Поврежденный участок трубопровода обматывают препрегом, то есть материалом, пропитанным полимерной смолой, быстрое отверждение которого происходит под действием ультрафиолетового облучения. Ультрафиолетовый светодиодный облучатель работает следующим образом. Раскрывают соединенные шарниром (петлей) 6 обе части ультрафиолетового светодиодного облучателя ручками 8, преодолевая силы магнитного сцепления постоянных магнитов 7, заводят в раскрытом состоянии на участок трубопровода таким образом, чтобы трубопровод разместился в отверстиях боковых стенок 2 ультрафиолетового светодиодного облучателя. Предварительно трубопровод в месте дефекта обматывают препрегом - материалом, пропитанным полимерной смолой. Затем обе части ультрафиолетового светодиодного облучателя смыкают, при этом они удерживаются постоянными магнитами 7. Включают источник питания 10, который подает напряжение через кабель 11 и разъемы 9 на светодиоды 4. Для уменьшения перегрева светодиоды закреплены на теплоотводящих пластинах 3, расположенных на внутренней поверхности корпуса 1. Отражатель 5 обеспечивает более равномерное распределение ультрафиолетового излучения по облучаемой поверхности. По окончании процесса первичного отверждения полимерной смолы, источник питания 10 выключают, ультрафиолетовый светодиодный облучатель раскрывают ручками 8 и снимают с трубопровода.We explain the invention by the example of repair of a pipeline section. The damaged section of the pipeline is wrapped with a prepreg, that is, a material impregnated with a polymer resin, the rapid curing of which occurs under the influence of ultraviolet radiation. Ultraviolet LED irradiator operates as follows. Opened by a hinge (loop) 6, both parts of the ultraviolet LED irradiator with handles 8, overcoming the magnetic adhesion forces of the permanent magnets 7, are opened in the open state on the pipeline section so that the pipeline is located in the openings of the side walls 2 of the UV LED irradiator. Previously, the pipeline at the defect site is wrapped with a prepreg - a material impregnated with a polymer resin. Then, both parts of the ultraviolet LED irradiator are closed, while they are held by permanent magnets 7. They turn on the power source 10, which supplies voltage through the cable 11 and connectors 9 to the LEDs 4. To reduce overheating, the LEDs are mounted on heat sink plates 3 located on the inner surface of the housing 1 The reflector 5 provides a more uniform distribution of ultraviolet radiation over the irradiated surface. At the end of the process of primary curing of the polymer resin, the power source 10 is turned off, the ultraviolet LED irradiator is opened with handles 8 and removed from the pipeline.

Соосные отверстия в боковых стенках обеспечивают расположение обрабатываемого цилиндрического изделия или участка трубопровода по оси ультрафиолетового светодиодного облучателя, так, что расстояние от каждого светодиода до ближайшей точки обрабатываемой поверхности изделия или трубопровода одинаково. Для обеспечения равномерного облучения препрега светодиоды выбирают с достаточно большим углом расхождения светового потока, а плотность размещения светодиодов (число светодиодов на единицу площади) на внутренней поверхности ультрафиолетового светодиодного облучателя выбирают, исходя из мощности оптического излучения светодиодов и необходимой плотности излучения на рабочей поверхности, которые в свою очередь определяются диаметром цилиндрического изделия (трубопровода), расстоянием от светодиодов до рабочей поверхности и свойствами полимерной смолы. Отражатель дополнительно выравнивает распределение плотности потока излучения по облучаемой поверхности.Coaxial holes in the side walls provide the location of the processed cylindrical product or pipeline section along the axis of the ultraviolet LED irradiator, so that the distance from each LED to the nearest point on the treated surface of the product or pipeline is the same. To ensure uniform prepreg irradiation, the LEDs are selected with a sufficiently large angle of divergence of the light flux, and the density of the LEDs (number of LEDs per unit area) on the inner surface of the ultraviolet LED irradiator is selected based on the optical radiation power of the LEDs and the required radiation density on the working surface, which in turn, they are determined by the diameter of the cylindrical product (pipeline), the distance from the LEDs to the working surface and properties s resin. The reflector further aligns the distribution of the radiation flux density over the irradiated surface.

Потребляемая мощность светодиодов намного меньше мощности потребления газоразрядных (кварцевых) ламп или лазеров, для питания которых необходимы габаритные источники питания с повышенным напряжением. Использование низковольтных источников питания для ультрафиолетовых светодиодных облучателей не только снижает массогабаритные параметры всей установки, но существенно повышает безопасность эксплуатации таких облучателей в производственных условиях.The power consumption of LEDs is much less than the power consumption of gas-discharge (quartz) lamps or lasers, for the power of which large-sized power sources with high voltage are required. The use of low-voltage power supplies for ultraviolet LED irradiators not only reduces the overall dimensions of the entire installation, but significantly increases the safety of such irradiators in production conditions.

Claims

An ultraviolet LED irradiator comprising a cylindrical body, side walls with coaxial holes for accommodating the cylindrical product being processed, an ultraviolet radiation source, connectors for connecting a cable from a power source, characterized in that the cylindrical body with side walls is divided along a plane passing through the axis of rotation of the cylindrical body into two mirror-symmetric parts, interconnected by a hinge or loop connection along one of the separation lines of the housing , Each part contains a heat sink plate; reflector; permanent magnets and staples located on both sides of the housing along another separation line; in this case, ultraviolet LEDs are used as a source of ultraviolet radiation, uniformly arranged in the form of rows - lines on the heat-removing plates, mounted on the inner surface of both parts of the housing so that the LEDs are located uniformly on the inner surface of both parts of the housing, and the reflector in the form of a thin layer material with a reflective surface directed to the workpiece and holes for LEDs is attached to the heat sink plates.