六圩灯塔灯器升级改造研究.docx

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六圩灯塔灯器升级改造研究

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徐建昌

摘要：针对京杭运河苏北段六圩口与长江交汇处1号航标灯器存在的透镜老化、LED灯发光效率衰减及视距降低等问题，分析了灯器升级改造的必要性，介绍了灯器升级改造的目标、主要技术方案，并提出了本次灯器升级改造的主要技术创新点，最后对大型航标灯器升级改造提出展望。

关键词：京杭运河;大型航标灯;灯器;LED航标;升级改造

：U697.2

：A

：1006-7973（2020）06-0064-03

六圩灯塔为京杭运河苏北段1号航标，设置在扬州施桥镇境内，长江与苏北运河交汇处航道右岸，标型为示位标，用于标示从长江进入苏北运河的航道入口，该标志始建于1986年，塔高15m，随着沿江码头及城市开发建设，背景灯光错综复杂，原有灯塔的显形视距及灯光射程不能很好的发挥助航功能，较多航运单位反映灯塔助航功能弱化，视线混淆。

京杭运河是贯穿江苏南北水运的主通道，担负着我省大宗物资中转集散及北煤南运的战略任务。随着国家京杭运河（徐扬段）续建二期工程的结束，苏北运河运能得到高度释放，年货运量增幅均在lOqo以上，而沟通京杭运河与长江干线的六圩河口因其地理位置突出，通航环境复杂，日显重要。

为进一步改善通航条件，充分发挥1号航标的助航功能，2006年苏北航务管理处对1号航标实施了重建，工程于2007年底竣工，重建后的灯塔采用倒圆台式整体钢结构，塔总高66.9m，被称为“全国内河航标第一灯塔”。发光层高度为46.1m，专门为其设计的6.5m直径的可调射程的LED面光源弧形航标灯为国内首创，技术领先，外形尺寸世界之最（见图1）。

航标灯光源采用普通LED管，灯质采用红色莫尔斯“H”，4闪红光，周期8秒，灯塔的日间视距可达10km以上，灯光有效射程大于10km。工程投入使用以来，助航效果明显，工程水域通航条件得到明显改善，船员反应良好。

1改造背景

截至2019年底，六圩灯塔灯器已连续工作12年，灯器透镜老化、LED光源发光效率衰减，视距降低，灯器需要更换。

为有效改善京杭运河六圩河口的通航环境，及早向进出京杭运河的船舶特别是夜航船舶提供准确、规范、清晰的航向指引，从而为船舶变道、选择航路等提供更充分的准备时间，对六圩灯塔灯器进行升级改造就显得迫在眉睫。

2升级改造目标

根据建设需求及1号航标多年使用经验，对灯器升级提出如下主要改造技术目标：

（1）灯器发光时，距灯塔150米处无灯光盲区;光源整体同步发光时，产生光的叠加效应在距灯塔150米之外视觉为整体光束。

（2）灯光强度控制方法为智能和远程手调并存。其中，智能控制为根据能见度的突然变化自动调节航标灯各大模块光强度，远程手调则为适应四季更替在系统平台调节灯器正常发光强度范围。

（3）光线从水平270°范围射出，保证光强均匀、无死角，且水平配光均匀度不小于85%，灯光射程达10km以上;灯光颜色鲜艳，使用寿命可达10年以上。

（4）采用组合式费涅尔透镜及多棱镜。

3主要技术方案

结合改造目标，主要从LED光源选型、费涅尔透镜设计、灯光发射角、水平配光均匀度、能见度传感器等方面对六圩灯塔灯器进行方案设计。

3.1LED光源的选型

为了满足航标灯颜色要求及保证灯光的颜色鲜明，采用寿命较长、耗电量小的LED光源。目前，常见LED光源有高亮度的普通LED管及高亮度大功率LED管两种光源。

高亮度的普通LED管是原“六圩灯塔弧形LED航标灯”所用的光源，采用了6480粒LED管及平面透镜组合而成，由于普通LED管功率小，仅能在能见度较好的夜晚满足10km灯光视距的要求，雨雪天气及能见度不良时，灯光射程还将进一步降低。

高亮度大功率LED管是本次升级改造中采用的光源，其参数指标为2.1V/1500mA;功率为3w，发散角较大。在天气正常状态下，每粒LED发光管的功率调整为0.5W，航标灯总功率为810W;当检测到能见度降低时，可以控制每粒LED发光管达到最大功率3W，整灯功率达到4860W。航标灯的功率可根据需求多级调节。

3.2费涅尔透镜的设计

尽管采用了高亮度大功率LED管，但每一粒LED管的光强仍较弱，为了保证光线在一定范围内直射出去，必须增大发光效果，为此，技术方案在每组LED光源前增设一套费涅尔透镜（见图2）。

3.3发射角的研究

LED光源放置在距地面46.1米高，中7.5m的灯笼层中工作，在保证视距尽量远的情况，还应保证距灯塔150米处无灯光盲区，这就需要对发散角进行技术研究。

发散角的大小主要与发光体的高度、宽度和透镜的焦距有关，可按以下公式进行计算：

B=57.3×H/F

式中：β一一垂直发散角（°），F——焦距（毫米），H——发光体高度（毫米）。

从公式可知，“H”為LED光源的直径，一般为中5毫米，改变发散角大小只需改变光源焦距的