Содержание к диссертации
Введение
I. Влияние на человека отрицательных климатических факторов, обзор публикаций по средствам теплозащиты и вихревым воздухоохладителям 10
1.1. Санитарно-гигиенический и экономический аспекты проблемы защиты рабочего персонала от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды 10
1.2. Современные способы тепловой защиты рабочих горячих цехов 16
1.2.1. Средства индивидуальной защиты 16
1.2.2. Средства коллективной защиты 24
1.3. Постановка задач исследования .» 28
1.4. Выводы 29
2. Типоразмерный ряд вихревых воздухоохладителей. Планирование эксперимента и экспериментальные стенды 31
2.1. Разработка схем теплозащиты и вихревых воздухоохладителей 31
2.1.1. Средства индивидуальной защиты . 31
2.1.2. Средства коллективной защиты 36
2.2. Типоразмерный ряд воздухоохладителей.
Планирование экспериментального исследования 44
2.3. Экспериментальные стенды и методика исследования 50
2.4. Выводы 58
3. Исследование вихревых воздухоохладителей для средств индивидуальной теплозащиты 60
3.1. Работа вихревой трубы при дозвуковой скорости потока в сопловой вводе. Методы активного воз действия на вихревой процесс 60
3.1.1. Исследование воздухоохладителя. 60
3.1.2. Отвод пограничного слоя от стенок каперы энергоразделения . 64
3.1.3. Вдув дополнительного потока 67
3.2. Ступенчатое соединение вихревых труб как метод повышения эффективности вихревых аппаратов. Исследование двухступенчатого воздухоохладителя ВВ-0,5/1,5-25 78
3.3. Влияние конструктивных факторов на эффективность вихревой трубы; приемы интенсификации вихревого энергоразделения 86
3.3.1. Длина и форма камеры энергоразделения . 90
3.3.2. Применение развихрителя горячего потока 92
3.3.3. Выпуск горячего потока под углом 90 92
3.3.4. Ограждение отверстия диафрагмы . 93
3.3.5. Шероховатость внутренней поверхности камеры энергоразделения 96
3.4. Исследование воздухоохладителей: KB, ВВ-0,5/1,5--25К, КЕЖ 98
3.5. Выводы 105
4. Исследование вихревых воздухоохладителей для средств коллективной теплозащиты 107
4.1. Внутреннее оребрение камеры энергоразделения как метод повышения энергетической эффективности неадиабатных вихревых труб 107
4.2. Универсальный многоцелевой воздухоохладитель КВК 112
4.3 Изучение влияния на характеристики КВК конструктивных и эксплуатационных факторов 118
4.4. Исследование специальных режимов работы КШ 127
4.5. Приемы и методы интенсификации вихревого энергораэделения 131
4.5.1. Хвостовик и решетка на горячем конце камеры энергоразделения 131
4.5.2. Развихритель холодного потока и теплоизолирование патрубка холодного потока 134
4.5.3. Щелевой диффузор для раскрутки холодного потока 135
4.5.4. Интенсификация движения воздуха в межреберных зазорах 139
4.5.5. Вторичное энергоразделение горячего потока в дополнительных вихревых
камерах 139
4.6. Характеристики промышленного образца воздухоохладителя КВК 145
4.7. Выводы 148
5. Экономическая эффективность разработанных аппаратов 151
5.1. Сравнение парокомпрессионного и вихревого кондиционеров 151
Общие выводы 157
Список литературы 159
Приложения 171
- Санитарно-гигиенический и экономический аспекты проблемы защиты рабочего персонала от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды
- Разработка схем теплозащиты и вихревых воздухоохладителей
- Работа вихревой трубы при дозвуковой скорости потока в сопловой вводе. Методы активного воз действия на вихревой процесс
- Внутреннее оребрение камеры энергоразделения как метод повышения энергетической эффективности неадиабатных вихревых труб
- Сравнение парокомпрессионного и вихревого кондиционеров
Санитарно-гигиенический и экономический аспекты проблемы защиты рабочего персонала от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды
Существование "горячих" производств в металлургической, горнодобывающей, машиностроительной, стекольной, химической и др. отраслях промышленности делает неотложным решение проблемы защиты персонала соответствующих предприятий от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Несмотря на принимаемые меры по обеспечению нормальных условий труда, ряд профессиональных групп рабочих (крановщики, агломератчики, металлурги, рабочие шлаковых коридоров и др.) находятся под воздействием отрицательных факторов, снижающих производительность труда и вредящих здоровью. Причем, существует тенденция ухудшения условий труда рабочих отдельных предприятий, на которых в результате модернизации и интенсификации производства внедряются агрегаты большей тепловой мощности взамен существующих. Укрупнение мощностей, например, в металлургии, приводит к значительному увеличению избыточных тепловыделений в горячих цехах. Теплонапряженность этих помещений составляет 290...350 Вт/м3, тогда как уже при 23 Вт/м3 цех, согласно СН 245-63 /85/, считается горячим /24/.
Перечислим факторы, отрицательно действующие на здоровье рабочих. Согласно /41/ опасные и вредные производственные факторы подразделяются на 4 группы:
По данным ряда авторов /24,29,51,60/, основной дискомфорт при работе в условиях горячих производств вносит совокупность трех факторов первой грушш, характеризующих микроклимат рабочей зоны: температура, подвижность и влажность воздуха»
Причем повышенная температура, помимо непосредственного отрицательного влияния, усиливает или обостряет действие на организм человека имеющихся в горячих цехах паров окиси углерода, углеводородов и других газов и паров /66/. Можно считать, и ниже это будет показано, что повышенная температура является главным отрицательным фактором горячих производств.
Известны многочисленные рекомендации /90,97,100,103,105/ по выбору параметров воздуха для создания оптимального микроклимата, при котором, согласно /39/, длительное время сохраняется нормальное функциональное и тепловое состояние организма человека. Несмотря на то, что отдельные исследования /50,103,106/ указывают на ограниченную достоверность действующих норм микроклимата, в дальнейшем будем руководствоваться рекомендациями официальных документов - санитарными нормами СН-245-63 /85/ и ГОСТ 12.1.005 - 76 /39/.
Разработка схем теплозащиты и вихревых воздухоохладителей
С учетом заданных в табл.2.1 параметров названным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют воздухоохладители на основе адиабатных вихревых труб, уже применяемых в средствах индивидуальной теплозащиты. Очевидно, что в конструкции возимых воздухоохладителей могут быть применены и неадиабатные (охлаждаемые) вихревые трубы, т.к. масса воздухоохладителя не играет в этом случае определяющую роль.
Рассмотрим схемные решения воздухоохладителей для конкретных профессиональных групп рабочих (рис.2.I) (конструкция воз -духоохладителей подробно описана в главах 3 и 4),
Для рабочих шлаковых коридоров совместно с ОКБ НИИ ГТ и ПЗ разработана система охлаждения, состоящая из возимого (носимого) воздухоохладителя КВЖ (см. рис.3.1? ) и жилета локального охлаждения с пневмокаской. Так как рабочее место располагается на передвижной платформе, предложено использовать автономное возду-хоснабжение от баллонов со сжатым воздухом. Ограниченное количество воздуха сделало необходимым разработку схемы воздухоохладителя, обладающего большей экономичностью. По нормам техники безопасности было выбрано предельно высокое давление сжатого воздуха после редуктора - 2,5 МПа. Это позволило в качестве прототипа КВЖ использовать схему двухступенчатого вихревого воздухоохладителя ВВ-0,5/1,5-25М (см.рис.1.2 б и описание к нему в п.1.3).
Схемное отличие КВЖ от прототипа заключается в установке на выпуске холодных потоков эжекторов для уменьшения эффекта охлаждения до разрешенного Санитарными нормами и соответственного увеличения расхода холодного потока. Схема предусматривает воз PQ = 0,5...0,6 МПа с сохранением прежней холодопроизводитель-ности за счет увеличения потребления сжатого воздуха. Этим достигается расширение области использования воздухоохладителя.
Экспериментальное исследование (см. п.3.4) подтвердило эффективность схемного решения.
Для ремонтных рабочих и крановщиков, использующих частично изолирующие СИЗ, предложены два носимых воздухоохладителя на основе адиабатной вихревой трубы: ВВ-0,5/1,5-4 при PQ =0,185 МПа и KB О) с эжектором на выпуске холодного потока при Р« =0,5... 0,6 МПа (рис.2.I а,б).
Работа вихревой трубы при дозвуковой скорости потока в сопловой вводе. Методы активного воз действия на вихревой процесс
Наименьшие энергетические затраты при работе вихревой трубы возможны в случае обратимого протекания процесса энергоразделения. Однако, работа вихревой трубы характеризуется значительной необратимостью в результате расширения рабочего тела по необратимой политропе /61,63/. Необратимы также многие другие процессы, сопровождающие работу вихревой трубы: дросселирование разделенных потоков в диафрагме, регулировочном вентиле и пр.
Представляется возможным увеличить термодинамическую эффективность вихревого процесса охлаждения путем использования воздуха с пониженным давлением. Указанное мероприятие позволит снизить градиенты давлений и температур в вихревой трубе, понизить скорость протекания процессов и сделать все процессы более равновесными, следовательно, менее необратимыми и отличными от процессов идеального холодильного цикла Лоренца.
Следует отметить малую изученность работы вихревых труб при малых степенях расширения газа 1,2,3,0, в частности, работу вихревых труб при дозвуковых скоростях г " течения газа в сопловом вводе:
Немногочисленные публикации по этому вопросу относятся исключительно к области значений Ж 1,12 /43,64/t т.е. к вихревым трубам, питаемым от высоконапорных вентиляторов,ч
Исследование работы вихревой трубы при дозвуковых Т представляет значительный практический интерес. Перечислим основные причины,
1, Для достижения теплового комфорта и исключения побочных вредных для организма эффектов температура потока, охлаждающего тело рабочего, не должна быть ниже температуры окружающей среды более, чем на 10,.,15 К /85/, Вихревые трубы, питаемые не -осушенным сжатым воздухом, могут обеспечить необходимые перепады температуры уже при Ж 1,25 (см. рис.3.1).
2, Использование низконапорных источников сжатого воздуха ( Рс = 0,185 МПа) позволит уменьшить стоимость вырабатываемого холода и обойтись без специальных глушителей шума.
Внутреннее оребрение камеры энергоразделения как метод повышения энергетической эффективности неадиабатных вихревых труб
Известно несколько модификаций вихревых труб с внутренним и внешним оребрением камеры энергоразделения /15,17,18,20/. Наиболее простые и технологичные устройства такого типа содержат горячий конец в виде пакета теплопроводных пластин-ребер, чередующихся с кольцевыми прокладками. Участки пластин, охватываемые прокладками, образуют внутреннее оребрение, а участки, находящиеся вне прокладок - внешнее оребрение камеры энергоразделения.
Для оценки возможностей и преимуществ ребристых вихревых труб указанного типа было проведено экспериментальное исследование вихревой трубы, конструкция которой изображена на рис,4,1, Диаметр вихревой трубы в сопловой части составлял 10 мм, длина заглушённой камеры энергоразделения - L = 12 и длина начального конического участка ( = 3) - L% = 3. В 48 ребрах толщиной 0,9 мм (материал - алюминиевый сплав АМГ) были выполнены по 5 отверстий диаметром 12 мм. Совокупность соосных вихревой камере центральных отверстий образовывала основную зону камеры энергоразделения. Коэффициент внутреннего и внешнего оребрения составил, соответственно, 68 и 47.
Сравнение парокомпрессионного и вихревого кондиционеров
В рамках настоящей работы созданы четыре вихревых воздухоохладителя: KB, КБЖ, ВВ-0,5/1,5-25К и КВК, Первые четыре пред -назначены для средств индивидуальной защиты. Экономическая эффективность их применения должна быть рассчитана для каждого конкретного случая, Однако с большей долей вероятности можно предположить, что подсчитанная величина будет положительной, т.к, прототипы этих воздухоохладителей успешно эксплуатируются в промышленности (см, п,1,2,1), Например, рассчитанный экономический эффект от внедрения КВЖ на Коммунарском металлургическом заводе для теплозащиты рабочих шлаковых коридоров равен 154 тыс.руб/год.
Воздухоохладитель КВК предназначен для кондиционирования кабин электрических кранов. Как показано в п.1,2.2, для этих же целей применяются серийно изготавливаемые парокомпрессионные кондиционеры типа КТ, СКК, Поэтому об экономической целесообразности использования вихревого кондиционера можно судить только после проведения технико-экономического анализа. Тем более, что до настоящего времени вихревые устройства для кондиционирования кабин не применялись и соответствующие экономические расчеты не проводились.
