Введение к работе
Актуальность работы.
Промышленная пыль является одной из основных опасностей и зредностсй. Ее нахождение в концентрациях чыше допустимых приводит < профессиональным заболеваниям, а также к взрывам и пожарам, которые, во многих случаях, вызывают тяжелые травмы и гибель людей. Ре-псние проблемы обеспечения нормативных параметров по пылевому фактору невозможно без качественного (надежного) пылевого контроля. Зднако, если для слежения за нормативами ПДК ныли в воздухе рабочей ',оны можно обойтись периодическими (так, как это предусмотрено в на-:тоящее время) замерами запыленности воздуха, то для предупреждения ізрьівов пыли необходим постоянный, непрерывный контроль, обеспе-швагощий недопущение создания концентрации пыли, в первую очередь і воздуховодах, приближающейся к нижнему концентрационному пре-іелу взрывчатости.
Большинство аппаратов очистки воздуха от пыли, аффективные в тчальный период эксплуатации, по разным причинам снижают свою іффективность во времени. Поэтому, необходим постоянный контроль :а эффективностью работы аппаратов очистки. И, наконец, нередко покупающий в рабочие помещения воздух бывает загрязнен пылью выше юпустимых нормативов и поэтому здесь требуется его предварительная >чистка. А, чтобы не расходовать излишне энергию и не эксшгуатиро-іать бесполезно аппараты очистки, здесь также необходим постоянный юнтроль.
Поэтому, в промышленно развитых странах мира продолжаются штенсивные исследовательские работы и принимаются законодательное акты по совершенствованию средств контроля экологической си-уации в атмосфере производственных пометений, на промплошадке и в анитарной зоне.
Большой вклад в теорию пылеметрии и методику инструменталь-гого контроля пылесодержания внесли отечественные ученые Богуслав-кий Е.И., Журавлев В.П.. Ищук И.Г.. Кирин Б.Ф., Коузов В.А., Куд-іяшов В.В., Петрянов И.В., Поздняков Г.А., Фукс В.К. и др.; а также за-іубежньїе ученые Gast Т., Leithe W., Martin L.C., Tcissey М. и др. Иссле-;ования по этому направлению ведутся в отечественных научных учреж-,ениях: институте горного дела им. Скочинского, институте проблем омплексного освоения недр академии наук Российской Федерации, Мо-ковском государственном горном университете, Ростовском-на-Дону осударственном строительном университете (РГСУ), Новочеркасском осударственном техническом университете (НГТУ), институте физики емли АНРФ и др.
Разработка новых способов определения концентрации пыли тре-
бует создания современных методик и средств измерения, направленны? на обеспечение в первую очередь нормативных параметров пыли пс предупреждению взрывов (а иногда, следующих за ними пожаров), является чрезвычайно важной и актуальной проблемой современности.
Цель работы.
Создание эффективной методики измерения концентрации пыли і несущих газовых средах и разработка аппаратуры по непрерывном) контролю и управлению запыленностью1' воздуха в воздуховодах при ра боте технологического оборудования промышленных предприятий.
Основная идея работы.
Измерение концентрации твердой фазы пыле-газового потока пс сигналам акустической эмиссии, разложенным на подспектры основны) и тембровых гармоник Фурье.
Методы исследования.
Построение математических моделей, выбор значимых информационных параметров и анализ пылесодержания с помощью теории распознавания образов.
Достоверность результатов:
— эффективность применения предлагаемой методики пылемет-
рии подтверждена эталонным весовым контролем;
надежность полученных результатов подтверждена на специально созданных пылсметрическнх моделях и в натурном полномасштабном эксперименте:
результаты лабораторных и натурных испытаний подтверждены при промышленных испытаниях.
Научная новизна работы:
на основе бинарной реологической модели пылегазовой смеси выявлена эффективная корреляция массовой концентрации пыли в потоке с амплитудами и частотами акустического спектра Фурье;
подтверждено, что основные и тембровые гармоники Фурье-спектра содержат информацию о концентрации твердой фазы в воздушных и газовых потоках;
доказано, что концентрация пыли в потоке может быть оценена по методу потенциальных функций из теории распознавания образов;
предложено представлять процесс разделения информационного пространства на классы концентраций в виде эколограммы, выражающей зависимость концентраций от двух признаков, например, частот и амплитуд гармоник спектра акустической эмиссии;
эколограмма содержит информацию о пылесодержании потока в зависимости от выбранных параметров;
показано, что в часто встречающихся ситуациях, концентрации твердой фазы в пылевом потоке могут быть надежно оценены измерением среднего обшего уровня шума сигнала акустической эмиссии с помощью шумомерной аппаратуры в полосе частот до 50-60 kHz.
Новизна разработанного метода подтверждена решениями ВНИ-ИХПЭ о выдаче двух патентов на изобретения от 28.10.96 г. и от 07.05.97 г. по заявкам № 96107729/25 (013009) и № 96107578/25 с приоритетами от 18.04.96 г.
Практическое значение:
предложены новые виды технических средств пылеметрии, осно-занные на анализе основных и тембровых гармоник спектра АЭ;
разработан комплекс алгоритмов и программ для ПЭВМ, яв-тяющийся математическим обеспечением средств автоматизации и полу-їєшія оперативных данных о текущем режиме пылепереноса в пылепро-зодах.
Реализация работы.
Разработанные новые принципы измерения концентрации пыли, основанные на спектрально-тембровой акустической методике, позво-іяют создать портативные средства непрерывного контроля запылен-іости потоков на основе разработанного апробированного метода. Методика пылеметрии внедрена в проектную практику завода строительной материалов "Поликом" Ко: ЛТД г. Сочи, цеха пылеулавливания ЦПУ) ОАО "Новочеркасский электродный завод" и на предприятиях \0 "Гуковуголь".
На защиту выносятся следующие основные положения:
разработанная автором математическая модель спектрально-гембровой методики определения концентрации пыли в виде ортого-іального тригонометрического полинома или интегрального комплекс-юго преобразования Фурье позволяет анализировать и истолковывать іроцесьі измерения концентрации пылевой фазы через энергетический їли фазово-амплитудный спектры;
разработанная дифференциальная спектрально-тембровая аку-ггическая диагностика пылесодержания потока позволяет производить іепрерьівиьій неразрушающий контроль концентрации пыли;
Апробация работы.
Работа доложена на заседаниях специализированных кафедр Технологическая автоматика" НГТУ, "Охрана труда и окружающей
среды" РГСУ. Основные положения работы доложены и одобрены на: научно-технической конференции "Экологически чистая энергетика" (г. Новочеркасск, 1994), Международная конференция "Ресурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций" (г. Белгород. 1995), Международных студенческих научно-практических конференциях "Экология и регион" и "Город и экология" (г. Ростов-на-Дону, 1996), Международной научно-технической конференции "Молодая наука — новому тысячелетию" (г. Набережные Челны, 1996), Международном Конгрессе "Экологическая инициатива" (г. Воронеж — РФ, штат Канзас, Манхеттен — США, 1996), Международной научно-практической конференции "Человек — Среда — Вселенная" (г. Иркутск).
Практические результаты работы апробированы на предприятиях АО "Гуковуголь", заводе стройматериалов "Поликом" Ко: ЛТД г. Сочи, Новочеркасском элекгродном заводе и в лаборатории ИЦ МГГУ.
Публикации.
Результаты исследований по теме диссертации изложены в 13 работах.
Объем и структура работы.
Работа состоит из введения, пяти глав, выводов и заключения, списка использованной литературы и приложений. В ней содержится 166 страниц основного машинописного текста, 23 рисунка, 5 таблицы и 46 страниц приложений. Список использованной литературы включает 106 наименований отечественных и зарубежных источников.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР Новочеркасского государственного технического университета но госбюджетной региональной теме ГАСНТИ 50.47.29 "Автоматизация тсхнологичеких процессов пищевых производств"; по хоздоговорной теме "Разработка метода и средств контроля экологичное микроклимата кабины электровоза" ПО НЭВЗ г. Новочеркасска (1996 г.).
Диссертационная работа выполнена на кафедре "Технологическая автоматика" Новочеркасского государственного технического университета под руководством профессора, доктора технических наук Учителя Г.С. и профессора, доктора технических наук Журавлева В.П. Автор выражает признательность канд. техн. наук, доценту Муханову В.В. за ценные советы и помощь при подготовке диссертационной работы.
