Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор и выбор направлений исследований
1.1. Анализ планировочных решений и расположения оборудования в цехах с многоуровневым расположением площадок
1.2. Анализ технологического оборудования, как источника пылегазовыделения
1.3. Анализ схем воздухораспределения на предприятиях с многоуровневым расположением площадок
1.4. Теоретические основы расчета общеобменной вентиляции на предприятиях с многоуровневым расположением площадок
Выводы по первой главе
2. Исследование течений воздушных потоков в цехах с многоуровневым расположением рабочих зон
2.1. Совершенствование понятия элементарного (отдельного) аэродинамического объема для цехов с многоуровневым расположением оборудования
2.2 Расчет движения воздушных потоков в элементарном (отдельном) при различных условиях
2.3. Совершенствование расчета перетекания воздушных потоков между элементарными аэродинамическими объемами
Выводы по второй главе
3. Теоретические и экспериментальные исследования движения воздушного потока в рассматриваемых элементарных (отдельных) объемах и их взаимодействия в многоуровневых цехах
3.1. Программа и методика испытаний
3.2. Экспериментальные исследования особенностей движения воздушного потока при различных скоростях и концентрация пыли
3.3 Опытно-промышленные исследования схем организации воздухообмена
Выводы по третьей главе
4. Практическая реализация результатов исследований
4.1 Методика расчета элементарного (отдельного) аэродинамического объема на предприятиях с многоуровневым расположением рабочих зон
4.2. Разработка и внедрение рекомендаций по совершенствованию систем воздухораспределения в цехах с многоуровневым расположением оборудования .
4.3.Социально-экономический эффект внедрения мероприятий по достижению нормируемых значений воздуха рабочей зоны
Выводы по четвертой главе
Заключение
Библиографический список
Приложения
- Анализ технологического оборудования, как источника пылегазовыделения
- Расчет движения воздушных потоков в элементарном (отдельном) при различных условиях
- Экспериментальные исследования особенностей движения воздушного потока при различных скоростях и концентрация пыли
- Разработка и внедрение рекомендаций по совершенствованию систем воздухораспределения в цехах с многоуровневым расположением оборудования
Введение к работе
Актуальность проблемы. В особую группу производственных помещений, отличающихся сложностью пространственного размещения технологического оборудования, можно выделить цеха, имеющие технологические площадки на различных отметках. На таких предприятиях при осуществлении многих технологических процессов, в частности, при дроблении, измельчении, истирании и т.д., а также транспортировке порошкообразного сырья и продуктов, в воздух рабочей зоны выделяется большое количество мелкодисперсной пыли, часто одновременно c газами и избыточным теплом. Это создает неблагоприятные санитарно-гигиенические условия труда на рабочих местах, что приводит к росту профессиональных заболеваний.
Среди производств, имеющих подобные архитектурно-планировочные решения, можно назвать предприятия строительной индустрии по производству ж/б изделий, цемента, гипса и других вяжущих. Натурные замеры параметров рабочей среды (концентрации пыли и температуры воздушной среды) на предприятиях таких производств показал, что запыленность воздуха на рабочих местах в ряде случаев в несколько раз превышает ПДКр.з. и перепады температур по высоте производственных помещений достигают 13С, а в плане помещений 8С. Для рабочих данных предприятий характерен высокий уровень заболеваемости профессиональными заболеваниями, вызванными воздействием мелкодисперсной пыли и нестабильностью температурного режима.
Одной из причин несоответствия параметров воздушной среды рабочих зон нормативным в цехах с многоуровневым расположением оборудования являются проектные решения, основанные на стандартных методах, которые не учитывают закономерности распространения выделяющихся вредностей. Следовательно, используемые расчеты в полной мере не учитывают распространение пыли и тепла по объему цехов подобной конструкции. Поэтому актуальными являются исследования, направленные на разработку научно обоснованных методов оценки и нормирования вредных производственных факторов (нестабильной температуры и повышенной запыленности воздуха) путем совершенствования методов расчета распространения указанных вредностей в цехах с многоуровневым расположением оборудования, в частности, на предприятиях строительной индустрии по производству ж/б изделий, цемента, гипса и других вяжущих.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Цель работы. Достижение нормируемых параметров состояния производственной среды (температуры и концентрации пыли в воздухе рабочей зоны) в цехах с многоуровневым расположением оборудования на основании совершенствования оценки качества воздушной среды цехов с многоуровневым расположением оборудования, посредством совершенствования методов расчета воздухораспределения и организации рационального воздухообмена на рабочих местах.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- анализ технологического оборудования предприятий, для которых характерны цеха с многоуровневым расположением оборудования, как источника поступления пыли и тепла в рабочую зону и его компоновки в объеме цеха;
- определение исходных данных для разработки мероприятий по созданию нормативных значений температуры и запыленности воздуха рабочей зоны цехов с многоуровневым расположением оборудования;
построение расчетной модели распространения тепла и пыли в воздухе рабочей зоны с определением эффективности удаления загрязняющих веществ на основе теоретических и экспериментальных исследований воздухообмена в цехах с многоуровневым расположением оборудования;
уточнение понятия элементарного аэродинамического объема (ЭАО) для цехов с многоярусным расположением оборудования;
- разработка методов и средств снижения запыленности воздуха и стабилизации температурного режима рабочей зоны цехов с многоярусным расположение технологических площадок;
- анализ существующих схем воздухораспределения в цехах с многоуровневым рабочих зон;
разработка методики расчета воздухообмена в цехах с многоярусным расположением технологических площадок с учетом деления на аэродинамические объемы и выбором схемы вентилирования.
Основная идея работы состоит в разработке обоснованных проектных решений по снижению воздействия на работающих вредных производственных факторов (температуры и концентрации пыли в воздухе рабочей зоны) с учетом закономерностей распространения вредностей (тепла и пыли) и применение методов и средств вытесняющей вентиляции в цехах с многоярусным расположением технологических площадок строительного производства с предварительным делением на элементарные аэродинамические объемы.
Методы исследований включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, физическое и математическое моделирование, лабораторные исследования, обработку экспериментальных данных, опытно-промышленные исследования.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментов, выполненных на лабораторной установке и подтверждающих удовлетворительную сходимость полученных результатов исследований с результатами других авторов.
Научная новизна работы состоит в том, что:
- уточнено понятие элементарного аэродинамического объема для цехов с многоуровневым расположением рабочих зон, определены и систематизированы виды элементарных аэродинамических объемов в зависимости от наличия в них источников пылегазовыделений, их мощности, геометрии и количества;
- разработана физико-математическая модель, описывающая процесс распространения вредностей воздушными потоками между элементарными аэродинамическими объемами цехов с многоуровневым расположением оборудования;
- получены экспериментальные данные, характеризующие закономерности перетекания вредностей в элементарных аэродинамических объемах цехов с многоуровневым расположением оборудования;
- разработана расчетная модель для определения величины воздухообмена при использовании методов вытесняющей вентиляции для цехов с многоуровневым расположением оборудования с целью достижения нормируемых значений температуры и концентрации пыли в воздухе рабочей зоны.
Практическое значение работы:
- разработана методика разделения цехов с многоуровневым расположением оборудования на элементарные аэродинамические объемы;
- разработана методика определения величин вредностей, поступающих в воздух рабочих зон цехов с многоуровневым расположением оборудования;
- разработаны рекомендации по проектированию и улучшению параметров воздушной среды рабочих зон в цехах с многоуровневым расположением оборудовании;
- разработана методика расчета воздухообмена ЭАО с учетом воздействия других элементарных объемов;
- разработаны рекомендации по проектированию систем вытесняющей вентиляции в цехах с многоуровневым расположением оборудования;
Реализация результатов работы:
- методика оценки качества воздушной среды цехов с многоуровневым расположением рабочих зон внедрена ЗАО «Промтехмонтаж» при разработке проектной документации;
- рекомендации по проектированию, выводы и научные результаты работы внедрены при разработке мероприятий по улучшению параметров воздушной среды рабочих зон на ОАО «Завод ЖБИ» г. Нальчик и заводе медной катанки «Налкат»;
- рекомендации по проектированию, выводы и научные результаты работы внедрены на ОАО Нальчинский хлебозавод при реконструкции систем общеобменной вентиляции;
- материалы диссертационной работы использованы кафедрой «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» в учебном процессе студентов специальностей 2801.02 «Безопасность технологических процессов и производств» и 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция».
На защиту выносятся:
- результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей распространения тепла и пыли в воздухе рабочей зоны для предприятий строительной отрасли в цехах с многоуровневым расположением оборудования;
- математическая модель и аналитические зависимости, описывающие процесс распространения пыли и тепла в воздухе рабочей зоны в цехах с многоуровневым расположением оборудования;
- разработанная классификация видов ЭАО в зависимости от наличия в них источников пылегазовыделений, их мощности, геометрии и количества;
- расчетные формулы для величины воздухообмена при организации вытесняющей вентиляции для цехов с тепло- и пылевыделениями с многоуровневым расположением оборудования и рабочих зон.
Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: Международной научно-практической конференции «Интелектуальный потенциал XXI века: ступени познания» (Новосибирск, 2010г.); «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Самарканд, 2010г.); Экология и безопасность в техносфере: (Орел, 2011г.); «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте» (Одесса, 2010г.); «Машиностроение и техносфера XXI века» (Донецк 2009г.); «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза 2009г.); «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (Пенза 2010г.); ежегодных научно-практических конференциях ФГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (г. Волгоград 2009-2011г.г.)
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 15 работах, в том числе 5 из них в рецензируемых изданиях.
Анализ технологического оборудования, как источника пылегазовыделения
Основными источниками пыления в цехах, использующих технический углерод, следует считать: загрузочное устройство резиносмесителя; загрузочный конвейер и конвейер ингредиентов в местах пересыпки и просыпания светлых ингредиентов; нижний затвор резиносмесителя; узлы разгрузки пыли из мешочных фильтров системы аспирации.
Наблюдается также интенсивное выбивание пыли через неплотности в местах подсоединения редлеров или течек в момент загрузки данного оборудования сыпучими материалами. Причина пыления - повышение давления внутри емкостей при движении материала.
При производстве и переработке техуглерода используется в основном однородное технологическое оборудование. Это позволяет выполнить анализ такого оборудования как источников пылевыделения на примере одного из типичных процессов - заготовления резиновых смесей.
Приготовление резиновых смесей сопровождается интенсивным выделением пыли и газов, в основном в процессе смешения и выгрузки резиновой смеси из резиносмесителя. Выделением пыли сопровождается практически весь цикл производства резиновых смесей.
Различают два вида пыления: 1. Выбивание газа и пыли различного фракционного состава через неплотности технологического оборудования. 2. Пылеобразование при падении и пересыпке сыпучих материалов. Основное пылящее оборудование:
- резиносмеситель;
- бункеры;
- оборудование для развески техуглерода, ингредиентов, серы и ускорителей.
Резиносмесители.
Промышленными исследованиями, проведенными в подготовительных цехах шинных заводов, выявлены следующие очаги пыления и выделения газов в атмосферу цеха:
- узел пересыпки ингредиентов с загрузочного конвейера в загрузочную воронку резиносмесителя. Пыль выбивается через неплотности конвейера и смотровое окно. Концентрация пыли в этом месте колеблется от 10 до 35 мг/мЗ;
- при закрытой дверце в момент загрузки техуглерода, а также во время смешения наблюдается выбивание пыли техуглерода по периметру дверцы с торцевых сторон вала крепления. Концентрация пыли 45 мг/мЗ;
- при выгрузке готовой смеси из резиносмесителя наблюдается значительное газовыделение. При разгрузке цилиндр нижнего затвора отходит в сторону, открывая окно. При этом в атмосферу цеха через образовавшееся в боковине отверстие выходят все газы, выделившиеся в процессе смешения.
В шинной промышленности, потребляющей большое количество резиновых смесей одинакового состава, применяют смесители с емкостью камеры 620 л при мощности привода 2 - 2,5 тыс. кВт и частоте вращения роторов до 32 об/мин.
Материалы в камеру смесителя загружают через воронку, расположенную вверху, а полученные смеси выгружают через нижнее отверстие (скользящую дверцу или шарнирный затвор).
Материал обрабатывают внутри рабочей камеры двумя вращающимися навстречу друг другу роторами. Рабочая камера состоит из двух неполных цилиндров (корпусов), соединенных в одно целое двумя боковинами. В боковинах установлены четыре опорных подшипника для двух роторов, оси которых строго параллельны. Каждый ротор имеет по два гребня винтообразной формы, один из которых более длинный с углом наклона 30; короткий винтообразный гребень имеет угол наклона 45.
Для того чтобы увеличить производительность резиносмесителей, необходимо повысить частоту вращения роторов, увеличить объемы камеры смесителя, уменьшить продолжительность подготовительных операций при смешении, а также усовершенствовать конструкцию смесителя.
Одним из недостатков приготовления резиновых смесей в резиносме-сителе является то, что готовые смеси получаются в виде бесформенных глыб. Чтобы устранить этот недостаток, роторные смесители агрегируют с вальцами или с червячными машинами, имеющими листовальную или гранулирующую головку.
Смеситель с приводом установлен на эстакаде, а непосредственно под ним (под эстакадой) -вальцы или червячная машина. Из этих машин резиновые смеси выходят в виде листов, непрерывных полос или гранул. При обработке на вальцах или в червячном смесителе происходят дополнительное смешение и диспергирование ингредиентов в смеси.
При увеличении объема камеры смесителя также возникают трудности с охлаждением, так как теплообразование возрастает пропорционально объему смеси, а поверхность камеры (и соответственно поверхность охлаждения) возрастает пропорционально квадрату линейного размера.
При смешении материалов в резиносмесителе выделяется большое количество тепла, при этом температура смеси увеличивается. Для получения резиновых смесей высокого качества необходимо строго соблюдать установленный температурный режим, особенно при повышенных частоте вращения роторов и давлении верхнего затвора резиносмесителя, когда продолжительность смешения незначительна (1,5 - 2,5 мин) (рис. 1.2)
Существенным недостатком резиносмесителей является то, что при смешении в них развивается высокая температура, которая может привести к преждевременной вулканизации. Поэтому вулканизующие агенты вводят в смесь, как правило, в последний момент перед выгрузкой из смесителя или на вальцах. Резиновые смеси, особенно на основе жестких каучуков с применением высокоактивных наполнителей, готовят в две или больше стадий. Так как при изготовлении смесей, не содержащих серы и ускорителей, в случае повышения температуры до 160 С их качество, как правило, не ухудшается, то на первой стадии в скоростных смесителях готовится маточная смесь, содержащая каучуки, наполнители, пластификаторы и некоторые другие ингредиенты, после чего маточные смеси охлаждают [26].
Оборудование для развески техуглерода, ингредиентов, серы и ускорителей.
Для развески указанных материалов применяются автоматические дозировочные весы. При загрузке весов происходит пыление в местах неплотностей соединений.
Концентрация вредных веществ превышает предельно-допустимые нормы в несколько раз.
Оборудование для транспортировки техуглерода, ингредиентов и др.
Загрузка всех сыпучих материалов и каучука осуществляется закрытым ленточным конвейером, расположенным на отметке +7.20м. Этот конвейер называется загрузочным. Также применяются конвейеры с нагруженными скребками (редлеры) для транспортировки техуглерода.
Пыление происходит при пересыпке материала с редлера на редлер, с конвейера на конвейер. Частицы материалов выбиваются из щелей в местах соединения течек с загрузочными секциями, в местах неплотного подхода разгрузочного окна к загружаемому конвейеру (рис. 1.5).
Расчет движения воздушных потоков в элементарном (отдельном) при различных условиях
В настоящее время активно изучается и внедряется вытесняющая вентиляция в производственных зданиях с технологическими площадками. Под вытесняющей вентиляцией понимается такая схема организации воздухообмена в помещении, которая обеспечивает максимально беспрепятственное развитие восходящих конвективных потоков над источниками тепловыделений в верхнюю зону помещения. Удаление нагретого и загрязненного воздуха из помещения осуществляется из верхней зоны; приток чистого, холодного воздуха в нижнюю зону помещения на уровне пола.
Поведение воздушной струи в элементарном объеме
Распределение воздушный струй по элементарному объему должно быть рассмотрено с учетом целого ряда параметров, т.е. даже при задаваемой мощности и вида струи, существует прямая зависимость её поведения от мощности и вида источника выделения тепла и пыли, его геометрических параметров и места расположения, а также ограниченности элементарного объема строительными конструкциями и его линейными размерами. Существует прямая зависимость поведения приточной струи от температуры подаваемого воздуха - теплый, холодный, изотермический. Соответственно будет наблюдаться изменение размеров примыкающей зоны, уровень стратификации как температуры, так и загрязняющих веществ, может даже измениться вид воздушной струи, т.е. подаваемая наклонными струями она может видоизменяться переходя в веерную струю.
Рассматриваемая схема (рис.2.9) действительна для отдельного аэродинамического объёма с трехсторонним ограничением. Источник загрязнения большой мощности, расположенный посредине площадки, угол расширения потока (конвективного) не превышает 45, максимальная высота подъёма потока ограниченна подаваемой струёй, а также строительными конструкциями и не достигает высоты равновесия; при этом Ь 0,5Н, Н Ь, подаваемая струя изотермическая направленного действия, ввиду мощности восходящего конвективного потока, принимает вид веерной восходящей струи; примыкающая зона не достигает границы источника загрязнений, соответственно поток частично перетекает в зону дыхания ниспадающим конвективным потоком, а более значительная часть - в ствол цеха восходящим конвективным потоком.
Рассматриваемая схема (рис.2.10) действительна для аэродинамического объёма с трехсторонним ограничением. Источник загрязнения малой мощности, расположенный посредине площадки, угол расширения потока не превышает 45, максимальная высота подъёма потока не ограниченна подаваемой струёй и строительными конструкциями и достигает высоты равновесия; при этом h 0,5Н, Н Ь, подаваемая струя изотермическая направленного действия, примыкающая зона достигает границы источника загрязнений, соответственно происходит сдув потока, который частично перетекает в зону дыхания ниспадающим конвективным потоком, а более значительная часть -в ствол цеха восходящим конвективным потоком, а из ствола цеха, вследствие небольшой скорости воздуха внутри элементарного объёма, происходит подсос воздуха.
При анализе движения воздушных потоков исходили из нестационарной гидродинамической двумерной модели, описываемой системой уравнений На рис. 2.11 показана структура вентиляционного течения по результатам численных расчетов. В расчетной области имеется два четко выделенных потока; 1) первый поток исходит от источника загрязнения, что формирует первую струю; 2) второй поток генерируется приточными воздуховодами. Последний взаимодействует с первым, сильно отклоняя его влево (рис. 2.11). Имеется переходная зона между этими двумя потоками, в которой тангенциальная компонента скорости воздуха сильно меняет свое значение. Типичная ширина зоны составляет 0,5-1 м. Несмотря на стационарный режим работы источника и приточных воздуховодов, расчеты демонстрируют отсутствие стационарной картины, причиной этого является неустойчивость Кельвина-Гельмгольца. В более реалистичной модели ЭАО, где поток не задается, а моделируется свободная конвекция, нестационарные процессы должны усиливаться. Этому будет способствовать переход от 2 В-моделей к 3 В.
Область тангенциального разрыва скорости является неустойчивой с инкрементом, который пропорционален скачку скорости Im( 5j) = \У\ - V к, (к волновое число вдоль поверхности разрыва). Наличие в реальной системе конечной переходной зоны шириной уменьшает инкремент неустойчивости, но при к 1 условия для неустойчивости сохраняются. Возникновение гидродинамической неустойчивости и последующей турбулизации вещества способно существенно усложнять динамику распространения вредностей (рис.2.12).
Поскольку проведенные исследования дисперсного состава пыли в газах, выделяющихся от источников загрязнения, показали, что в них крупных частиц очень мало, то ощутимого отклонения от вертикали с выпадением частиц из потока практически не наблюдается. Большая часть частиц небольших размеров, менее 3 мкм, не подвержены действию силы тяжести и, отклоняясь боковым потоком приточного воздуха, попадают в рабочую зону. Принципы применения вытесняющей вентиляции для отдельных аэродинамических объемов
В течение многих лет вытесняющая вентиляция использовалась в производственных зданиях с большими тепловыми нагрузками. Начиная с середины 80-х годов, ее стали широко применять и в непроизводственных зданиях, особенно в Скандинавских странах. В последние годы интерес к вытесняющей вентиляции повысился и в России, т. к. она дает возможность повысить как температурную эффективность, так и эффективность вентиляции. В основе данного типа вентиляции лежит разность плотностей воздуха, благодаря чему воздух в помещении разделяется на две зоны: верхнюю загрязненную и нижнюю чистую зоны. Это обеспечивается притоком с низкой скоростью холодного воздуха в нижнюю зону и удалением воздуха из верхней зоны. Свободная конвекция от источников тепла обеспечивает вертикальное перемещение воздуха в помещении. Если источники конвективного тепла в помещении одновременно являются источниками загрязнения, конвективные потоки перемещают теплый загрязненный воздух в верхнюю зону. Соотношение расхода воздуха в конвективных потоках и расхода приточного воздуха определяет высоту границы двух зон. Сумма расходов воздуха в восходящих (нагретых) конвективных потоках на выбранном уровне минус сумма расходов воздуха в нисходящих (холодных) конвективных потоках на том же уровне равняется расходу приточного воздуха в помещении. Таким образом, увеличение расхода приточного воздуха при неизменном расходе в конвективных потоках вызывает смещение границы между зонами вверх, а снижение - вниз. Структура воздушных потоков.
В помещении с вытесняющей вентиляцией структура воздушных потоков определяется конвективными потоками от имеющихся в помещении источников тепла и холодных поверхностей. Это означает, что характерной чертой вытесняющей вентиляции являетея формирование слоев воздуха. Слои с теплым воздухом располагаются сверху, а с холодным - снизу. Воздух свободно движется в пределах горизонтального слоя, но перемещение между слоями требует значительных усилий. Это означает, что вытяжка должна располагаться в слое с самым интенсивным загрязнением или самой высокой температурой. В большинстве случаев это означает, что вытяжка должна производиться из верхней части помещения.
Движение воздуха в вертикальном направлении вызывается конвективными потоками от нагретых или холодных источников. Нагретые источники, такие как станки, технологическое оборудование, поточные линии и т. д. формируют восходящие конвективные потоки. В зависимости от мощности и геометрии источников тепла конвективные потоки поднимаются до самого потолка, либо до более низкого уровня.
Температура приточного воздуха должна быть ниже температуры воздуха в помещении, что обычно имеет место в помещениях с источниками тепла. Если же температура приточного воздуха выше температуры воздуха в помещении, возникает «короткое замыкание». Однако вертикальный поток создает определенную эжекцию воздуха, вызывающую некоторую циркуляцию в остальной части помещения. Этот эффект иногда используется для обогрева помещения перед приходом в него людей. Распределение температуры. Так как при вытесняющей вентиляции холодный свежий воздух поступает непосредственно в зону обслуживания, существует возможность образования сквозняка на уровне пола, что способствует дополнительному загрязнению воздущной среды за счет осажденных пылеватых частиц Кроме того, стратификация температуры может вызвать дискомфорт. Однако в горизонтальной плоскости температура меняется мало, за исключением зоны, близкой к воздухораспределителю.
Экспериментальные исследования особенностей движения воздушного потока при различных скоростях и концентрация пыли
Для исследования движения пылегазового потока при различных скоростях и концентрациях в рассматриваемых цехах, была создана лабораторная установка (рис. 3.2).
При проведении экспериментальных исследований был использован симметричный план В3. В качестве варьируемых факторов были выбраны: температура источника, масса выделяемой пыли, скорость воздуха в рабочей зоне. В качестве функций отклика были приняты концентрация пыли в воздухе рабочей зоны и температура воздуха рабочей зоны. Концентрация пыли и температура воздуха определялась по стандартным методикам, одновременно в ультрафиолетовом свете фиксировалось распространение пылевых потоков фотографированием (рис.3.3). Для проверки воспроизводимости эксперимента и проведения статистических оценок его результатов проведены три параллельные серии опытов. Оценка воспроизводимости экспериментальных исследований выполнена на основании сопоставления расчетного и табличного критериев Кохрена, при уровне доверительной вероятности р=0,05 результаты экспериметальных исследований воспроизводимы.
Корпус модели цеха 1, выполненный из деревянного материала, имеет три стены, пол и крышу. Одна стена стеклянная 2, что позволяет наблюдать и фиксировать процессы распространения вредностей. В корпусе прикреплены деревянные полки 3, выполняющие роль перекрытий, на разных уровнях, разной ширины. На крыше имеются две вытяжки 4,5. На потолке и на полу корпуса закреплены две ультрафиолетовые лампы 6,7, имеющие доступ к сети. На полках размещаются два тепловентилятора 8,9. На капроновом кусочке ткани, прикрепленного к тепловентилятору, размещена пыль 10,11. У стены корпуса, в тех местах, где установлены тепловентиляторы, прикреплены приточные перфорированные воздуховоды 12,13, соединенные с воздуходувкой 16.
Тепловентиляторы с пылью выполняют роль источника тепло- и пыле-выделения, например технологическое оборудование.
Размер тепловентилятора 23 см с выходным сечением 16 см. Размер деревянной конструкции 80x76x76 см.
Устройство работает следующим образом. В корпус 1 устанавливают тепловентиляторы 8,9 на необходимых уровнях (полках) 3. На тепловентиляторе размещают пыль 10,11. Сначала в сеть включают ультрафиолетовые лампы 6,7, затем тепловентиляторы 8,9 и воздуходувку 16. С помощью воздуходувки в модель цеха подается чистый воздух, через перфорированные воздуховоды 12,13. Через вытяжку 4,5 из помещения удаляется загрязненный воздух. Наблюдается процесс витания пылевых потоков в цехе, благодаря специфическому свечению пыли от ультрафиолета. Опыт можно повторят много раз, меняя компоновку оборудования, приточных воздуховодов, полок.
Расход воздуха можно регулировать с помощью шиберов 14,15.
Предусмотрено регулирование расхода материала изменением массы.
Программа и методика проведения экспериментальных исследований.
Задача: исследование особенностей и закономерности оседания пыли, выбивающейся от технологического оборудования, а также распространения тепла
Для иселедования влияния режима общеобменной вентиляции на параметры воздушной среды изменялась не только скорость воздушного потока, но и характер его движения. Для этого подача воздуха осуществлялась:
- через перфорированный воздуховод (равномерная подача);
- через щелевой воздухораспределитель (сосредоточенная подача плоской струей);
Для обеспечения подобия гидродинамической картины режима работы системы общеобменной вентиляции устанавливается модель вытяжки в верхней зоне.
Интенсивность поступления пыли в объем модели цеха варьируется путем изменения скорости вращения вентилятора. Тепловая мощность источника регулируется с помощью переключателя на тепловентиляторе.
При проведении экспериментальных иеследований по изучению закономерностей распространения пыли, выбивающейся от технологического оборудования, в качестве исследуемого материала использовалась бумажная пыль, по дисперсному составу и физико-химическим свойствам идентичная пыли техуглерода.
Перечень определяемых параметров, характеризующих работу установки:
1. Атмосферное давление, мм. рт. ст.
2. Влажность, %;
3. Температура приточного, удаляемого воздуха и в рабочей зоне, С;
4. Скорость приточного, удаляемого воздуха и в рабочей зоне, м/с;
5. Масса исходного материала, размещенного на тепловентиляторе и конечная масса материала, после проведения опыта, г.
Параметры, характеризующие работу установки, контролируются следующими приборами:
- атмосферное давление - влажность определяется термометром контактным ТК-5 (класс точности до 0,1%);
- температура определяется термометром контактным ТК-5 (класс точ-ностидо0,1С);
- скорость воздуха определяется термоанемометром-термометром микропроцессорным ТТМ - 2.
- масса материала определяется лабораторными весами ГОСТ 24104-80Е;
- время проведения каждого опыта, время оседания пыли определяется по секундомеру;
Методика проведения эксперимента заключается в следующем.
Определенное количество пыли взвешиваем на весах и размещаем на кусочке капроновой ткани, закрепленной на тепловентиляторе. Включаем установку в сеть.
Измерения проводились при параметрах:
- Атмосферное давление - 751 мм. рт. ст.
- Влажность - 39,8%
- Температура приточного воздуха - 31 С.
- Начальная масса пыли - Зг.
Результаты измерений приведены к нормальным условиям: температуре 293 К. (20С) и давлению 101,3 кПа (760 мм рт. ст.).
Результаты измерений сводятся в таблицы 3.3
Разработка и внедрение рекомендаций по совершенствованию систем воздухораспределения в цехах с многоуровневым расположением оборудования
На основании результатов проведенных натурных, теоретических и экспериментальных исследований сформулированы общие рекомендации и разработаны технические решения по достижению нормируемых значений воздушной среды цехов с многоуровневым расположением рабочих зон.
Определен комплекс мероприятий, направленных на достижение поставленной задачи, которые можно объединить в следующие основные направления:
Совершенствование понятия отдельного аэродинамического объема для цехов с многоуровневым расположением рабочих зон;
Применение методики расчленения объема цехов на отдельные расчетные единицы;
Определение основных источников загрязнения воздуха рабочей зоны в отдельном аэродинамическом объеме;
Определение схемы распределения воздушных потоков в отдельном аэродинамическом объеме;
Определение количества затекающего загрязненного воздуха в отдельный аэродинамический объем;
Определение оптимальной скорости подачи приточного воздуха для достижения нормируемых значений температуры и концентрации пыли в воздухе рабочей зоны;
С целью снижения повторного взмучивания пыли производить подачу приточного воздуха со скоростью не более 0,5 м/с;
Рекомендовать проведение контроля за соблюдением оптимального режима работы приточной вентиляции.
Проведенные опытно-промышленные исследования при различных режимах работы технологического оборудования и различных способах подачи приточного воздуха, позволили определить, что при подаче воздуха по методу «затопления» рабочей зоны величина Квзм.=0,03.
Таким образом, проведенные исследования позволили уточнить величину воздухообмена и рассчитать необходимое количество приточного воздуха.
