Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы осуществления производственных процессов с участием человека в условиях нагревающего микроклимата . 13
1.1. Защита промышленных рабочих от перегрева. 13
1.2. Физиология организма человека за пределами «комфортной» температурной зоны . 18
Глава 2. Обоснование и разработка кондиционируемой одежды сварщиков, технические решения . 31
2.1. Описание объекта кондиционирования одежды. 31
2.2. Способы защиты промышленных рабочих в условиях нагревающего микроклимата. 33
2.3. Обоснование схемы кондиционируемой одежды. 35
2.3.1. Кондиционируемая среда и оптимизация ее параметров. 35
2.3.2. Анализ способов получения кондиционируемого воздуха приемлемых для индивидуального кондиционирования. 36
2.3.3. Конструкция вихревого кондиционера. 44
2.3.4. Регулирование вихревой трубы в системах кондиционирования. 45
2.3.5. Конструкция кондиционируемой одежды. 47
2.4. Комплексное воздействие на неблагоприятные факторы. 49
Глава 3. Некоторые способы повышения предельной температуры применения кондиционируемой одежды 59
3.1. Возможные схемы кондиционирования при повышенной температуре окружающей среды. 59
3.1.1. Регенеративный цикл работы кондиционера. 59
3.1.2. Каскадный цикл работы кондиционера. 60
3.1.3. Гибридная схема . 61
3.2. Кондиционируемая одежда с динамической теплоизоляцией. 77
3.2.1. Схема организации отбора тепла и теплозащита с использованием динамической изоляции. 77
3.2.2. Конструкция комплекта кондиционируемой одежды с теплоизолирующим воздухопроницаемым костюмом 79
3.3. Механизм теплообмена динамической теплоизоляции. 81
3.4. Классификация и основные характеристики материала для теплозащитной оболочки. 87
3.5. Особенности конструкции теплозащитной кондиционируемой одежды с использованием динамической изоляции. 91
Глава 4. Экспериментальное исследование кондиционруемой одежды . 117
4.1. Цель экспериментальных исследований кондиционируемой одежды. 117
4.2 . Экспериментальная оценка условий проведения технологических процессов судосборки, сварки и отделки отсеков судов . 118
4.3. Исследование вихревого кондиционера. 121
4.3.1. Стенд испытаний вихревого кондиционера. 121
4.3.2. Экспериментальные исследования элементов вихревого кондиционера. 123
4.3.3. Экспериментальное исследование вихревого кондиционера. 124
4.3.4. Экспериментальные исследования охлаждаемой вихревой трубы с вакуумным испарительным охлаждением. 125
4.4. Экспериментальные исследования динамического охлаждения. 127
4.4.1. Стенд исследования динамического охлаждения. 127
4.4.2. Экспериментальные исследования образцов теплоизолирующей ткани. 131
4.5. Экспериментальные исследования кондиционируемой одежды. 133
4.5.1. Последовательность экспериментальных исследований кондиционируемой одежды. 133
4.5.2. Выбор комплекса методик исследования. 134
4.5.3. Цель экспериментальных исследований кондиционируемой одежды в тепловой камере. 142
4.5.4. Конструкция тепловой камеры. 144
4.5.5. Моделирование условий окружающей среды . 147
4.5.6. Результаты исследований кондиционируемой одежды в тепловой камере. 152
4.5.7. Результаты экспериментальных исследований. 155
Глава 5. Экономическая эффективность применения разработанной кондиционируемой одежды .177
5.1. Экономическая эффективность применения кондиционируемой одежды для сварщиков. 177
5.2. Оценка экономической эффективности применения кондиционируемой одежды с гибридной схемой охлаждения. 180
Заключение. 183
Список использованных источников 186
Приложение 214
- Физиология организма человека за пределами «комфортной» температурной зоны
- Гибридная схема
- . Экспериментальная оценка условий проведения технологических процессов судосборки, сварки и отделки отсеков судов
- Моделирование условий окружающей среды
Физиология организма человека за пределами «комфортной» температурной зоны
Нормальное функционирование живых организмов, в частности человека, возможно в достаточно узких интервалах ряда параметров, определяющих среду обитания. Современное состояние человека, характер процессов и диапазон их нормального осуществления являются результатом длительной эволюции. [174, 175, 176] Всякое изменение свойств среды обитания неизбежно на них влияет. Вместе с тем, человеческий организм имеет возможность на некоторый период времени приспосабливаться к изменениям внешних условий, корректируя физиологические процессы.
Температурный фактор - одно из основных определяющих условий. Он оказывает влияние практически на все процессы, проходящие в живом организме, воздействуя на их интенсивность и направленность. Процессы, начинающиеся в организме под влиянием температурного воздействия, включают биофизическую и биохимическую фазы изменений и достигают уровня сложных физиологических реакций. Человеческий организм имеет огромное количество первичных датчиков температуры в виде Холодовых колб Краузе и тепловых цилиндров Руффини. Первичная температурная информация, снимаемая полями датчиков, анализируется нервной системой, на ее основе корректируется осуществление физиологических процессов, определяющих тепловое состояние организма. [100, 173] Это могут быть химическая или физическая терморегуляции. Химическая терморегуляция корректирует физиологические процессы при охлаждении ниже комфортного интервала температур. При повышении температуры степень ее воздействия окончательно не ясна. Более понятен механизм физической терморегуляции, заключающийся в основном в изменении циркуляции крови в периферийных тканях. [179]
Температура тела человека на различных участках тела не одинакова и зависит от комплекса условий. Температура кожи зависит от внутренних факторов (состояние тонуса сосудов кожи, степень кровоснабжения, обменные процессы) и комплекса внешних метеорологических условий (температура окружающей среды, влажность, высота давления, наличие конвективных воздушных потоков). Они составляют сложный комплекс раздражителей [176], которые обусловливают определенное физиологическое состояние организма и, прежде всего условия терморегуляции в зависимости от температуры воздуха.
Вопросу изучения температурной топографии кожи посвящены многие клинические и экспериментальные исследования. [99, 158, 185] Было установлено, что температура различных участков поверхности тела человека определяется основными факторами: особенностями кровоснабжения поверхностных тканей, уровнем обменных процессов и различиями в теплопроводности, которая, в свою очередь, обусловлена развитием подкожного жирового слоя. На рисунке 1.1. приведена температурная картина поверхности кожи человека.
Организм человека постоянно находится в процессе теплообмена с окружающей средой. Независимо от вида теплообменного процесса в данный момент времени или на данном участке поверхности тела, температура поверхности всегда является параметром, определяющим его интенсивность. Это относится и к внешнему теплообмену, и к теплопередаче внутри тела. Во многих литературных источниках рассматривается тепловой баланс в виде, учитывающем большинство или практически все виды переноса тепловой энергии. [99]
В свою очередь, каждая из составляющих теплового баланса, является функцией большого количества параметров.
На установившемся режиме тепловой баланс Q = 0, т.е. не происходит изменения теплосодержания. В реальных условиях нагревающего микроклимата идет увеличение теплосодержания тела человека, и условия физического комфорта существуют только до определенной величины.
При оценке физиологического состояния человека необходимо учитывать степень отклонения исследуемых показателей той или иной функции от физиологической нормы. Под физиологической нормой подразумевается зона изменения исследуемых физиологических показателей, в границе которой сохраняется оптимальная в данных конкретных производственных условиях жизнедеятельность организма и в заданных параметрах эффективности и продолжительности работоспособности человека. [158]
Для производственных условий одним из основных факторов, ведущих к снижению работоспособности, является изменение условий теплообмена организма с окружающей средой.
Оптимальное тепловое состояние организма характеризуется комфортным тепловым ощущением, сохранением теплового баланса (накопление или дефицит тепла не более 2,1 Дж/кг) без выраженного напряжения физиологических механизмов терморегуляции. Тепловое содержание организма находится в границах оптимальных значений 121,5-125,7 Дж/кг. [54,58, 85, 101]
Оптимальное тепловое состояние человека, находящегося в покое, обеспечивается при температуре малоподвижного воздуха, контактирующего с поверхностью тела, равной 28-33С. [33, 36] Для обеспечения этого состояния при выполнении физической работы необходима более низкая температура окружающей среды -от 24 до 16С, в зависимости от тяжести работ (величины энергозатрат).
Как показывают результаты физиолого-гигиенических исследований, у рабочих большинства профессий наблюдается выраженное тепловое напряжение. По данным Г.Т. Чукмасовой с соавторами (1972) для процесса теплорегуляции в определенной степени критической является температура воздуха 31,1 ± 3,3С, а для системы кровообращения 27,9 ± 3,9С; при более высокой температуре воздуха сдвиги сохраняются. Такие температурные условия труда приводят к значительному тепловому напряжению, температура кожи повышается на 2-4С, температура тела на 1,5С, резко учащается пульс - до 140-150 уд/мин и дыхание - до 30 в минуту и более.
Изменение функционального состояния организма проявляется более всего со стороны функции потоотделения и сердечнососудистой системы, а выраженность этих изменений обуславливает длительность реституционного периода, продолжающегося до 6-12 часов. [24, 125]
Механизация и автоматизация основных процессов производства привели к тому, что труд рабочих многих профессиональных групп из физического превратился в труд со значительным нервно-эмоциональным напряжением. При повышенной температуре окружающей среды и наличии инфракрасного излучения условия труда рабочих этих профессий, связанных с необходимостью переработки большого объема информации и быстрому принятию решений, приводит к значительному напряжению различных функций организма и, в первую очередь, центральной нервной и сердечно-сосудистой системы. [ПО]
Таким образом, физиологическое состояние рабочих характеризуется значительным напряжением терморегуляции. Статистическая оценка заболеваемости с временной утратой трудоспособности показывает, что заболеваемость среди рабочих, занятых в производствах с неблагоприятным микроклиматом, выше среднезаводских показателей и заболеваемости во вспомогательных цехах. [123] Производительность труда на рабочих местах, подвергающихся тепловому воздействию, снижается на 10-20%. Отмечается и повышение производственного травматизма на 20-30%. [12] По данным Н.Г. Карнауха и М.Е. Павленко [87], уровень общей заболеваемости у рабочих «горячих» цехов на 20,6% выше, чем у рабочих «холодных» цехов.
Таким образом, литературные данные свидетельствуют, что неблагоприятные микроклиматических условий труда служат причиной функциональных сдвигов в организме работающих. Значительная выраженность этих сдвигов, обусловленная систематическим воздействием высоких температур окружающей среды и тепловым излучением, приводит к развитию профессиональных заболеваний.
Терморегуляционный процесс в организме человека в условиях нагревающего микроклимата имеет некоторые особенности.
Гибридная схема
Суть схемы, по которой осуществляется охлаждение кондиционированного воздуха, заключается в использовании скрытой теплоты парообразования воды при охлаждении вихревой трубы. Конструкция гибридной схемы кондиционирования приведена на рис.3.3.
Сжатый воздух по шлангу 1 поступает в вихревую трубу 2. Кондиционированный воздух из вихревой трубы по трубопроводу 3 поступает в защитную одежду 4. В данной схеме применима охлаждаемая вихревая труба, имеющая при одинаковых значениях доли холодного потока несколько большую эффективность по сравнению с обычной делящей трубой.
Наружная поверхность охлаждаемой вихревой трубы помещена в емкость 5 наполненную водой. Для снижения температуры кипения воды в емкости поддерживается более низкое, по сравнению с окружающей средой, давление, для чего из нее откачивается водяной пар. В качестве источника поддерживающего пониженное давление используется вихревой вакуум-насос, работающий от сжатого воздуха забираемого с «горячей» стороны вихревой трубы. Расчет гибридной схемы.
Как было ранее отмечено, температура окружающей среды +70 - +80С является предельной для использования простых схем кондиционирования и тепловой защиты. Вместе с тем, существует большое количество ситуаций, где есть необходимость эпизодической, но продолжительной работы при более высокой температуре окружающей среды. Причем, чем выше предельное значение температуры возможной работы, тем выше ее технологическая целесообразность и тем выше экономическая эффективность. В ряде случаев возможен ремонт без расхолаживания оборудования или даже без перерыва технологического процесса. В этих случаях степень сложности технологических решений по достижению необходимой степени охлаждения кондиционируемого воздуха не имеет существенного значения.
Существует определенный опыт использования конических вихревых труб. Установлено, что диффузорность вихревой зоны позволяет повысить максимальные эффекты охлаждения на 10 - 20% и сократить относительную длину вихревой зоны до 3 - 5 калибров, что особенно важно при необходимости получения минимальных габаритных размеров кондиционирующей установки.
Однако, такое сокращение оказалось возможным только при условии установки на «горячем» конце вихревой зоны специальных развихрителей, которые обеспечивают эффективное преобразование кинетической энергии кругового движения потока воздуха в энергию турбулентного переноса, а также сформировать обратный приосевой поток с высокой степенью турбулентности, тем самым обеспечить интенсивный энергообмен между встречным приосевым и периферийным потоками на сокращенном пути их взаимодействия. [134]
При исследовании вихревой трубы с цилиндрической вихревой зоной установлено, что наибольший подогрев стенок вихревой зоны наблюдается в области от 3 до 5 калибров. Следовательно, основной энергетический обмен происходит на этой длине, поэтому есть возможность сократить ее до определенного минимума.
Конструктивная схема конической вихревой трубы приведена на рис. 3.4.
Сжатый воздух поступает в кольцевую камеру 1, проходит через трех сопловой вихревой аппарат 2 и поступает в коническую вихревую трубу 3 с углом раствора конуса а = 7. Расположенный на конце вихревой трубы развихритель 4 часть потока воздуха направляет в кольцевой сборник горячего воздуха 5, а часть возвращает в вихревую трубу. Охлажденный воздух через диафрагму 6 поступает в конический диффузор 7, а затем в раскруточный плоский диффузор 8 и через кольцевой сборник 9 поступает к потребителю.
Наибольшую эффективность конических вихревых труб удалось достигнуть В.И. Метенину за счет ряда конструктивных и технологических решений.
Из экспериментальных данных установлено, что при // 0,5 короткая коническая труба становится менее эффективной.
При использовании на режимах максимальной термодинамической эффективности (максимального адиабатного КПД) длину вихревой зоны конической вихревой трубы следует увеличить до 12 - 15 калибров (отсчитываемых по минимальному диаметру конической вихревой зоны у соплового сечения). Исходя из анализа многочисленных исследований, можно сделать вывод, что оптимальная конусность вихревой зоны составляет 3,5 при длине 3 - 5 калибров. Установлено, что все оптимальные геометрические и газодинамические соотношения для конических вихревых труб соответствуют цилиндрическим вихревым трубам и методика расчета идентична.
Исходя из сказанного, можно сделать заключение, что конические вихревые трубы целесообразно применять при острой необходимости получения максимального эффекта охлаждения на режимах// 0,5 или при необходимости сокращения длины вихревой трубы. Однако предельные теоретические характеристики подтверждают возможность увеличения термодинамической эффективности вихревых труб, особенно при режимах /л 0,5.
Энергоразделение, происходящее в вихревой трубе, приводит к повышению температуры периферийных слоев закрученного потока воздуха, энергообмен проходит по всей длине вихревого потока. Высокая температура текущего периферийного вихря позволяет отбирать тепло через стенку, чему в значительной степени способствуют высокие скорости турбулентного вихря, обеспечивающие большие значения коэффициента теплопередачи. Этот метод особенно эффективен при работе вихревой трубы на больших значениях доли холодного потока, когда резко возрастает температура периферийных слоев потока.
Существует три вида охлаждаемых вихревых труб: с охлаждающей рубашкой, с охлаждающим жидкостным вихрем, с внешним охлаждением горячего потока. Для практического использования в кондиционированной одежде наиболее подходит вихревая труба с охлаждением через стенку. Эта схема является и наиболее исследованной.
Установлено, что при одинаковых степенях расширения уровень давлений не существенно влияет на достигнутый эффект охлаждения. С понижением уровня давлений наблюдается даже небольшое возрастание эффекта охлаждения, объединяемое уменьшением массового расхода газа при сохранении интенсивности его охлаждения через стенку. Также установлено, что масштаб охлаждаемой вихревой трубы не оказывает заметного влияния на ее эффективность. Это объясняется тем, что с уменьшением размеров сохраняется отношение площадей стенок (охлаждения) и сопла (расхода). При передаче тепла от вихревого потока через стенку трубы ограничивающим фактором является значение коэффициента теплоотдачи от воздушного потока к стенке. Простых способов его увеличения нет. Коэффициент тепловой отдачи от стенки вихревой трубы в охлаждающую жидкость достаточно высок, также высок и коэффициент теплопроводности конструкционного материала стенки. Таким образом, эффект охлаждения определяется в основном условиями теплообмена внутри вихревой трубы.
. Экспериментальная оценка условий проведения технологических процессов судосборки, сварки и отделки отсеков судов
Теоретическим и экспериментальным исследованиям предшествовало изучение условий проведения технологических процессов при строительстве судов. Его целью являлось создание объективной картины состояния окружающей среды, условий труда и характера производства. Оценка проводилась по семи направлениям:
1. Пространственная оценка зоны осуществления работ.
2. Кинематическое состояние окружающей среды.
3. Тепловое состояние окружающей среды.
4. Газовый состав.
5. Характер выполняемой работы и статичность работающих.
6. Временной график выполнения работ.
7. Энергетическое обеспечение.
Основными методами оценки были измерение отдельных параметров, экспертная оценка и фотография рабочего процесса.
В результате оценки установлено, что работы по строительству корпуса ведутся на открытых площадках и в частично или полностью замкнутых отсеках. Геометрическая форма отсеков, в основном, параллелепипеды с различным соотношением размеров сторон. Количество криволинейных поверхностей незначительно. Объемы отсеков колеблются от нескольких тысяч до нескольких кубических метров. Крупными отсеками являются трюмы, танки, топливные баки, машинное отделение. Геометрические размеры колеблются от нескольких десятков метров до нескольких десятков сантиметров. Большинство из них имеют входные проемы, достаточные для свободного проникновения человека внутрь отсека.
В ряд отсеков проникновение затруднено, но их количество незначительно. Конструкционным материалом является углеродистая сталь, покрытая грунтом.
Элементов конструкции представляют собой панели, узлы, отдельные детали. Исходными формами является лист толщиной 6-20 мм и профили различного сечения.
Пространственное многослойное расположение отсеков определяет характер кинематического состояния окружающего воздуха. Естественная вентиляция пространства отсеков незначительна из-за наличия большого количества тупиковых зон. Вместе с тем существуют помещения - коридоры и шахты с интенсивным движением воздуха, имеющие гравитационную причину. В тупиковые зоны нагнетается по рукавам воздух от вентиляционных установок, но воздухообмен носит локальный характер. Картина движения легко наблюдается в процессе электросварки по задымленному воздуху.
Тепловое состояние окружающей среды определяется метеорологическими условиями. В период с середины мая до середины сентября в южных широтах температура воздуха достигает + 35-г42С. В результате строящееся судно прогревается до температуры +80С. Нагретые металлические конструкции излучают тепло в пространство отсеков и прогревают воздух до +70С.
Естественный и принудительный воздухообмен не является интенсивным и существенно не влияет на тепловую картину в целом.
В некоторой степени, тепловую картину в отсеках определяют и тепловыделения при электросварочных работах. По высоте отсеков наблюдается температурное расслоение, разность температуры достигает 6-8С. Заметная неравномерность температурного поля в результате воздухообмена может существовать и по горизонтали.
При задымлении отсека сварочными выделениями температурное поле несколько выравнивается при росте средней температуры. Это происходит из-за уменьшения инфракрасной прозрачности среды. Задымление, особенно в небольших и тупиковых отсеках, очень значительно.
В отсеках строящегося судна выполняются сварочно монтажные работы, проварка швов, отделка швов и поверхностей.
Основная трудоемкость работ приходится на проварку швов. В зависимости от характера выполняемой работы меняется подвижность работающих. Наименьшей подвижностью характеризуются работы по проварке швов. Перемещение с одной позиции на другую в течение часа может не превышать одного метра. Поза работающего может быть различной, от работы стоя, до согнутого состояния и положения стоя на коленях. Физические нагрузки при проварке швов не существенные. Временной график выполнения работы различен и зависит от теплового состояния окружающей среды и степени задымления. Отдых в процессе работы не превышает 10 минут с обязательным уходом с рабочего места.
Отсеки строящегося судна имеют слабое естественное освещение, рабочая зона подсвечивается переносными светильниками. К месту выполнения технологических операций по кабелю подводятся: электрическая энергия при выполнении сварки, кислород и пропан по шлангам при газовой резке, сжатый воздух по шлангу для питания пневматического инструмента при отделке швов и поверхностей, компоненты покрытия по шлангам при окрашивании.
Технологический сжатый воздух от центральной компрессорной подводится к строящемуся корпусу судна по подземному трубопроводу. Вдоль корпуса судна расположены узлы подсоединения на расстоянии 15-20 метров друг от друга.
Температура сжатого воздуха 20 С, давление 0,45 - 0,55 МПа. В воздухе нет видимых механических включений и конденсата.
Условия работы по строительству корпуса судна за счет неблагоприятного теплового состояния окружающей среды в летний период и высокого уровня загазованности относятся к тяжелым. Основным способом улучшения тепловых условий является сдвиг начала работы на раннее утро и окончание ее до максимального нагрева конструкций корпуса судна.
Моделирование условий окружающей среды
Экспериментальные исследования комплекта кондиционируемой одежды в тепловой камере достигается в два этапа.
Первый этап - это моделирование окружающих условий наиболее близко соответствующих условиям работы сварщика-судосборщика в отсеках судна. Сходство с реальными условиями достигается практически по всем параметрам.
1. Геометрия окружающего пространства. Тепловая камера по объему и геометрическим размерам соответствует достаточно распространенным функциональным отсекам судна и буферным полостям.
2. В тепловой камере принудительно создается незначительная циркуляция воздуха, по скоростным параметрам соответствующая конвективному движению воздуха в отсеках и незначительной естественной вентиляции. Этот процесс в тепловой камере моделируется изменением расхода воздуха через циркуляционный вентилятор путем изменения скорости вращения.
3. Температурное воздействие окружающей среды моделируется путем создания температурного поля, характерного для отсека. В реальных условиях все поверхности отсека имеют примерно одинаковую температуру, формируемую температурными условиями в смежных отсеках. Это создает достаточно постоянное объемное температурное пространственное поле, которое характеризуется значением температуры в одной точке.
Механизмом создания температурного пространственного поля является конвекционный теплообмен между поверхностями отсека и окружающим воздухом и тепловое излучение поверхностей отсека.
Кроме внешних факторов, влияние на температурные условия оказывают внутренние для рассматриваемого объема тепловыделения в период проведения электросварочных работ и теплообмен между окружающей средой и остывающим электросварочным швом. Тепловыделения человека, работающего в отсеке, вследствие их несоизмеримости с остальными теплопотоками практически не влияют на формирование температурного поля и их можно не учитывать.
Механизм формирования температурного поля без проведения сварочного процесса показан на схеме рис. 4,17, где:
q - тепловой поток на внешней поверхности стенки, ограничивающей пространство отсека;
qu - часть теплового потока q , передаваемая излучением;
G - вес воздуха, проходящего через отсек в результате естественной вентиляции;
Тех и Теых - температура вентилирующего воздуха на входе и выходе.
Под действием теплообмена через стенки отсека и массопереноса через отсек формируется температурная картина, которую можно охарактеризовать некоторой средней температурой Т.
Если предположить, что температура стенок Тст одинакова для всего отсека, то составляющая qn несущественна и не влияет на формирование температурной картины, поскольку воздух, не содержащий примесей, не поглощает и не излучает электромагнитную энергию. На рис.4.18 приведена температурная картина типового отсека, полученная экспериментально при обследовании строящегося судна.
Температурное поле отсека, полученное экспериментально, не противоречит описательному механизму формирования по схеме, приведенной на рис. 4.17.
Однако объемное температурное поле в отсеке не полностью определяет условия работы сварщика. Механизм формирования окружающих температурных условий становится несколько иным и приведен на рис.4.19, где:
Nc - введенная мощность сварочного процесса, передаваемая в конечном результате окружающей среде в виде конвективного теплового потока qCk и теплового потока, передаваемого излучением
Тепловое состояние защищаемого объекта во многом определяется балансом энергии, проходимой через защитную оболочку и напрямую зависит от температуры наружной поверхности этой оболочки, которая при активной теплозащите может быть отличной от температуры окружающей среды.
Для теплового потока q передаваемая излучением q„ увеличивается за счет теплообмена с поверхностью защитной оболочки сварщика имеющую температуру Т„7 отличную от температуры стенок Тст и иную степень черноты.
Часть теплового потока от введенной электрической мощности, передаваемой излучением qcu вступает в теплообмен со стенками отсека и защитной оболочкой сварщика.
Изменение состава окружающей газовой среды за счет аэрозолей и выделяющихся при сварке газов с несимметричными молекулами делает эту среду способной поглощать тепловые излучения, что в свою очередь влияет на формирование температурного поля в отсеке.
Из анализа формирования температурного поля внутри пустого отсека и в отсеке при проведении сварочных работ следует, что тепловое излучение оказывает существенное влияние.
Моделирование в тепловой камере условий, соответствующих условиях в реальном отсеке.
Качественный анализ тепловых и теплообменных процессов, происходящих в реальных условиях в отсеках строящихся судов, и рассмотрение механизма формирования объемного теплового поля позволяет оценивать все происходящее как сложный процесс, состоящий из ряда самостоятельных взаимно влияющих друг на друга факторов.
Исходя из этого, все факторы должны быть учтены при моделировании реальных условий в тепловой камере. Конструкция камеры, ее системы и управление тепловыми параметрами должны соответствовать решаемой задаче. Формирование температурных условий в тепловой камере производится за счет электрической мощности, вводимой в циркулирующую в тепловой камере воздушную среду и тепловой энергии сжатого воздуха, подводимого к кондиционеру. Отбор газовой среды в верхней части камеры и возвращение в нижнюю ее часть через перфорированные вентиляционные каналы создает циркуляцию в виде вертикального движения, что соответствует реальным условиям. Возможность регулирования расхода циркулирующего потока позволяет создать различную кратность газообмена и влиять на равномерность температурного поля. Восходящий вдоль стен газовый поток участвует в теплообмене с внутренней поверхностью камеры и формирует ее температурное поле,
Тождественность теплообмена излучением достигается использованием в качестве внутренней поверхности стальных листов. Поверхность листов обработана дробеструйкой и окрашена корабельным грунтом, что соответствует технологии подготовки листов, используемых на сборке корпуса судна.
Воздействие тепловыделения от процесса электросварки моделируется использованием высокотемпературной кварцевой электролампы. Моделируется, в основном, только тепловыделение излучением, конвективное тепловыделение компенсируется введением электрической мощности при нагреве циркулирующего газового потока. Незначительная мощность излучателя, по сравнению с мощностью, выделяющейся при электросварке, компенсируется постоянным по времени ритмом работы и большей площадью измерения, по сравнению с точечным источником электросварки.
Газовый состав в тепловой камере, влияющий на интенсивность теплообмена излучением, моделируется задымлением путем сжигания капель минерального масла на поверхности электронагревателя.
Влияние тепловых условий на температуру сжатого воздуха, подводимого к кондиционеру по шлангу, проложенному по отсекам строящегося судна, моделируется размещением некоторого его количества на стенке тепловой камеры в потоке циркулирующего газового потока. Перед подачей в шланг, проходящий через тепловую камеру, сжатый воздух нагревается в электронагревателе до необходимой температуры, что имитирует подогрев воздуха в подводящей магистрали, установленной на строящемся судне.
Физические нагрузки имитируются подъемом на возвышение, расположенное в центре тепловой камеры ("стоп-тест".)
Сравнение и анализ факторов, влияющих на тепловое состояние сварщика, работающего в отсеке в реальных условиях, с факторами, определяющими тепловую картину в тепловой камере, свидетельствуют о достаточно полном моделировании основных из них качественно и количественно.
Похожие диссертации на Средства индивидуальной защиты для работ в напряженных тепловых условиях
