Содержание к диссертации
Введение
1 Исследование проблем проектирования и качества современной специальной антиэлектростатической одежды для защиты от пониженных температур 11
1.1 Анализ особенностей окружающей среды на предприятиях нефтегазового комплекса 11
1.1.1 Электростатические поля как негативный фактор производственной среды 11
1.1.2 Анализ климатических условий на современных и перспективных предприятиях нефтегазового комплекса 15
1.2 Особенности функционирования организма человека в условиях холода и статического электричества 17
1.2.1 Физиологические особенности функционирования организма человека в условиях статического электричества 17
1.2.2 Особенности терморегуляции человека в условиях пониженных температур 20
1.3 Анализ проблем обеспечения индивидуальной защиты человека от холода и статического электричества на производстве 24
1.4 Технические требования к спецодежде для защиты от холода и статического электричества 29
1.5 Анализ материалов, используемых при изготовлении специальной одежды для защиты от холода и статического электричества 34
1.5.1 Материалы верха, используемые для изготовления специальной защитной одежды от холода и статического электричества 35
1.5.2 Анализ современных утепляющих материалов специальной антиэлектростатической одежды 40
1.5.3 Анализ прокладочных и подкладочных материалов, используемых при изготовлении специальной антиэлектростатической одежды для защиты от пониженных температур 42
1.6 Вопросы обеспечения надежного уровня безопасности человека в специальной одежде 45
2 Математическое моделирование и исследование процесса электризации теплозащитной одежды 51
2.1 Разработка алгоритма проектирования специальной антиэлектростатической одежды для защиты от пониженных температур.. 51
2.2 Природа процесса электризации текстильных материалов 53
2.3 Анализ математических моделей процесса электризации текстильных материалов 56
2.4 Разработка концепции математической модели 62
2.5 Разработка математических основ моделирования процесса электризации в кусочно-однородной среде 72
2.6 Алгоритмизация задачи и аналитическое решение математической модели 79
2.7 Определение исходных данных для математической модели электризации одежды 86
3 Исследование специальных свойств утепляющих материалов для антиэлектростатической защиты с учетом особенностей среды 93
3.1 Разработка специальной схемы районирования для производства антиэлектростатической одежды 93
3.2 Разработка концепции специального антиэлектростатического теплозащитного пакета материалов 95
3.3 Исследование упругих характеристик смешанного несвязного утеплителя 100
3.3.1 Определение зависимости величины F.P. несвязного утеплителя на основе перо-пуховой смеси и холлофайбера 100
3.3.2 Исследование объемных характеристик комплексного несвязного утеплителя в условиях влажной среды 104
3.3.3 Оценка физических свойств материалов, характеризующих электризацию изделия 108
4 Разработка и исследование специального антиэлектростатического теплозащитного костюма с системой контроля безопасности человека 113
4.1 Разработка методики комплексного проектирования защитной одежды от холода и статического электричества 113
4.2 Разработка программного обеспечения для автоматизированного расчета параметров конструкции антиэлектростатической защитной одежды от пониженных температур 116
4.3 Разработка специальной системы средств непрерывного контроля электростатической безопасности человека в СИЗ 118
4.3.1 Разработка технического задания для датчика электростатического поля 119
4.3.2 Функциональная схема датчика контролирующего электростатическое поле 125
4.4 Исследование особенностей эргономики человека для разработки системы непрерывного контроля антиэлектростатической безопасности.. 126
4.5 Разработка модельной конструкции специального антиэлектростатического костюма для защиты от пониженных температур с системой непрерывного контроля безопасности человека 129
4.6 Разработка технологии изготовления специального антиэлектростатического костюма с системой непрерывного контроля безопасности 133
4.7 Исследование специального антиэлектростатического костюма для защиты от пониженных температур 135
4.7.1 Экспериментальные исследования уровня теплозащиты антиэлектростатического защитного костюма 135
4.7.2 Экспериментальные исследования уровня обеспечения антиэлектростатического эффекта костюма для зашиты от пониженных температур 141
4.8 Производственная апробация и внедрение в производство 142
Выводы 143
Основные результаты и выводы по работе 145
Библиографический список 147
Приложения 163
- Особенности функционирования организма человека в условиях холода и статического электричества
- Анализ проблем обеспечения индивидуальной защиты человека от холода и статического электричества на производстве
- Анализ математических моделей процесса электризации текстильных материалов
- Разработка программного обеспечения для автоматизированного расчета параметров конструкции антиэлектростатической защитной одежды от пониженных температур
Введение к работе
По роду профессиональной деятельности и в зависимости от климатических условий человек может подвергаться различного рода негативным и опасным воздействиям. Поэтому создание специальной одежды, которая должна защищать человека на производстве - важная задача предприятий легкой промышленности.
Анализ производственных условий предприятий нефтегазовой отрасли, как наиболее крупной и интенсивно развивающейся, показал, что наличие распределенных электрических зарядов, которые создают электростатические поля и способны в результате разрядов зажигать горючие газы, пары или пыль, находящиеся в воздушной среде, обуславливают высокую электростатическую опасность. В результате детонации взрывов и пожаров происходят трагические случаи и наносится ущерб производству. Согласно статистике, причиной взрывов паровоздушных смесей в 27% случаев было статическое электричество.
Большая часть уже разработанных и перспективных районов добычи нефти и газа расположена в районах Западной и Восточной Сибири, Дальнего Востока, а это районы с экстремально низкой температурой зимних месяцев и относительной влажностью окружающего воздуха ниже среднего значения. Атмосферные условия способствуют повышенной электризации пакета материалов, поэтому требуется специальная антиэлектростатическая одежда. В целом, для обеспечения безопасных условий труда на предприятиях нефтегазового комплекса необходимо применять специальную одежду для защиты от пониженных температур и статического электричества.
Научными учреждениями страны разработаны технические требования к специальной теплозащитной одежде и рекомендации по производству антиэлектростатических костюмов. Однако, несмотря на большое количество исследований в области создания одежды от пониженных температур (Р.Ф.
Афанасьева, П.А. Колесников, И.Ю. Бринк, Л.А. Бекмурзаев и др.) и электрических свойств текстильных материалов (Б .И. Сажин, Г.М. Бартенев, Г.А. Лущейкин, П.Л. Гефтер и др.), вопросы разработки методики проектирования и оценки качества антиэлектростатической одежды для защиты от пониженных температур в условиях опасного производства требуют своего дальнейшего развития.
Расширение ассортимента применяемых материалов вызывает необходимость изучения электрических свойств материалов и процесса электризации многослойных утепляющих пакетов.
На сегодняшний день отсутствует технология разработки пакета материалов для антиэлектростатического костюма, как основного вида специальной одежды, гарантирующая стабильный защитный эффект. Кроме этого, практически не изучены процессы электризации защитного костюма в условиях его эксплуатации. Для предотвращения несчастных случаев, обусловленных электростатической опасностью, целесообразно было бы иметь систему непрерывного контроля значения напряженности электростатического поля вблизи поверхности костюма.
Создание рациональной целостной системы индивидуальной защиты человека от электростатической опасности и пониженных температур остается актуальной исследовательской задачей. Поэтому необходимы дополнительные исследования физических процессов, происходящих в пакете материалов, характера взаимодействий в условиях статического электричества и пониженных температур в системе «Человек - Одежда -Среда», свойств текстильных материалов для специальной одежды с учетом сложных условий эксплуатации одежды, технических способов, обеспечивающих соответствие заданному уровню антиэлектростатических и теплозащитных параметров специальной одежды.
Цель работы: исследование и разработка специальной антиэлектростатической одежды для защиты от пониженных температур,
содержащей систему контроля величины напряженности
электростатического поля вблизи поверхности одежды.
Объект исследования: специальная антиэлектростатическая одежда для защиты от пониженных температур и теплозащитные пакеты.
Задачи исследования:
Разработка схемы районирования, которая позволит при проектировании антиэлектростатической одежды учитывать региональные климатические условия.
Разработка математической модели процесса электризации пакета материалов специальной одежды, позволяющей прогнозировать её защитные антиэлектростатические свойства.
Исследование характеристик современных материалов, используемых при производстве антиэлектростатической одежды для защиты от пониженных температур.
Совершенствование методики проектирования специальной антиэлектростатической одежды для защиты от пониженных температур.
Разработка специальной системы контроля напряженности электростатического поля и оповещения в рамках защитной одежды.
Разработка базовой и модельной конструкций специального антиэлектростатического костюма для защиты от пониженных температур с функцией непрерывного контроля напряженности электростатического поля.
Основные методы исследования. В работе использованы методы имитационного и оптимизационного моделирования, методы планирования научного эксперимента, фотохронометрический метод анализа, математические методы оценки результатов эксперимента, метод вторичных источников, метод наложения электрических полей (принцип суперпозиции), методологические основы эргономики. В работе использовались программы Microsoft Word, Microsoft Excel, Maple и Visual Basic for Application для операционной системы Microsoft Windows XP Professional.
Научная новизна работы состоит в следующем:
впервые разработана схема климатического районирования для проектирования антиэлектростатической одежды с учетом температурно-влажностного режима;
разработана методика оптимизации пакета материалов и прогнозирования антиэлектростатического эффекта;
разработана математическая модель электризации пакета текстильных материалов на основе геометрических моделей «Человек - Одежда -Среда»;
установлены эмпирические зависимости упругих и объемных свойств смесей несвязных утеплителей от долевого состава и влажности сырья для антиэлектростатической одежды.'
Практическая значимость определяется следующими положениями:
Спроектирован, изготовлен, сертифицирован и внедрен в производство образец специальной антиэлектростатической одежды для защиты от пониженных температур;
Разработана обобщенная структурно-логическая схема и алгоритм проектирования специальной антиэлектростатической одежды для защиты от пониженных температур;
Создано техническое решение, обеспечивающее контроль напряженности электростатического поля вблизи поверхности одежды и осуществляющее сигнализацию в случае превышения заданного уровня напряженности электростатического поля;
Разработаны рекомендации по применению антиэлектростатического костюма для защиты от пониженных температур.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: XXIV заседании Российской школы по проблемам науки и технологий, посвященной 80-летию со дня рождения академика В.П. Макеева, 2004 г., г.Миасс; Международной научно-технической конференции «Инновации и перспективы сервиса», 2004 г.,
г.Уфа; III Международной научно-практической конференции «Экономические проблемы организации производственных систем и бизнес-процессов», 2005 г., г.Новочеркасск; Международной научно-практической конференции «Социально-экономические и технико-технологические проблемы развития сферы услуг», 2005 г., г.Ростов-на-Дону; Международной научно-практической конференции «Социально-экономические и технико-технологические проблемы развития сферы услуг» 2006 г., г.Ростов-на-Дону; Международной научной конференции «Производство. Технология. Экология. «ПРОТЭК'2006», 2006 г, г.Москва; Седьмой Международной научно-практической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики», 2006 г., г.Новочеркасск.
Внедрение результатов исследований. Методика оптимизации конструкции и пакета материалов антиэлектростатической одежды внедрена в производство на ООО «Универсальное объединение «ВИВ» г. Ростов-на-Дону и в производственном объединении ООО Компания «Сплав» г. Москва.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ГОУ ВПО ЮРГУЭС в 2006/2007 учебном году в курсовом проектировании по дисциплине «Исследовательская работа на стыке фундаментальных дисциплин» для студентов специальностей 260902.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 162 страницах машинописного текста, состоит из введения и 4 глав, 28 таблиц, 36 рисунков, общих выводов и библиографического списка, насчитывающего 148 наименований, а также приложений, изложенных на 16 страницах.
Особенности функционирования организма человека в условиях холода и статического электричества
В зависимости от знака, величины и места скопления электростатического заряда, электрическое поле, им созданное, может оказывать негативное влияние на организм человека и даже представлять опасность его здоровью [17-18].
Стекание с наэлектризованной одежды накопленного на ней электрического заряда посредством газового разряда может стать причиной первичных травм, связанных с прохождением электрического тока через тело человека, ожогом искрой, или в результате возгорания находящихся в окружающей среде опасных веществ, а также вторичных - ушибы и травмы при падении. Даже если возникающий при электризации или нейтрализации сред электрический ток не опасен для человека, длительное воздействие на организм даже слабых токов разрядки вызывает расстройство нервной системы и ухудшает общее состояние человека. Длительное пребывание во внешнем электростатическом поле может вызвать функциональные нарушения нервной и сердечно - сосудистой систем.
Влияние электрического поля на живой организм достаточно сложно, так как система управления живого организма построена на нейро электрических импульсах (смертельным уровнем тока для человека является ОДА). Кроме этого, воздействие электрической энергии связано с возникновением электрического разряда через газовый промежуток, который не менее опасен. Концентрация на малой площади огромной температуры (до 20000 К) приводит к появлению огромной тепловой энергии. Этот мощный тепловой поток и является основным поражающим фактором при воздействии электрического разряда, вызывающим возгорание одежды и сильные ожоги (нередко с летальным исходом). Обычная одежда под воздействием тепловой энергии мгновенно вспыхивает, синтетические волокна плавятся прямо на коже человека, усиливая страдания и увеличивая степень ожогов. Все это происходит за доли секунды и оказать помощь практически невозможно [17]. Комплекс физиологических воздействий, которые оказывает на человека электрическое поле, и обусловленный полем электрический ток, условно делят на четыре вида [2,18-20] (таблица 1.3).
Сведения, представленные в таблице, показывают, что воздействия на человека статического электричества приводят к разносторонним изменениям в организме и представляют угрозу его жизни и здоровью.
Проведенные в ИЗМИР АН (Институт Земного Магнетизма и Ионосферы РАН) [6] измерения показали, что эксплуатация одежды, изготовленной из натуральных материалов, не вызывает значительной электризации кожи человека, в то время как синтетические материалы наоборот. Негативное влияние на человека оказывает положительный электрический заряд, сгенерированный на поверхности кожи, тогда как незначительный отрицательный заряд оказывает благоприятное воздействие. Отрицательный заряд возникает на коже человека при контакте ее с натуральными материалами, такими как хлопок, шерсть. Воздух, содержащий отрицательные ионы, способствует лечению больных туберкулезом легких, а нахождение в среде с избытком положительных ионов приводит к отклонениям от нормальной деятельности сосудистой и нервной систем, вызывает головные боли, сонливость или излишнюю нервозность.
Отрицательное биологическое воздействие большинства синтетических материалов свидетельствуют о том, что к выбору одежды в- целом, и специальной защитной одежды в том числе, необходимо подходить очень внимательно [7]. Разработкам методов и способов борьбы с негативным проявлением статического электричества посвящены научные исследования ряда ученых [21 -23].
Однако до настоящего времени отсутствуют систематизированные сведения о воздействии статического электричества на человека, изолированного от внешней среды слоями специальной одежды, и рекомендации по совершенствованию средств индивидуальной защиты человека от статического электричества.
Длительное нахождение человека в условиях пониженных температур (0 + -70 С) [24] без соответствующей защитной одежды представляет опасность переохлаждения, которое способно вызвать отрицательные последствия для его здоровья [25, 26], отражается на его трудоспособности.
В целом организм человека - это саморегулирующая система, но ее возможности в сохранении температурного гомеостаза весьма ограничены биологическими особенностями строения тела и физиологического функционирования внутренних систем жизнеобеспечения человека. К условиям низких температур человек приспособился в основном за счет социальных факторов: жилья и одежды [27].
В среде с низкой, некомфортной температурой незначительное снижение теплопотерь тела человека происходит за счет уменьшения градиента температуры между поверхностью тела и среды в результате охлаждения рецепторов кожи, спазмирования под влиянием этого кровеносных сосудов и увеличения термического сопротивления тканей организма. С течением времени постепенно происходит адаптация организма человека к пониженным температурам [28]. Исследования [25, 29 - 31] показали, что у лиц, систематически находящихся на холоде, вырабатывается способность к акклиматизации, выражающаяся в большей подвижность стенок сосудов, позволяющая быстро восстанавливать нормальное кровоснабжение тканей. Однако при выполнении интенсивной физической нагрузки способность к акклиматизации не играет большой роли, т.к. в этом случае температура тела становится выше, дефицит тепла больше, а температура кожи, по отношению к состоянию покоя ниже [28, 32, 33]. Величина теплопродукции при этом может увеличиваться в шесть раз [25, 34].
Анализ проблем обеспечения индивидуальной защиты человека от холода и статического электричества на производстве
Анализ условий работы на предприятиях нефтегазового комплекса позволил выделить взаимосвязанную и взаимодействующую систему: «Человек - Одежда - Среда», представленную на рисунке 1.1, центральное место в которой занимает человек.
Одним из важных аспектов заботы государства является создание здоровых и безопасных условий труда. Это предполагает организацию ряда соответствующих мероприятий на производстве и обеспечение трудящихся средствами индивидуальной защиты, которые играют важную роль в профилактике травматизма и заболеваемости, так как современными техническими средствами не всегда удается устранить воздействие опасных и вредных производственных и климатических факторов на организм человека.
Необходимость применения средств индивидуальной защиты регламентируется законом о труде [43], государственными стандартами системы стандартов безопасности труда (ССБТ), «Инструкцией о порядке обеспечения рабочих и служащих специальной одеждой, специальной обувью и другими средствами индивидуальной защиты» [1], другими нормативными документами.
На территории России условия работы, которые подразумевают нахождение рабочих в течение длительного времени на открытом воздухе под воздействием климатических факторов, предполагают использование специальной теплозащитной одежды. Остается актуальная проблема современных предприятий - обеспечение безопасных условий труда в зонах высоких напряжений и наличия распределенных электрических зарядов, создающих опасные электростатические поля. ГОСТ 12.4.016-83 «ССБТ. Одежда специальная защитная. Номенклатура показателей качества» [44] определяет 13 групп, на которые подразделяется специальная одежда по защитным свойствам от вредных производственных факторов, а вся специальная одежда подразделяется на 15 групп и 36 подгрупп [45]. К нормируемым производственным факторам относятся допустимые значения температуры воздуха рабочей зоны, уровни напряженности электростатического поля.
В соответствии с законодательством на работах с вредными и опасными условиями труда, а также на работах, проводимых в особых климатических (в частности, температурных) условиях, специальные одежда, обувь и другие средства индивидуальной защиты (СИЗ) по установленным нормам выдаются рабочим и служащим бесплатно. Назначение специальной одежды - защищать здоровье людей, которые трудятся во вредных и опасных условиях [1]. Выдаваемые СИЗ должны отвечать требованиям стандартов и технических условий и, прежде всего, соответствовать характеру и условиям труда, обеспечивать личную безопасность работающих. Поэтому создание эффективных средств индивидуальной защиты - важнейший фактор борьбы за здоровье и безопасность работающих.
Требованиями Санитарных норм [46] предусматриваются способы исключения нежелательных воздействий разрядов на человека посредством различных средств защиты или ограничения пребывания на рабочем месте. Средства защиты работающих от статического электричества согласно ГОСТ 12.4.011-89 [47] делятся на средства коллективной защиты и средства индивидуальной защиты. ГОСТ 12.4.124-83 [48] устанавливает общие технические требования к средствам защиты работающих от опасного и вредного воздействия статического электричества [23, 49]. В таблице 1.5 представлены группы средств защиты человека от статического электричества.
Из средств индивидуальной защиты работникам нефтегазового комплекса выдаются антиэлектростатические одежда и обувь, которые в системе комплексной защиты от статического электричества выполняют три важные функции: экранируют внешние объекты от воздействия электрических полей, созданных электрическими зарядами, возникающими на коже человека и внутренних поверхностях одежды при трении; служат проводником для стекания электрического заряда на землю с тела работника и одежды через антистатическую обувь; рассеивают трибоэлектрический заряд.
Анализ математических моделей процесса электризации текстильных материалов
Модели, описывающие процесс возникновения электрического заряда, его влияние на производственный процесс и на организм человека, рассматривались в работах исследователей [8,21,108-110,113-117].
Л.Леб [108] отмечает трудность интерпретации и сопоставления получаемых результатов при исследовании электризации вследствие большого разнообразия процессов взаимодействия между контактирующими материальными средами. Такие взаимодействия как трение, сжатие, растяжение, сдвиг и т.д., увеличивают площадь контакта двух сред. А в зависимости от скорости протекания -этих процессов усиливают или ослабляют обменные процессы, что способствует увеличению максимальной величины статического заряда, образующегося на контактирующих поверхностях. Поэтому механические воздействия играют большую роль в процессах электризации, что отмечают все исследователи [8, 10, 18, 22, 106, 108,115].
Непосредственный контакт двух материалов -. это самое простое взаимодействие. Образование электростатических зарядов при простом контакте проходит следующие этапы: изменение раннее установившегося взаимодействия материальных сред; первичное образование двойного электрического слоя в средах; установление электропроводящей связи сред и переход носителя заряда; нарушение электропроводящей связи и вторичное образование двойного электрического слоя.
Так как сила взаимодействия ядра и электронной оболочки для различных веществ различна, на границе раздела сред возникает скачек потенциала, обусловленный разностью работы выхода носителя заряда с поверхности вещества и образуется двойной электрический слой. Двойной электрический слой представляет собой своеобразный конденсатор, обкладки которого несут заряды противоположного знака, а расстояние между ними мало по сравнению с их линейными размерами.
Исследования по контактной электризации большого количества полимерных диэлектриков [3] показали, что поверхностная плотность зарядов пропорциональна наименьшей диэлектрической проницаемости контактирующих материалов и находится в диапазоне (6...18)10- Кл/м . Теоретически знак заряда материала определяют по трибоэлектрическим рядам. Хотя у разных авторов существуют различия, по-видимому, в связи с различием условий проведения экспериментов по электризации.
Результирующая поверхностная плотность заряда во многом определяется видом носителей заряда. При контакте чистых поверхностей в процессе электризации основную роль играют электроны, а при наличии загрязнений и интенсивном трении - ионы или заряженные частицэ вещества. Причем ионы и заряженные частицы образуют менее устойчивый поверхностный электрический заряд.
Модель процесса электризации при контакте двух диэлектриков с переходом электронов, где рассмотрены условия перехода заряда при контакте двух диэлектриков с различными энергиями уровня Ферми, рассмотрена в работе [116]: где а - поверхностный электрический заряд, Кл/м ; АФ - разность энергий на уровне Ферми, эВ; А% - разница в энергии сродства к электрону, эВ; е -величина элементарного электрического заряда, Кл; Vj и v2 - глубина инжектирования носителей заряда относительно границы раздела диэлектриков (соответственно для первого и второго материала), м; е2 и е\ -диэлектрические проницаемости контактирующих материалов (соответственно первого и второго вещества).
Модель процесса электризации, основанная преимущественно на диффузном переходе ионов с одной поверхности на другую, предложена в работе [117]. Используя закон Больцмана, для расчета распределения количества носителей, преодолевающих потенциальный барьер между поверхностями, получено выражение для поверхностного заряда при контакте: где ео - электрическая постоянная (равна 8,85-10" Ф/м); е - минимальная из двух (б2 и /) диэлектрическая проницаемость; h - расстояние между поверхностями (высота неровности), м; Wi (и Wi) -энергия связи носителей зарядов с твердым телом, эВ; к - постоянная Больцмана (равна 1,38-10 Дж/К); Т - абсолютная температура, К; nt (и п}) - концентрация ионов или частиц, м"3; Е - напряженность внешнего электростатического поля, В/м.
Экспериментальные доказательства возможности переноса зарядов ионами при контактной электризации получены в работе [108]. Подобный механизм электризации характерен для полимерных материалов и текстильных волокон, которые могут иметь на поверхности ионизированные группы, электролитические ионы загрязнений или ионы, осажденные на поверхность из воздуха. Хотя вопрос о природе носителей зарядов, которые определяют физическую природу процесса электризации, до сих пор окончательно не разрешен, различные авторы [8, 21], рассматривая этот вопрос, приходят к выводу, для текстильных тканей преимущественно характерен ионный механизм.
Уравнение (2.2) показывает, что в этом случае для создания значительного поверхностного заряда необходим, в среднем, малый зазор между поверхностями, тем более, что переход ионов в зазорах более 3-5 нм невозможен и, следовательно, требуется большая фактическая поверхность контакта.
Статическая электризация в целом складывается из двух процессов: накопления (генерации) статических зарядов и стекания зарядов во времени. Таким образом, поверхностная плотность зарядов на диэлектрике в некоторый момент времени равна: где Да - прирост плотности зарядов за.время t; da/dt- скорость стекания заряда во времени. Если процессы генерации зарядов и их спада непрерывны и имеют один и тот же механизм за время t, то можно перейти к бесконечно малым величинам и к интегрированию:
Однако генерация зарядов, как правило, не является непрерывным процессом [21], особенно при эксплуатационной носке текстильных изделий. Обычно это ступенчатый процесс. Отекание заряда, напротив, процесс непрерывный и определяется следующими явлениями: электропроводностью диэлектрика и эмиссией заряда с поверхности в окружающую среду.
Разработка программного обеспечения для автоматизированного расчета параметров конструкции антиэлектростатической защитной одежды от пониженных температур
На основе разработанной методики комплексного проектирования одежды для защиты от холода и статического электричества и представленного в п.4.1. алгоритма расчетов, используя математическую модель процесса электризации пакета материалов и функциональные возможности программы «TERM», было разработано программное обеспечение «ANTISTATIK-minus», которое позволяет, используя исходные данные, получать численное описание наиболее оптимального с точки зрения промышленной безопасности пакета материалов и параметров конструкции специальной одежды. Исходные данные для выполнения расчетов реализации представлены в Приложениях Д и Е, внешние условия и параметры состояния человека - в таблице 4.1. Текст работы интерфейса программы на языке BASIC представлен в Приложении Ж. Используя программы «TERM» и «ANTISTATIK-minus», были выполнены расчеты, в результате которых был определен оптимальный состав материалов теплозащитного антиэлектростатического пакета (таблица 4.2) и рассчитаны распределения толщин и припусков для создания базовой конструкции, результаты которых представлены в Приложении Д. Полученные данные обеспечивают информационную базу данных для разработки чертежа базовой конструкции одежды, в том числе в автоматизированном режиме в современных системах проектирования независимо от методик конструирования. Разработанная методика и программная среда для расчета рациональных параметров конструкции изделия позволила получить необходимый объем информации для конструирования специальной антиэлектростатической одежды для защиты от пониженных температур. Однако рассматриваемый класс защитной одежды относится к изделиям, подвергающимся агрессивным воздействиям среды, таким как статическое электричество, воздействие которого на человека за крайне короткий промежуток времени может привести к трагическим последствиям. Учитывая то, что проектирование одежды ведется на усредненные входные данные и учитывается типовая схема жизнедеятельности человека на производстве, следует заметить, что реальная жизнь нередко вносит свои существенные корректировки, что может спровоцировать угрозу незапланированного превышения напряженности электростатического поля вблизи поверхности одежды и риск образования пробоя с последующим воспламенением смесей газов и возгоранием одежды.
Поэтому, кроме установленных базовых защитных параметров специальной одежды появляется актуальная задача - обеспечить человека дополнительным уровнем защиты в такой одежде, где будет предусмотрена возможность в непрерывном режиме отслеживать состояние защитной системы человека. Изучение вопроса обеспечения рабочих средствами контроля электростатической опасности, показал, что в настоящее время отсутствует система мобильного измерения величины электризации материала, позволяющая непрерывно контролировать степень наэлектризованное одежды и своевременно оповещать о возникающей опасности при приближении степени электризации к предельно допустимой. Объектом разработки является датчик, как элемент для контроля величины электростатического поля. На один антиэлектростатический костюм полный контролирующий комплекс составит несколько изолированных датчиков, работающих автономно и непрерывно. Назначение объекта: устройство относится к электроизмерительной технике и предназначено для оценки электростатического поля, созданного накопленными на внешних и внутренний поверхностях пакета одежды электрическими зарядами. Цель изобретения - создание компактного (негромоздкого и малогабаритного) устройства, позволяющего в режиме непрерывного действия вести оценку электростатического поля и своевременно оповещать о приближении степени электризации контролируемого образца к предельно допустимой. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и области применения измерителей электростатического поля для диагностики электростатического поля вблизи поверхности специальной одежды работников предприятий повышенной электростатической, пожарной, искро- и взрывоопасности. Краткое описание действия прибора. Предлагаемый прибор представляет собой элемент контролирующего комплекса - датчик. Основные функции разрабатываемого прибора: измерение напряженности электростатического поля, возникающего вблизи поверхности покровного слоя одежды; регистрация измеренной физической величины; сравнение измеренного значения с критическим значением параметра; в случае превышения измеряемой характеристики поля критического значения вывод соответствующей информации потребителю.
Похожие диссертации на Исследование и разработка специальной антиэлектростатической одежды для защиты от пониженных температур
