Порядок проведения лабораторной работы

1. Подготовить к исследованию четыре защитных экрана (брезен- товый, экран с цепями, черный металлический экран и белый метал- лический экран).

2. Подключить источник теплового излучения к сети переменного тока.

3. Включить источник теплового излучения (верхний нагрева- тельный элемент) и измеритель теплового потока ИПП-2М. Устано- вить ИПП-2М в положение «плотность потока».

4. Проверить положение головки измерителя теплового потока в штативе (смещена относительно стойки на 100 мм). Произвести за- меры плотности теплового потока от источника теплового излучения в пяти точках (300 мм, 400 мм, 500 мм, 600 мм и 700 мм), перемещая вручную штатив вдоль линейки. В каждой исследуемой точке необ- ходимо выполнять 5 замеров плотности теплового потока для их по- следующего усреднения (для увеличения точности показаний в од- ной точке замера). Данные занести в протокол 2.1.

5. Установить экран с брезентом. Подождать 3...5 мин для уста- новления стационарного режима. Замерить плотность теплового по- тока в исследуемых точках (аналогично п. 4). Занести данные заме- ров в протокол 2.2.

6. Установить экран с цепями и, дождавшись установления ста- ционарного режима, провести замеры плотности теплового потока аналогично п. 5. Заполнить протокол 2.3.

7. Установить черный металлический экран и, дождавшись уста- новления стационарного режима, провести замеры плотности тепло- вого потока аналогично п. 5. Заполнить протокол 2.4.

8. Переключить прибор ИПП-2М в положение «температура». За- мерить температуру поверхности экрана в верхней части, для чего

датчик измерения температуры плотно прижать к поверхности экра- на и удерживать 1,5 мин. Полученные данные занести в протокол 2.8.

9. Установить белый металлический экран и, дождавшись уста- новления стационарного режима, провести замеры плотности тепло- вого потока аналогично п. 5. Заполнить протокол 2.5.

10. Переключить прибор ИПП-2М в положение «температура». Замерить температуру поверхности экрана в верхней части, для чего датчик измерения температуры плотно прижать к поверхности экра- на и удерживать 1,5 мин. Полученные данные занести в протокол 2.8.

11. Разместить над исследуемым белым металлическим экраном широкую щетку пылесоса. Включить пылесос в режим отбора возду- ха (имитируя устройство вытяжной вентиляции) и включить его. Спустя 3...5 мин (после установления стационарного теплового ре- жима) определить величину плотности теплового потока в исследуе- мых точках (см. п. 5). Заполнить протокол 2.6.

12. Перевести пылесос в режим подачи воздуха (имитируя режим воздушного душирования), при этом поток воздуха должен быть на- правлен непосредственно на поверхность экрана со стороны источ- ника. Спустя 3...5 мин (после установления стационарного теплового режима) определить величину плотности теплового потока в иссле- дуемых точках (см. п. 5). Выключить пылесос и заполнить прото- кол 2.7.

13. По окончании измерений произвести расчет среднего значения плотности теплового потока для всех точек замера (протоколы 2.1 – 2.7).

14. По данным протоколов 2.1 – 2.5 построить на одном графике зависимости среднего значения плотности теплового потока

ср 2

=

q пад, Вт/м, от расстояния x, мм, при открытом источнике теплового

пад

излучения и с экранами: q ср

f (x).

15. По данным протоколов 2.5, 2.6 и 2.7 построить на одном гра- фике зависимости среднего значения плотности теплового потока

ср 2

=

q пад, Вт/м, от расстояния x, мм при имитации работы вентиляции

пад

(вытяжной и приточной) и без нее: q ср

f (x).

16. Произвести расчет эффективности защитного действия экра- нов, а также эффективности комбинированной тепловой защиты (при совместной работе защитного экрана и местной вентиляции) по фор- муле (2.1) в точке, максимально приближенной к источнику (300 мм). Занести полученные результаты расчета в протокол 2.9. По

результатам расчета построить гистограмму эффективности экранов и комбинированной защиты.

17. Сделать выводы о проделанной работе.

 

Протоколы

Протокол 2.1. Результаты замеров плотности теплового потока на различных расстояниях от открытого источника теплового излуче- ния

 

Расстояние от источ- ника излучения, мм	Плотность теплового потока падающего излучения, Вт/м2	Среднее значе- ние ср, Вт/м2 q пад

Протокол 2.2. Результаты замеров плотности теплового потока на различных расстояниях от источника теплового излучения с брезен- товым экраном

Расстояние от источ- ника излучения, мм	Плотность теплового потока падающего излучения, Вт/м2	Среднее значе- ние ср, Вт/м2 q пад

Протокол 2.3. Результаты замеров плотности теплового потока на различных расстояниях от источника теплового излучения с экраном цепи

Расстояние от источ- ника излучения, мм	Плотность теплового потока падающего излучения, Вт/м2	Среднее значе- ние ср, Вт/м2 q пад

Протокол 2.4. Результаты замеров плотности теплового потока на различных расстояниях от источника теплового излучения с черным металлическим экраном

Расстояние от источ- ника излучения, мм	Плотность теплового потока падающего излучения, Вт/м2	Среднее значе- ние q пад, Вт/м ср

Протокол 2.5. Результаты замеров плотности теплового потока на различных расстояниях от источника теплового излучения с белым металлическим экраном

Расстояние от источ- ника излучения, мм	Плотность теплового потока падающего излучения, Вт/м2	Среднее значе- ние q пад, Вт/м ср

Протокол 2.6. Результаты замеров плотности теплового потока на различных расстояниях от источника теплового излучения с белым ме- таллическим экраном при имитации работы вытяжной вентиляции

Расстояние от источ- ника излучения, мм	Плотность теплового потока падающего излучения, Вт/м2	Среднее значе- ние ср, Вт/м2 q пад

Протокол 2.7. Результаты замеров плотности теплового потока на различных расстояниях от источника теплового излучения с белым металлическим экраном при имитации воздушного душирования

Расстояние от источ- ника излучения, мм	Плотность теплового потока падающего излучения, Вт/м2	Среднее значение q пад, Вт/м ср

Протокол 2.8. Результаты замеров температур экранов

 

Вариант	Температура, °С
Поглощающий (черный металлический)
Отражающий (белый металлический)

Протокол 2.9. Эффективность работы экранов и комбинированной тепловой защиты

 

Теплозащитное устройство	Эффективность, %
Экран с брезентом
Экран с цепями
Экран черный металлический
Экран белый металлический
Экран белый металлический совместно с вытяжной вентиляцией
Экран белый металлический совместно с воздуш- ным душированием

 

Библиографический список

1. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов / С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др.; Под общ. ред. С.В. Белова. – 5-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 2005. – 606 с.

2. ГОСТ 12.1.005–88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические тре- бования к воздуху рабочей зоны.

3. ГОСТ 12.4.123–83 ССБТ. Средства коллективной защиты от инфракрасных излучений. Общие технические требования.

4. ГОСТ Р 12.4.011–89 ССБТ. Средства защиты работающих. Об- щие требования и классификация.

5. Р 2.2.2006–05. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация ус- ловий труда.

6. ГОСТ 25380–82. Здания и сооружения. Метод измерения плот- ности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструк- ции.

7. Безопасность жизнедеятельности в металлургии: Учеб. для ву- зов / Л.С. Стрижко, Е.П. Потоцкий, И.В. Бабайцев и др.; Под ред. Л.С. Стрижко. – М.: Металлургия, 1996. – 416 с.

Контрольные вопросы

1. Какие технические средства защиты от тепловых излучений вы знаете?

2. Как определить эффективность экрана?

3. Какой из исследуемых экранов наиболее/наименее эффектив- ный?

4. Какие величины нормируются при нормировании тепловых из- лучений?

5. Сформулируйте основные законы теплового излучения.

6. Приведите классификацию экранов.

7. Какими свойствами должна обладать ткань, из которой изго- тавливают средства индивидуальной защиты?

8. Что представляет собой воздушное душирование?

9. Какая величина интенсивности теплового излучения не вызы- вает неприятных ощущений у человека?

10. Как влияет длина волны ИК излучения при его воздействии на человека?

Приложение 2.1

 

Примеры характеристик конструкций оградительных устройств, применяемых для защиты от ИК излучений [3]

 

Наименова- ние средства защиты	Конструктивное исполнение	Вид мате- риала	Вид охладителя	Назначение
газооб- разный	газожид- костный	жидко- стный
Теплоотра- жающие	Устройство, состоящее из одного или нескольких полированных лис- тов алюминия толщиной 1...1,5 мм с воздушной прослойкой 25...30 мм и с естественным или принудитель- ным охлаждением	Непро- зрачные	Воздух	Воздуш- ная смесь	−	Локализация ИК излучения от стен печей, нагретых материалов, ограждение внешних поверхно- стей стен кабин постов управле- ния
Устройство, состоящее из одного или нескольких теплоотражающих стекол с воздушной прослойкой 20...30 мм и с естественным или принудительным охлаждением	Прозрач- ные	То же	То же	−	Ограждение от ИК излучений смотровых проемов кабин постов управления
Теплоотво- дящие	Устройство, состоящее из напорных водоохлаждаемых труб, покрытых металлическим листом	Непро- зрачные	−	−	Вода	Локализация ИК излучений от стен и открытых проемов печей
Устройство, состоящее из сварных заслонок, футерованных огнеупо- ром	То же	−	Водовоз- душная смесь	То же	То же
Устройство охлаждаемое из металлической сетки	Полупро- зрачный	−	−	Вода	Локализация ИК излучений от нагретых материалов переработки
из металлических цепей	То же	−	−	То же	Локализация ИК излучений от открытых проемов печей

Продолжение прил. 2.1

 

Теплопогло- щающие	Устройство   из стальных заслонок или щи- тов, облицованных асбестом, легко- весом, вермикулитовыми или пер- литовыми плитами и др.	Непро- зрачный	Воздух	−	−	Локализация ИК излучений от стен печей, нагретых материалов переработки, открытых проемов печей
из металлической сетки с ячей- кой размером не более 3×3 мм	Полупро- зрачный	−	−	−	Локализация ИК излучений от открытых проемов печей
из металлических цепей	То же	−	−	−	То же
из стекла с сеткой	То же	−	−	−	Ограждение от ИК излучений смотровых проемов кабин постов управления
из одного или двух закаленных стекол с воздушной прослойкой 25...30 мм с естественным или при- нудительным охлаждением	Прозрач- ные	Воздух	−	−	Ограждение от ИК излучений смотровых проемов кабин постов управления
Комбиниро- ванные отража- тельно- пористые	Устройство, состоящее из перфори- рованного полированного алюми- ниевого листа с принудительным охлаждением	Непро- зрачные	−	Водовоз- душная смесь	−	Ограждение от ИК излучений поверхностей стен кабин постов управления
поглоти- тельно- пористые	Устройство с пористым теплоизо- лирующим материалом и принуди- тельной подачей охладителя	То же	−	То же	−	Локализация ИК излучений от стен и открытых проемов печей
отража- тельно- пленочные	Устройство, состоящее из двойного закаленного теплоотражательного и теплопоглощающего стекла с воздушной прослойкой 25...30 мм с естественным или принудительным охлаждением	Прозрач- ные	Воздух	−	−	Ограждение от ИК излучений смотровых проемов кабин постов управления

Лабораторная работа 3

 

ИСПЫТАНИЕ ВЫТЯЖНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК

Цель работы – исследование работы местной вытяжной механи- ческой вентиляции (вытяжного шкафа и вытяжного зонта) и опреде- ление их технических характеристик.

 

Общие сведения

Для локализации вредных выделений (газы, пары, избыточное те- пло, пыль) непосредственно в источнике их выделения и удаления их из производственного помещения служит местная вытяжная механи- ческая вентиляция.

Основные требования, предъявляемые к вентиляционным систе- мам при монтаже, эксплуатации и ремонте, установлены в ГОСТ 12.4.021–75 ССБТ «Системы вентиляционные. Общие требо- вания» [1]. Требования санитарной, экологической, пожарной безо- пасности при пользовании, а также требования надежности и энерго- сбережения к системам вентиляции воздуха зданий и сооружений приведены в СНиП 41-01–2003 «Отопление, вентиляция и кондицио- нирование» [2].

Местные отсосы многообразны по типам и конструкции, но во всех случаях должны удовлетворять основным требованиям: обеспе- чивать максимально возможное укрытие мест вредных выделений с минимальной площадью открытых проемов и отверстий; исключать возможность прохождения отсасываемых вредных веществ через зону дыхания работающих; удалять вредные выделения таким обра- зом, чтобы направление их движения совпадало с направлением их естественного движения (горячие газы и пары надо удалять вверх, холодные тяжелые газы и пыль – вниз). Местные отсосы не должны мешать оператору выполнять технологические операции, их приме- нение не должно вызывать снижения производительности труда.

При проектировании местных отсосов необходимо иметь данные об аэродинамике вредных выделений (скорости выхода газов, темпе- ратуре, концентрации газов), изменениях этих параметров при раз- личных режимах работы оборудования и ведения технологического процесса.

Местные вытяжные системы применяются в сочетании с общеоб- менными. При их совместном действии можно обеспечить необхо- димые условия воздушной среды в помещениях.

Целью установки местной вытяжной вентиляции у технологиче- ского оборудования является локализация вредностей, т.е. предот- вращение выбивания их в атмосферу производственного помещения путем ограждения источников выделения вредных веществ и созда- ния в рабочих проемах и неплотностях этого ограждения (местного отсоса) потоков воздуха, направленных внутрь ограждения. Эти по- токи называют аспирационными, а количество воздуха, поступающе- го внутрь местного отсоса через неплотности и открытые проемы в единицу времени – аспирационным расходом воздуха L, м3/ч.

Величина L определяется как произведение площади неплотно- стей и открытых рабочих проемов F, м2 на оптимальную скорость аспирационных потоков v, м/с, гарантирующую невыбивание вред- ностей из этих проемов и неплотностей местного отсоса:

L = 3600 Fv, (3.1)

Величина площади F является расчетной, определяемой в зависи- мости от конструкции местного отсоса, вида технологического обо- рудования и требований к размерам рабочих проемов, необходимых для ведения технологического процесса. Величина оптимальной ско- рости потока воздуха в неплотностях и проемах v зависит от степени токсичности выделяющихся вредностей, конструктивных особенно- стей местного отсоса и технологического оборудования.

Скорость движения воздуха в открытом рабочем проеме v и аспи- рационный расход L являются основными техническими характери- стиками любой местной вытяжной вентиляционной установки.

Местные отсосы размещают у источника вредных выделений и в за- висимости от технологического процесса и оборудования, исполняют в виде: вытяжного зонта, вытяжного шкафа, витринного отсоса, бортового отсоса, отсасывающих панелей, аспирируемых укрытий и др. (рис. 3.1).

Вытяжной шкаф. По конструктивному исполнению вытяжные шкафы относятся к двум типам местных отсосов: вытяжные шкафы обычные с открытым рабочим проемом (полузакрытого типа) и вы- тяжные шкафы закрытого типа – боксы.

Вытяжные шкафы широко применяются при ручных работах на технологических операциях термической, гальванической обработки металлов, при окраске, пайке, выпаривании растворов, ручной работе с пылящими материалами, с химическими веществами.

 

 

Рис. 3.1. Схемы местных отсосов: а – вытяжной шкаф; б – витринное укрытие; в – укрытие-кожух для заточного станка; г – вытяжной зонт; д – зонт-козырек над открытым проемом печи; е – вытяжная воронка при сварке крупногабаритных изделий; ж – нижний отсос;

з – боковой отсос; и – наклонная вытяжная панель; к – двухбортовой отсос от гальванической ванны; л – активизированный бортовой отсос; м – кольцевой отсос для ручного сварочного пистолета

 

Боксы применяют для работы с особо вредными и радиоактивны- ми веществами.

Вытяжные шкафы (в зависимости от физико-химических свойств вредных веществ и количества теплоты) делают:

– с верхним удалением воздуха – для удаления теплых газов и га- зов, которые легче воздуха;

– с нижним удалением воздуха – для удаления тяжелых газов и пыли при отсутствии выделений тепла в шкафу;

– с комбинированным удалением воздуха для обеспечения боль- шей равномерности скорости v по всему сечению открытого рабоче- го проема, особенно по высоте. Считается, что наилучшая равномер- ность достигается, если из нижней зоны отсасывается 80...90 % воз- духа, а из верхней 10...20 %.

Вытяжные шкафы устраивают с естественной или механической тягой. Для осуществления естественной вытяжки необходимо, чтобы температура воздуха в шкафу была выше наружной.

Основные типы применяемых вытяжных шкафов представлены в прил. 3.1.

Расход удаляемого из вытяжного шкафа воздуха определяют по формуле (3.1), при этом площадь открытого рабочего проема шкафа, как правило, соответствует 40...50 % площади проема при полном открытии створки.

Скорость движения воздуха в открытом рабочем проеме должна составлять 0,15...1,0 м/с и более в зависимости от плотности выде- ляющихся вредностей и степени их токсичности. В прил. 3.2 приве- дены значения скорости движения воздуха в рабочем проеме при различных выполняемых операциях.

Довольно часто работу вытяжного шкафа также оценивают по кратности воздухообмена, выражаемой отношением

K = L, (3.2)

V

где K – кратность воздухообмена, ч–1;

V – объем вытяжного шкафа, м3.

Витринные отсосы могут быть двух основных типов – низкие и высокие. Низкие витринные отсосы предназначены для производства ручных работ с мелкими деталями, подаваемыми на обработку и убираемыми с рабочего стола вручную или конвейером, проходящим вдоль фронта рабочих мест с витринными отсосами. Высокие вит- ринные отсосы предназначены для работы с деталями, устанавли- ваемыми и убираемыми с рабочего места кранами, а также для рабо- ты на станках, кузнечно-прессовом оборудовании. Они отличаются от низких большой площадью открытого рабочего проема за счет увеличения высоты и съемной откидной или накатной крышкой, уб- рав которую можно поднять или поставить деталь краном и другими подъемно-транспортными приспособлениями.

Витринные отсосы – основной способ устройства эффективных местных отсосов от рабочих мест во многих производствах метал- лургии: в электродном производстве – при обработке электродов на механических станках; в обработке цветных металлов – при работе небольших прокатных станов, прессов для обрезки свинцовых лис- тов и другого оборудования; во вспомогательных цехах – при сва- рочных работах; при работе на станках, прессах и молотках; при пайке; в отделах технического контроля; в лабораториях; на исследо- вательских участках. Везде, где вытяжные шкафы загромождают по-

мещение, применяют витринные отсосы, размещаемые на рабочем столе с отводящими воздух и вредностями воздуховодами, распола- гаемыми за и под рабочими столами.

Вытяжной зонт необходим для улавливания вредных веществ, плотность которых меньше плотности окружающего воздуха. Вы- тяжные зонты устанавливают над электро- и индукционными печами и над отверстиями для выпуска металла и шлака из вагранок и др. Служат для улавливания вредных веществ непосредственно у источ- ника их образования. Используются при механической, реже естест- венной вытяжке.

Вытяжной зонт представляет собой металлический колпак, распо- лагаемый над источником вредных выделений. Всасывающее сече- ние колпака имеет форму, геометрически подобную горизонтальной проекции источника вредных выделений.

Зонты делают:

– открытыми со всех сторон;

– частично открытыми с одной, двух и трех сторон;

– зонты в виде козырьков (для улавливания продуктов сгорания у загрузочных печей, сушилок и т.п.).

Кроме того, зонты исполняют стационарными, поворотными, вы- движными и телескопическими.

Эффективность работы зонта зависит от его размеров, высоты подвеса и угла раскрытия. Чем больше размеры и чем ниже установ- лен зонт, тем он эффективнее. Наиболее равномерное всасывание обеспечивается при угле раскрытия не менее 60°.

Оценку работы вытяжного зонта проводят по величине скорости в расчетном сечении зонта. Расчетным сечением зонта считают пло- щадь, сквозь которую под зонт подсасывается воздух из окружающе- го пространства.

Непосредственное измерение приборами скорости в расчетном сечении зонта не позволяет характеризовать его, так как эта скорость в значительной степени изменяется в зависимости от места замера.

Поэтому для определения скорости в расчетном сечении зонта достаточно определить расход удаляемого воздуха на основании формулы (3.1):

= L 1

v 1 F ⋅ 3600

 

, (3.3)

 

где v 1– скорость движения воздуха в расчетном сечении, м/c;

L 1 – расход воздуха, проходящего через расчетное сечение зон- та, м3/ч;

F 1 – расчетное сечение зонта, м2.

Расход воздуха, проходящего через расчетное сечение зонта L 1, равен расходу воздуха L 2, удаляемого через воздуховод.

Чтобы получить значение L 2 по формуле (3.1), надо определить скорость движения воздуха v 2в воздуховоде.

Для эффективной работы зонта необходимо, чтобы скорости вса-

сывания в пространстве между поверхностью источника вредностей и приемный отверстием зонта были достаточными для увлечения вредностей под зонт (без выбивания в помещение), скорости по всей плоскости входного отверстия зонта – равномерны, а объем удаляе- мого воздуха – больше объема подтекающей струи.

При удалении теплого воздуха и влаги скорость воздуха в расчет- ном сечении зонта должна составлять 0,15...0,25 м/с, а при удалении токсичных веществ – 0,5...1,25 м/с в зависимости от числа открытых сторон зонта (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Скорости движения воздуха в расчетном сечении зонта в зависимости от числа его открытых сторон при удалении токсичных веществ

 

Число открытых сторон зонта
Скорость, м/с	1,05...1,25	0,9...1,05	0,75...0,9	0,5...0,75

Бортовые отсосы применяют для удаления вредных выделений с поверхностей растворов, когда по условиям ведения технологическо- го процесса невозможно устройство полных укрытий. Широко рас- пространены в травильных отделениях цехов.

К ванне с раствором монтируется дополнительное устройство в виде системы воздуховодов.

Бортовой отсос может быть:

– односторонним (однобортовой) – с одной стороны ванны (ши- рина ванны до 0,6 м);

– двухсторонним (двухбортовой) – устанавливается с обеих сто- рон ванны;

– активированный бортовой отсос, т.е. отсос со сдувкой (допол- нительно установлен воздуховод, обеспечивающий поток воздуха, направляющий пары в бортовой отсос), применяется при ширине ванны более 1,6 м.

Скорость засасываемого в щель воздуха составляет 0,3...3 м/с.

По конструктивному исполнению бортовые отсосы бывают:

– обычные, когда приемные щели расположены в вертикальной плоскости, применяют при высоком уровне раствора в ванне (до 16 см от уровня раствора до края ванны);

– опрокинутые, когда щели расположены в горизонтальной плос- кости (параллельно зеркалу ванны), применяют при более низком уровне жидкости.

Расход воздуха, удаляемого бортовым отсосом, зависит от разме- ров ванны, температуры раствора, токсичности выделяемых веществ, расстояния от уровня раствора до борта ванны и температуры возду- ха в производственном помещении.

Отсасывающие панели. Для локализации вредных выделений, увлекаемых конвективными струями, когда более полная изоляция источников вредных выделений невозможна по условиям технологи- ческого процесса, применяют отсасывающие панели. Такие панели располагают сбоку от источника вертикально или наклонно на рас- стоянии от источника не более его ширины.

Отсасывающая панель применяется для индивидуального отсоса (от одного рабочего места) при таких ручных операциях, как: элек- тросварка, газовая сварка, пайка, прессование пластмасс, выдувание стекла и т.п.

Основным расчетным параметром, определяющим эффективность работы отсасывающей панели, является расход удаляемого воздуха.

Аспирируемые укрытия обеспечивают полную или частичную изоляцию оборудования кожухом с отсосом из-под него. Поступле- ние пыли или газов в производственное помещение предотвращается благодаря разряжению в укрытии. Конструкция зависит от конфигу- рации оборудования. Наиболее распространены в цветной металлур- гии (там, где токсичность вредных веществ выше, а габариты обору- дования меньше, чем в черной).