CC BY
10УДК 62
М.Н. Пискарева
РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СИСТЕМЫ ВЕНТИЯЛЦИИ ДЛЯ ПОСТА ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ
В статье рассматриваются вопросы совершенствования подхода к проектированию вентиляции сложных технологических процессов, таких как лазерная автоматизированная сварка.
Ключевые слова: вентиляция производственных техпроцессов, лазерная сварка, вредные выделения, расчет производительности системы вентиляции.
Наиболее неблагоприятными первичными производственными факторами для лазерного технологического оборудования являются отраженное лазерное излучение, импульсный шум и загрязнение воздуха вредными веществами, образующимися при воздействии лазерного излучения на обрабатываемый материал. При работе с лазерами возможно выделение вредных аэрозолей, газов и паров. Основное количество вредных веществ поступает в воздух рабочей зоны в виде аэрозольных частиц преимущественно фиброгенного действия с аэродинамическим диаметром меньше 10 мкм, представляющих наибольшую опасность для органов дыхания. В зону дыхания резчиков (Единая отраслевая политика Госкорпорации «Росатом» и её организаций в области охраны труда (утверждена приказом Госкорпорации «Росатом» от 29.11.2013 № 1/1309-П) могут поступать сварочные аэрозоли, содержащие в составе твердой фазы различные металлы (железо, марганец, кремний, хром, никель, медь, титан, алюминий, вольфрам и др.), их окисные и другие соединения, а также газообразные токсические вещества (фтористый водород, тет-рафторид кремния, озон, окись углерода, окислы азота и др.).
Воздействие на организм твердых и газообразных токсических веществ в составе сварочных аэрозолей может стать причиной хронических и профессиональных заболеваний. Это вызывает необходимость усовершенствования существующих и разработки новых методов обеспечения безопасных и здоровых условий труда [4,8].
К помещениям, в которых эксплуатируется лазерное оборудование, предъявляется ряд требований, основными из которых, согласно ГОСТ 31581-2012 «Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий», являются:
- воздух рабочей зоны в рабочих помещениях должен соответствовать оптимальным параметрам, в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенически требования к воздуху рабочей зоны (с Изменением N 1).
- помещение должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией для удаления загрязненного воздуха с последующей его очисткой, обеспечивающей санитарные требования, к чистоте воздуха, согласно ГОСТ 12.1.005-88.
- рабочие места должны быть оборудованы местными вытяжными устройствами для отвода сварочных аэрозолей и газов, встроенные в оборудование с целью исключения попадания в рабочее помещение продуктов взаимодействия лазерного излучения с обрабатываемыми материалами. В случае использования веществ I и II классов опасности и вредности должна быть предусмотрена аварийная вентиляция и блокировка системы вентиляции с производственным оборудованием. Общая вытяжная вентиляция помещения должна иметь производительность, зависящую от мощности используемого лазера и размеров помещения, но не менее 1000 м3/час. [1]
Для расчета производительности приточно-вытяжной вентиляции в помещении с установкой, необходимо определить требуемый расход воздуха, который вычисляется по двум критериям воздухообмена: по кратности и по числу людей, осуществляющих трудовую деятельность в данном помещении.
Кратность воздухообмена показывает, сколько раз в течение одного часа в данном помещении осуществляется полная смена воздуха.
© Пискарева М.Н., 2018.
Научный руководитель: Тарасенко Владимир Иванович - кандидат технических наук, профессор, зав. кафедрой ТГВиГ, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2018. № 5-4(80)
Производительность вентиляции по кратности воздухообмена рассчитывается по формуле:
L = к • 7ВН , (1)
где L - объем удаляемого из помещения или подаваемого в помещение воздуха, м3/ч; к - нормируемая кратность воздухообмена, ч-1; VBH - внутренний объем помещения, который представляет собой произведение площади помещения S (м2) на его высоту H (м), м3.
В соответствии с нормами для общественных помещений и производственных цехов - к = 2 ч-1.
Расчет необходимой производительности вентиляционной системы для кабины по кратности воздухообмена производился в соответствии с формулой (1), в условиях k = 2 ч-1 и VBH = 36 м3 составил:
L = 2-36 = 72 м3/ч .
Производительность вентиляции по количеству людей, осуществляющих трудовую деятельность в помещении, рассчитывается по формуле:
L = N • ¿норм , s (2)
где N - число людей в помещении, ч-1; ¿Норм - нормируемый расход воздуха на одного человека, м/ч.
Величина ¿Норм в соответствии с нормами равна 60 м3/ч - для людей, выполняющих физическую нагрузку (промышленные помещения).
Расчет необходимой производительность вентиляции по числу людей, осуществляющих трудовую деятельность в данном помещении был выполнен по формуле (2), в условиях N = 3 и ¿Норм = 60 м3/ч составил:
L = 3 • 60 = 180 м3/ч
Необходимый воздухообмен L по выделению вредных веществ определяется по формуле:
G
!=- , (3)
где G - количество вредных веществ, выделяемых в помещении, мг/ч; q - концентрация вредных веществ в воздухе, мг/ м3.
Количество вредных веществ G, поступающих в воздух рабочей зоны, определяется по формуле:
G = М • VBH • , (4)
где - коэффициент неорганизованного воздухообмена в помещении, обычно применяемый - 2; VBH - внутренний объем помещения, м3; - средне взвешиваемая концентрация вредных веществ в помещении, мг/м3.
В целях обеспечения безопасных условий труда ССБТ установлены предельно допустимые нормы по содержанию в воздухе вредных веществ и пыли. Согласно межгосударственному стандарту, в помещении с установкой предельно допустимая концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны согласно не должна превышать 10 мг/м3 [10], а предельно- допустимое содержание пыли в воздухе должно составлять не более 10 мг/м3 [11].
Принимая за средневзвешиваемую концентрацию вредных веществ в помещении предельно-допустимое значение параметра q (не более 10 мг/м3).
G = 2-36-10 = 720 мг/ мз.
Расчет потребного воздухообмена для очистки воздуха от вредных веществ (пыли, вредных газов и паров) производился по формуле (3) и составил:
720
L =-=72 м3/ч
10
Необходимый воздухообмен по избыткам тепла, определяется по формуле:
L = , (5)
где Сизб - избыточное тепло, выделяемое в помещении, Дж/ч; с - удельная весовая теплоемкость воздуха, равная 1004 Дж/кг; р - плотность воздуха, равная 1,206 кг/м3; At - градиент температуры приточного и удаляемого воздуха, °C.
Величина потребного воздухообмена @изб определяется с учетом тепла, выделяемого оборудованием Q^ и тепла, выделяемого людьми в помещении Qji:
Сизб = Соб + Сл , (6)
где ^об и Qr определяются из выражений (7) и (8) соответственно.
Количество тепла, выделяемое оборудованием:
= 860 • Роб • <Pi • <?2 • <Рз , (7)
где 860 - тепловой эквивалент; Роб - номинальная мощность, расходуемая установкой, Вт; - коэффициент использования мощности; - коэффициент загрузки; - коэффициент, учитывающий количество тепла, передаваемое в воздух в результате затрачиваемой механической энергией. При ориентировочных расчетах произведение всех коэффициентов можно принимать равным 0,25.
Согласно выражению (7) получаем: Qo6 = 860-5000-0,25 = 1075 кДж /ч.
Количество тепла, выделяемого находящимися в помещении людьми, рассчитывается по формуле:
Qn = N-qn, (8)
где N - число людей в помещении, ч-1; qjj - тепловыделения одного человека, Дж/ч (в соответствии с категорией тяжести работы приближенное значение qл составляет 290 кДж/ч).
Согласно (8), количество тепла, поступающего от трех одновременно находящихся в помещении сотрудников будет равным:
Qn = 3 • 290 • 103 = 870 кДж/ч
Таким образом, в соответствии с выражением (6) результирующее количество теплоизбытков, образующихся в помещении, где производят свою трудовую деятельность три сотрудника и работает установка составило Q^ = 1945 кДж/ч.
Необходимый воздухообмен по избыткам тепла согласно формуле (5) равен:
1945•103
L =-= 321,3 м3/ч
1004 • 1,206 • 5 , '
Соответственно, требуемая производительность вентиляционной системы в помещении с установкой должна быть не ниже, чем 321,3 м3/ч по расчету и не менее 1000 м3/ч по [1].
Библиографический список
1. Яшина М.А., Трунова И.Г., Пачурин Г.В., Шевченко С.М. К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛАЗЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ЦЕХАХ ГИБКИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2016. - № 12-7. - С. 1301-1306; URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=11033 (дата обращения: 28.04.2018).;
2. ГОСТ 12.1.007-76. Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. М.: Стандартинформ, 2007;
3. ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. М.: Стандартинформ, 2008
4. Ответы специалистов НИИ Атмосфера, Бюллетень №28 за 2 квартал 2014г. [Электронный ресурс] URL: http://www.nü-atmosphere.ru/(дата обращения: 21.05.2017);
5. Лакиза Ю.В., Малащенко А.А., Мартынов Д.И. Применение лазеров в релейной технике. Матер. Международной научно-технической конференции "Современные проблемы и достижения в области электротехнологий в ХХ1 веке". СПбГТУ, 2001.
ПИСКАРЕВА МАРИЯ НИКОЛАЕВНА - магистрант, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.
