CC BY
27
© А.А. Трубицын, Д.Н. Козлов, А.Ю. Ермаков, А.С. Ярош, Д.А. Трубицына, 2007
УДК 622.411.5.002.56
А.А. Трубицын, Д.Н. Козлов, А.Ю. Ермаков,
А.С. Ярош, Д.А. Трубицына
РАЗРАБОТКА ПРИБОРА КОНТРОЛЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА ПКА-01 ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Семинар № 2
Мировой опыт разработки приборов пылевого контроля основывается на трех основных принципах: оптический, радиоизо-
топный и гравиметрический, все достоинства и недостатки которых достаточно хорошо известны. Это позволяет утверждать, что в настоящее время разработка новых способов и средств измерения концентрации пылевого аэрозоля в угольных шахтах является весьма актуальной задачей.
В результате проведенного комплекса исследований к реализации был выбран способ определения запыленности воздуха по изменению аэродинамического сопротивления фильтрующего элемента, изготовленного из специальной фильтрующей бумаги. И после детальной конструктивной проработки данный способ был реализован в приборе контроля запыленности ПКА-01. Коротко приведем техническую характеристику прибора.
Прибор контроля запыленности воздуха ПКА-01 предназначен для измерения массовой концентрации пыли при контроле превышения предельно-допустимых концентраций в воздухе рабочей зоны и в атмосферном воздухе, при технологическом контроле чистоты воздуха. Он приме-
няются в угольной промышленности для контроля угольной пыли и угольно-породной пыли в воздухе рабочей зоны в соответствии с требованиями ПБ 05-618-03 «Правила безопасности в угольных шахтах», СанПиН 2.2.3.570-96.
Принцип действия прибора основан на определении аэродинамического сопротивления фильтрующего элемента за счет падения объемного расхода прокачиваемой пробы. Время отбора обусловлено значением массовой концентрации аэрозоля и ограничивается предельным значением аэродинамического сопротивления при высоких концентрациях. С помощью встроенного процессора объемный расход пересчитывается в массовую концентрацию аэрозольных частиц, которая визуализируется на цифровом табло прибора.
Установка начального значения аэродинамического сопротивления фильтрующего элемента осуществляется автоматически. Прибор ПКА-01 может работать в двух режимах: в режиме автоматического выбора времени измерения и в режиме выбора времени измерения пользователем. В качестве фильтрующего элемента используются специальная фильтровальная бумага, которая обеспечивает
1. Диапазон показаний массовой концентрации пыли, мг/м3 0 - 5000;
2. Диапазон измерений массовой концентрации пыли, мг/м3 2 - 1000;
3. Пределы допускаемой приведенной погрешности измерения массовой концентрации пыли, % ± 20;
4. Диапазон времени отбора пробы, мин 0,3-30;
5. Номинальные значения объема пробы, дм3 4-390;
6. Пределы допускаемой относительной погрешности времени отбора, % ±2;
7. Пределы допускаемой относительной погрешности по объему пробы, % ±5;
8. Электрическое питание от аккумуляторной батареи, В 12;
9. Потребляемая мошность, ВА 50;
10. Габаритные размеры, ДхШхВ, мм: 150x100x250;
11. Масса, кг 0,95;
12. Условия эксплуатации:
диапазон температуры окружаюшей среды от +5 до + 35°С;
диапазон относительной влажности от 20 до 98 % при + 25 С;
диапазон атмосферного давления от 84 до 106,7 кПа.
13. Время непрерывной работы, ч 6;
14. Средняя наработка на отказ, ч 2000;
15. Средний срок службы, лет 5.
значительное падение аэродинамического сопротивления при ее загрязнении. С утилитарной точки зрения возможно повторное использование фильтра после механического удаления с него пыли. При этом, при проведении производственного контроля необходимость во взвешивании фильтров отсутствует: прибор автоматически по падению аэродинамического сопротивления и специальному численному алгоритму, введенному в процессор прибора, показывает значение концентрации пыли по обшей массе в воздухе. Процедура измерений концентрации пыли для гигиенических целей с использованием прибора ПКА-01 ничем не отличается от процедуры при использовании аспиратора АЭРА: фильтр взвешивается до и после отбора пробы, с цифрового табло считывается количество про-
качанного воздуха и рассчитывается концентрация пыли по известным формулам.
Маркировка взрывозащиты РОЕхіаІ. Прибор может быть подключен к персональному компьютеру через иББ -порт. По способу установки на месте эксплуатации приборы являются переносными; по видам источников питания - с электрическим питанием; по степени автоматизации - автоматизированные; по режиму работы - циклического действия. Основные технические характеристики прибора ПКА-01 приведены ниже.
Испытания прибора проводились в режиме выбора времени измерения пользователем. Время измерения составляло 30 минут. В фильтродержа-тель устанавливался чистый фильтр, предварительно взвешенный на аналитических весах 1-го класса точно-
сти. Прибор включался в режим измерения и помещался в пылевую камеру. В камере с помощью вентилятора создавался пылевой аэрозоль определенного типа (угли разной марки и разной дисперсности, породная и углепородная пыль). По окончании измерения прибор ПКА-01 извлекался из пылевой камеры, регистрировалось показание прибора, фильтр взвешивался и рассчитывалась концентрация пыли и приведенная погрешность прибора.
При сравнении запыленности расчетной и полученной с помощью прибора ПКА-01 было установлено, что погрешность лежит в пределах допус-тимой нормы для угольной, породной и углепородной пыли различного фракционного состава. Кроме того, в результате проведенных исследований установлено, что вещественный и дисперсный состав пыли не влияет на величину погрешности измерений.
Приведенная погрешность находится в диапазоне 2-100 мг/м3, ±20 %; а относительная погрешность - в диапазоне 100-1000 мг/м3, ±20 %.
В ходе опытной проверки прибора, было высказано предположение о том, что в процессе работы прибора установленный в нем фильтр набирает влагу и тем самым повышается сопротивление воздуха, проходяшего через фильтр, что могло бы дать дополнительную погрешность и отрицательно сказаться на результатах измерений. Для этой цели был проведен ряд дополнительных исследований в специальной пылевой герметичной камере. Создавалась определенная влажность Н при заданной температуре воздуха Т, и регистрировалось количество воздуха О, которое прокачивалось через фильтр за время измерений 1. По данным, полученным в результате исследований, было установлено, что влажность не влияет на сопротивление фильтра.
В заключении отметим, что прибор контроля запыленности ПКА-01 прошел испытания в августе-сентябре 2005 г. во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева по утверждению типа средства измерения и в январе 2006 г. планируется освоение его серийного производства.
— Коротко об авторах
Трубицын А.А. - доктор технических наук, профессор, НЦ ВостНИИ, г. Кемерово, Козлов Д.Н. - кандидат технических наук, ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, г. Санкт-Петербург,
Ермаков А.Ю. - инженер, шахта ОАО «Разрез Ольжерасский», г. Междуреченск, ЯрошА.С. - аспирант, ННЦ ГП ИГД им. А.А. Скочинского,
Трубицына Д.А. - инженер, ООО «Горный-ЦОТ», г. Кемерово.
