close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

7158.Практикум по оценке средств защиты труда в производственной сфере.

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Липецкий государственный технический университет»
ПРАКТИКУМ ПО ОЦЕНКЕ СРЕДСТВ
ЗАЩИТЫ ТРУДА
В ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СФЕРЕ
Учебное пособие
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2012
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Липецкий государственный технический университет»
ПРАКТИКУМ ПО ОЦЕНКЕ СРЕДСТВ
ЗАЩИТЫ ТРУДА
В ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СФЕРЕ
Учебное пособие
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2012
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 658.382.3; 614.8.084
Б 865
Авторы: А.С. Бочарников, О.А. Бочарникова,
С.Т. Папаев, В.В. Поляков, А.И. Федонов
Рецензенты:
кафедра зоологии и экологии ФГБО ВПО «Липецкий государственный педагогический университет»; доктор социальных наук, профессор Ю.В. Шмарион
Бочарников, А.С.
Б 865 Практикум по оценке средств защиты труда в производственной сфере
[Текст]: учеб. пособие / А.С. Бочарников, О.А. Бочарникова, С.Т. Папаев [и др.]; под ред. А.С. Бочарникова. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2012.120 с.
ISBN
Практикум с методиками инженерных расчетов по оценке параметров
негативных факторов и средств защиты от них предназначен для студентов вузов по специальностям и направлениям технического профиля при изучении
дисциплины «Безопасность жизнедеятельности» и других дисциплин («Промышленная безопасность», «Производственная санитария и гигиена труда»,
«Безопасность труда на производстве», «Защита в чрезвычайных ситуациях» и
др.). Практикум написан профессорско-преподавательским составом кафедр
транспортных средств и техносферной безопасности ФГБОУ ВПО «Липецкий
государственный технический университет» и охраны труда и экологии ОУ
ВПО профсоюзов «Академия труда и социальных отношений» г. Москва. Главы 6, 7, 11, 12, 13, 14, 15 практикума написаны профессором Бочарниковым
А.С., главы 3 и 4 – доцентом Папаевым С.Т., главы 5, 8, 9 – доцентом Поляковым В.В., главы 1 и 2 – ассистентом Бочарниковой О.А., глава 10 написана доцентом Федоновым А.И.
Табл. 53. Рис. 15. Библиогр. – 19 назв.
УДК 658.382.3; 614.8.084
Печатается по решению редакционно-издательского совета ЛГТУ
ISBN
© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный
технический университет», 2012
© Бочарников А.С., Бочарникова О.А.,
Папаев С.Т., Поляков В.В., Федонов А.И.,2012
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение………………………………………………………..
Раздел 1. Оценка средств защиты от негативных факторов в
обычных условиях …………………………………………..
Глава 1. Оценка параметров микроклимата ……………….
Глава 2. Оценка производственного освещения …………
2.1. Оценка естественного освещения ………………...
2.2. Оценка искусственного освещения ………………
2.3. Расчет числа светильников методом светового потока ……………………………………………………….
2.4. Расчет прожекторного освещения ………………….
Глава 3. Расчет средств снижения концентрации загрязнителей воздуха …………………………………………………
3.1. Расчет естественной вентиляции ………………….
3.2. Расчет механической вентиляции …………………
3.3. Расчет пылеосадительных камер …………………..
3.4. Расчет ячейковых фильтров ……………………….
Глава 4. Оценка шума и средств защиты от него ………….
4.1. Расчет звукоизоляции конструкции ……………….
4.2. Расчет акустических экранов ………………………
Глава 5. Оценка параметров вибрации и средств защиты от
нее ……………………………………………………………
Глава 6. Расчет канатов грузоподъемных механизмов и
строповочных устройств ……………………………………...
Глава 7. Расчет собственной устойчивости крана …………
Глава 8. Расчет средств защиты от воздействия электрического тока ……………………………………………………..
8.1. Оценка шагового напряжения ………………………
8.2. Расчет защитного заземления электрооборудования ………………………………………………………..
8.3. Расчет защитного зануления ……………………….
Глава 9. Расчет молниезащиты ……………………………
Раздел 2. Оценка средств защиты от поражающих факторов в
чрезвычайных ситуациях ………………………………
Глава 10. Категорирование помещений по взрывопожарной и пожарной опасности …………………………………...
Глава 11. Расчет времени эвакуации людей из помещений
в чрезвычайных ситуациях …………………………………..
Глава 12. Оценка последствий взрыва в производственной
среде …………………………………………………………..
12.1. Общие сведения о тротиловом эквиваленте
взрывчатых веществ………………………………………
3
5
6
6
11
11
20
22
25
28
28
32
36
38
40
43
44
45
57
59
65
65
66
69
72
79
79
88
91
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12.2. Закон подобия и приведенный радиус взрыва ….
12.3. Расчетные соотношения для определения параметров взрыва конденсированных взрывчатых веществ ……………………………………………………
12.4. Расчетные соотношения для определения пара
метров газовоздушных смесей (ГВС) …………………
12.5. Оценка степени разрушения зданий, сооружений,
оборудования и инженерных систем …………………..
12.6. Примеры решения задач …………………………..
Глава 13. Оценка устойчивости оборудования от воздействия взрыва ……………………………………….........
13.1.Оценка устойчивости технологического оборудования на смещение
13.2.Оценка устойчивости технологического оборудования на опрокидывание ………………………………
13.3. Примеры решения задач ………………………….
Глава 14. Особенности оценки устойчивости объекта к
воздействию параметров ядерного взрыва
14.1. Критерии и методика оценки устойчивости
14.2. Пример оценки устойчивости
Глава 15. Оценка обстановки при аварии на химически
опасных объектах ………………………………………….
15.1. Общие сведения, условия и допущения …………
15.2. Коэффициенты, используемые при расчете выброса активных химических отравляющих веществ …
15.3. Расчетные параметры
15.4. Расчет глубины зоны заражения и времени ее
формирования при аварии на химически опасных
объектах ………………………………………………….
15.5. Определение площади заражения местности …...
15.6. Определение времени подхода зараженного воздуха к объекту и продолжительности заражения …
15.7. Пример оценки химической обстановки при аварии на химически опасных объектах …………………..
Библиографический список
4
93
94
95
96
97
100
100
102
103
105
105
109
109
110
112
112
113
115
115
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Расчетные методы оценки защитных средств от воздействия параметров
опасных и вредных негативных факторов необходимы для организации безопасных условий труда работающего персонала в производственной сфере.
Безопасное взаимодействие работающего персонала с негативными факторами
производственной сферы обеспечивается выполнением следующих необходимых условий: созданием требуемых параметров микроклимата в рабочей зоне
зданий и сооружений; снижением численных значений параметров опасных и
вредных факторов на рабочих местах до нормативных; обеспечением устойч ивого функционирования технического оборудования и инженерных систем
жизнеобеспечения. Выполнение указанных условий должно быть организовано на стадиях: проектирования, возведения и эксплуатации зданий, сооружений, оборудования и технологических производств.
Практикум предназначен для обучения студентов технических специальностей, направлений и профилей подготовки по дисциплине «Безопасность
жизнедеятельности». Методики расчетов и справочный материал согласованы с
требованиями действующих стандартов безопасности труда (ССБТ). Основная
цель, которую преследуют авторы данного практикума – это формирование у
студентов профессиональных методических и расчетных навыков по оценке
параметров опасных и вредных поражающих факторов рабочей зоны производственной сферы, которые могут дать им возможность аргументировано обосновать область применения коллективных и индивидуальных средств защиты в
процессе разработки разделов «Безопасность жизнедеятельности» и «Охраны
труда» в дипломных работах и дипломных проектах. Практикум может быть
также полезен профессорско-преподавательскому составу высших профессиональных учебных заведений для организации и проведения практических занятий как по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности», так и по другим
дисциплинам, в том числе и в сфере дополнительного профессионального образования.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗДЕЛ 1. ОЦЕНКА СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ОТ НЕГАТИВНЫХ
ФАКТОРОВ В ОБЫЧНЫХ УСЛОВИЯХ
Глава 1. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА
Параметры микроклимата в производственных помещениях назначаются
в соответствии с требованиями санитарных правил и норм СанПиН 2.2.4.548-96
«Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений».
На первом этапе оценки производят категорирование работ (по приложению 1
СанПиН 2.2.4.548-96 или по табл. 1 настоящего пособия). Затем по принятой
категории работ обосновывают выбор вида параметров микроклимата (оптимальные или допустимые), которые должны быть на рабочих местах рабочей
зоны. Нормативные численные значения параметров микроклимата для рабочей
зоны производственных помещений приведены в табл. 2 и 3.
Таблица 1
Категорирование работ по характеристике труда и энергозатратам
Категория Энергозатраты,
работ
Вт
Ia
Iб
До 139
140-174
IIа
175-232
IIб
III
233-290
Более 290
Краткая характеристика
труда
Напряженность труда
Работы производятся сидя
Работы производятся стоя, с
ходьбой без переноса груза
Работы производятся стоя, с
ходьбой и переносом груза до
1 кг
Работы производятся стоя, с
ходьбой и переносом груза 110 кг
Работы производятся стоя, с
ходьбой и переносом груза
более 10 кг
Незначительная
Некоторая
Определенная
Умеренная
Большая
Параметры микроклимата для производственных помещений должны быть
установлены для холодного и теплого периода по категориям работ в соответствии с интенсивностью
энергетических затрат работающего персонала
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(табл.1). Для холодного периода года характерна среднесуточная температура
менее + 100С.
В производственных помещениях должны быть обеспечены оптимальные
параметры микроклимата (табл. 2). Допустимые параметры микроклимата
(табл. 1.3) разрешается принимать, если невозможно обеспечить оптимальные
параметры из-за экстремальных технологических воздействий (большой интенсивности теплоизлучений нагретого оборудования и материалов, значительного выделения водяных паров и др.).
Таблица 2
Категория
работ
Оптимальные параметры микроклимата
Iа
Iб
IIа
IIб
III
Оптимальные параметры микроклимата для разных периодов года
Температура
Влажность
Температура по- Подвижность воздувоздуха,0 С
воздуха, %
верхностей, 0 С
ха, м/с
холодтепхолодтепхолод- теплый холодтеплый
ный
лый
ный
лый
ный
ный
22-24
23-25
21-25
22-26
0,1
0,1
21-23
22-24
20-24
21-25
60-40
60-40
19-21
20-22
18-22
19-23
0,2
0,2
17-19
19-21
16-20
18-22
16-18
18-20
15-19
17-21
0,3
0,3
Категория
работ
Допустимые параметры микроклимата
Iа
Iб
IIа
IIб
III
Таблица 3
Допустимые параметры микроклимата для разных периодов года
Температура
Влажность
Температура по- Подвижность возду0
воздуха, С
воздуха, %
верхностей, 0 С
ха, м/с
холодтепхолодтепхолодтеплый холодтеплый
ный
лый
ный
лый
ный
ный
20-25
21-28
19-26
20-29
0,1
0,1
19-24
20-28
18-25
19-29
0,1
0,2
75-15
75-15
17-23
18-27
16-24
17-28
0,1
0,3
15-22
16-27
14-23
15-28
0,2
0,4
13-21
15-26
12-22
14-27
0,2
0,4
Если работы организованы на открытой рабочей или строительной площадке, то в целях защиты от возможного перегревания или переохлаждения
время максимального пребывания работающего персонала на рабочих местах в
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
экстремальных условиях определяют по приложению 3 СанПиН 2.2.4.548-96.
При этом среднемесячная температура воздуха, при которой работающие находятся в течение рабочей смены на рабочих местах и местах отдыха, не должна
выходить за пределы допустимых величин температуры воздуха, указанных в
табл. 3 настоящего пособия. Предельные численные значения времени работы
персонала в экстремальных условиях приведены в табл.4 и 5.
Таблица 4
Предельное время пребывания персонала на рабочих местах при
температуре воздуха выше допустимых величин
Температура
воздуха, 0 С
Время пребывания, не более при категориях работ, ч
32,5
32,0
31,5
31,0
30,5
30,0
29,5
29,0
28,5
28,0
27,5
27,0
26,5
26,0
Iа-Iб
IIа-IIб
III
1
2
2,5
3
4
5
5,5
6
7
8
-
1
2
2,5
3
4
5
5,5
6
7
8
-
1
2
2,5
3
4
5
5,5
6
7
8
Среднесменная температура воздуха (tв) при этом должна быть рассчитана по следующей формуле:
tв 
t в 1  t в 2  ...  t в n n
,
8
(1)
где tв1, tв2 … tвn – температура воздуха на рабочем месте, 0С;  1 ,  2 …  n - время
выполнения работы на рабочем месте, ч.
Требуемые параметры микроклимата обеспечиваются необходимой толщиной наружных ограждающих конструкций по теплотехническому расчету по
СНИП, а также работой систем отопления, вентиляции и кондиционирования
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
воздуха.
Таблица 5
Предельное время пребывания персонала на рабочих местах при
температуре воздуха ниже допустимых величин
Температура
воздуха, 0 С
Время пребывания, не более при категориях работ, ч
Iа
Iб
IIа
IIб
III
6
–
–
–
–
1
7
8
9
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
1
2
2
3
4
10
11
12
–
–
–
–
–
1
1
2
3
3
4
5
5
6
7
13
14
15
16
17
18
19
20
–
2
3
4
5
6
7
8
2
3
4
5
6
7
8
–
4
5
6
7
8
–
–
–
6
7
8
–
–
–
–
–
8
–
–
–
–
–
–
–
Пример № 1
Исходные данные
Звено штукатуров должно оштукатурить поверхности офисного помещения в построенном административном здании. Характер труда штукатуров: р абота с перемещением по офисному помещению и переносом груза. Максимальная масса переносимых материалов и инструментов не превышает 10 кг. Работа штукатуров характеризуется умеренным физическим напряжением с приблизительными энергозатратами в пределах 233-290 Вт. Период года – холодный.
Необходимо определить требуемые параметры микроклимата в офисном помещении в процессе работы звена штукатуров.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Решение.
1. Производим категорирование работ по их характеристике и напряженности труда в соответствии с заданными исходными данными.
По данным, приведенным в табл. 1. категория труда штукатуров будет –
IIб (работа средней тяжести).
2. В таком случае, для обеспечения необходимого температурного режима в помещении в холодный период года оптимальные параметры микроклимата в соответствии с данными табл.2 для категории работ IIб будут иметь следующие численные значения (табл.6):
Таблица 6
Параметры микроклимата в офисном помещении
при производстве штукатурных работ
Период года
Категория работ
Холодный
IIб
Температура
Относительная
Подвижность
воздуха, ОС
влажность, %
воздуха, м/с
17-19
40-60
0,2
Пример № 2
Исходные данные
Определить время пребывания рабочих при производстве земляных работ
на строительной площадке в летнее время (температура воздуха + 28 оС, категория работ IIб).
Решение
1. В целях защиты работающего персонала от возможного перегревания
время непрерывного или суммарного пребывания работающего персонала на
открытой строительной площадке для категории работ IIб при температуре
+280 С должно быть не более 6 часов (см. табл.4).
2. Численные значения среднесменной температуры воздуха (tв), определенные по формуле
tв 
28  6
 210 C , соответствуют требованиям приложения
8
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3 СанПиН 2.2.4.548-96 (см. табл.3).
Глава 2 . ОЦЕНКА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
Оценка производственного освещения рабочих мест в рабочей зоне производственных помещений должна производиться на основе требований свода
правил СП 52.13330.2011 и актуализированной редакции СНиП 23-05-95*[2].
2.1. Оценка естественного освещения
Параметр, с помощью которого производится оценка производственного
освещения помещений, называется коэффициентом естественного освещения.
Оценка освещения должна быть организована в соответствии с требованиями
СНиП 23-05-95* [3].
Коэффициент естественного освещения (КЕО) определяется по формуле:
е
Ев
 100 ,
Ен
(2)
где е – фактическое значение КЕО, %; Ев, Ен – освещенность, соответственно
внутри помещения и снаружи, определяемые замером специальными приборами – люксметрами (например, АРГУС-12), лк.
Оценка освещения помещения естественным светом производится путем
сравнения фактического КЕО (еф) с нормативным КЕО (еN). При этом нормативное значение КЕО определяют по формуле:
еN = ент ·mN,
(3)
где еN - нормативный КЕО, %; ент - табличный нормативный КЕО, определяемый по таблице 1 СНиП 23-05-95* по разряду зрительных работ в зависимости от вида естественного освещения (боковое, верхнее или комбинированное); mN - коэффициент светового климата, определяемый по таблице 4 СНиП
23-05-95. Численные значения коэффициентов нормативного табличного КЕО и
светового климата приведены, соответственно, в табл. 7 и 8.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 7
Нормативные табличные значения КЕО (ент)
Характеристика
зрительных
работ
Значения ент , % при освещении:
естественном
совмещенном
Наименьший
размер
объекта
различения,
мм
Разряд
зрительных работ
<0,15
0,15-0,30
0,30-0,50
0,50-1,00
1-5
Более 5
I
II
III
IV
V
VI
верхнем
или
комбинированном
4,0
3,0
3,0
-
VII
-
VIIIа
VIIIб
VIIIв
VIIIг
Наивысшая
Очень высокая
Высокая
Средняя
Малая
Грубая
Работа со светящимися материалами
Общее наблюдение за ходом производственного
процесса
боковом
верхнем
бокоили ком- вом
бинированном
1,5
1,0
1,0
6,0
4,2
3,0
2.4
1,8
1,8
2,0
1,5
1,2
0,9
0,6
0,6
3,0
1,0
1,8
0,6
3,0
1,0
0,7
0,3
1,0
0,3
0,2
0,1
1,8
0,7
0,5
0,2
0,6
0,2
0,2
0,1
Таблица 8
Численные значения коэффициента светового климата
Световые проемы
В наружных стенах
зданий
В прямоугольных и трапециевидных фонарях
В фонарях типа «шедовые»и зенитные
Ориентация световых
проемов по сторонам
горизонта
С
СВ, СЗ
З, В
ЮВ, ЮЗ
Ю
С-Ю
СВ-ЮЗ,ЮВ-СЗ
В-З
С
Коэффициент светового климата m
Номер группы административных
районов
1
2
3
4
5
1
0,9
1,1
1,2
0,8
1
0,9
1,1
1,2
0,8
1
0,9
1,1
1,1
0,8
1
0,85
1
1,1
0,8
1
0,85
1
1,1
0,75
1
0,9
1,1
1,2
0,75
1
0,9
1,2
1,2
0,7
1
0,9
1,1
1,2
0,7
1
0,9
1,2
1,2
0,7
При мечан и я:
С - северное; СВ - северо-восточное; СЗ - северо-западное; В - восточное; З - западное; СЮ - север-юг; В-З -восток-запад; Ю - южное; ЮВ - юго-восточное; ЮЗ - юго-западное.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Если е  еN – освещенность рабочего места (помещения) достаточная,
если е  еN, то требуется совмещенное освещение (естественное и искусственное).
Для определения ент необходимо знать характеристику и разряд зрительных работ. В свою очередь разряд зрительных работ определяется наименьшим
размером объекта различения. Наименьший объект различения предлагается
оценивать по профессиям. Например, чертежник должен видеть толщину
наименьшей линии, наносимой на чертеж (допустим, 0,3 мм), а сварщик должен видеть трещину на сварном шве толщиной 0,1 мм и т. д.
Зная наименьший размер объекта различения, по таблице 1 СНиП 23-0595* определяют разряд зрительных работ, а по нему численное значение табличного нормативного коэффициента естественного освещения (ент).
В таблице 7 приведены численные значения ент для различных характеристик зрительных работ.
Требуемую площадь оконных световых проемов определяют по формуле:
S0  S n
eN k3k3Òk0
,
100 0 r1
(4)
где S0 , – площадь световых проемов в наружных стенах, м 2; Sп – площадь пола
помещения, м2; k3 – коэффициент запаса, k3 =1,3; 1,5; 1,8 при расположении
стекла в оконном заполнении соответственно вертикально, наклонно и горизонтально; k3Т – коэффициент, учитывающий затемнение световых проемов противостоящими зданиями (табл. 9); k0 - коэффициент, учитывающий световую
эффективность проемов в наружных стенах (табл. 10); τ0 - общий коэффициент
светопропускания, определяемый по формуле τ0= τ1 τ2 τ3 τ4 τ5, где τ1 τ2 τ3 – коэффициенты, характеризующие влияние на светопропускание конструктивных
решений оконных заполнений, определяемые по табл.11; τ4 – коэффициент,
учитывающий снижение освещения через оконные проемы при наличии светозащитных устройств: τ4 = 0,75 для стационарных штор, τ4 = 1 – для убирающих-
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ся штор; τ5 - коэффициент, учитывающий потерю света в защитной сетке зенитного фонаря, принимаемый равным 0,9; r1 - обобщенный коэффициент отражения, принимаемый по табл. 13 в зависимости от средневзвешенного коэффициента отражения, рассчитанного с учетом значений коэффициентов отражения,
приведенных в табл. 12.
Таблица 9
Коэффициент затемнения напротивостоящими зданиями k3Т
Отношение расстояния до
здания к его высоте (L/H)
0,5
1,0
1,5
2,0
k3Т
1,7
1,4
1,2
1,1
Световая характеристика проемов наружных стен k0
Отношение длины
помещения
к ширине (l/b)
3,0
и более
1,0
Таблица 10
Значения k0 в зависимости от отношения ширины помещения к
высоте от уровня пола (рабочей поверхности) до верха окон (b/h)
1
2
3
4
4 и более
3
6,5
7,5
7,5
8,5
8
9,6
9
10
2
8,5
9,5
10,5
11,5
1,5
9,5
13
15
17
1,0
11
16
18
21
0,5
18
31
37
45
Таблица 11
Коэффициенты светопропускания τ1 τ2 τ3
Вид
стекла
Одинарное
τ1
Вид переплета
τ2
Несущие конструкции
0,90
Одинарный
0,75
Стальные фермы
0,9
Двойное
0,80
Спаренный
0,70
Тройное
0,75
Двойной раздельный
0,60
Железобетонные и деревяные фермы, балки и ригели
0,8
14
τ3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 12
Рекомендуемые значения коэффициентов отражения
конструкций и оборудования 
Поверхности стен,
конструкций и оборудования
Коэффициент
oтражения,r1
Железобетонные фермы и
балки
Металлоконструкции
0,45 -0,70
Пол
0,15 – 0,45
Оборудование и мебель
0,25 – 0,45
0,40 – 0,55
Поверхности стен,
и оборудования
Стены и потолки с
известковой побелкой
Стены со светлыми
обоями
Стены с серыми и
темными обоями
Стены бетонные
Коэффициент
отражения ,r1
0,55 – 0,65
0,25 – 0,35
0,65 – 0,80
0,60 – 0,75
Таблица 13
Значения обобщенного коэффициента отражения r1 при боковом освещении
Отношения
глубины
помещения
от условной
поверхности
до верхнего
края
окна
(В/h)
От 1 до
1,5
От 1,6 до
2,5
Более 2,5
до 4
Более 4
расстояния
от условной
точки
до
поверхности
наружной
стены к глубине
помещения
(L/B)
Значения r1 при боковом освещении
При средневзвешенном коэффициенте
отражения поверхностей 
0,5
0,4
0,3
При отношении длины помещения к его глубине Lп/B
0,5
2
1
0,5
1
2
0,5
1
0,1
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,00
1,05
1,00
0,5
1,40
1,30
1,20
1,20
1,15
1,10
1,15
1,10
0,5
1,85
1,60
1,30
1,50
1,35
1,20
1,30
1,20
0,7
2,45
2,15
1,70
2,00
1,70
1,40
1,55
1,40
1,0
3,80
3,30
2,40
2,80
2,40
1,80
2,00
1,80
0,5
1,60
1,45
1,30
1,35
1,25
1,20
1,25
1,15
0,7
2,60
2,20
1,70
1,90
1,70
1,40
1,60
1,50
1,0
7,20
5,40
4,30
3,60
3,10
2,40
2,60
2,20
0,5
3,40
2,90
2,50
2,00
1,80
1,50
1,70
1,50
0,7
6,00
4,70
3,70
2,90
2,60
2,10
2,30
2,00
1,0
10,00
7,30
5,70
5,00
4,10
3,50
3,50
3,00
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пример № 3
Исходные данные
В помещении производятся штукатурные работы. Рассчитать площадь
световых проемов в ограждающих конструкциях офисного помещения, у которого размеры l х b1 = 16 х 8 м. Толщина стен помещения - 0,4 м. Ширина помещения с учетом толщины стены b2 = 8 + 0,4 = 8,4 м. Высота помещения h =
4,5 м. Потолок офисного помещения имеет известковую окраску, стеновые поверхности покрыты обоями серого цвета. Характеристика конструкций око нных заполнений: переплеты спаренные, стекло двойное. Cтекла в оконных заполнениях расположены вертикально. Параллельно этому помещению на расстоянии 10м расположено другое здание с высотой карниза над подоконником
4м.
Рис. 1. Разрез офисного помещения и здания, стоящего напротив
То есть отношение расстояния между соседними зданиями L к высоте
расположения карниза H противостоящего здания над подоконником рассматриваемого окна
L 10

 2,5 (см. рис. 1.). Коэффициент светового климата mN =
H
4
0,9 (объект расположен во втором административном районе, ориентация пр оемов на северо-запад).
Решение
1. По разрезам помещения с учетом его размеров (рис.1) устанавливаем,
что освещение боковое одностороннее и отношение ширины помещения к его
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
высоте b равно:
h
b 8,4

 1,86 .
h 4,5
2. Определяем нормированное табличное значение КЕО (ент). В зависимости от характеристики зрительной работы (средней точности) и наименьшего
размера объектов различения (трещины на штукатурке шириной 0,5 мм) по
табл.7 принимаем ент = 1, 2 %.
3. Производим расчет нормативного КЕО (еN):
еN = ент ·mN = 1,2 ∙ 0,9 = 1,08 %.
4. Определяем отношение длины помещения к его ширине:
l
16

 1,90 .
b2 8,4
5. Используя интерполяцию, по табл. 10 c учетом отношений l/b = 1,9;
b/h= 1,86 определяем коэффициент эффективности освещения k0:
k0 = 9,85.
6. По табл. 9 с учетом L/H=2,5 определяем коэффициент, учитывающий
затемнение окон соседним зданием:
kзт= 1,05.
7. По табл. 11 определяем значения коэффициентов светопропускания
оконных конструкций τ1 и τ2 и рассчитываем общий коэффициент светопропускания τ0:
τ0 = τ1 ∙ τ2 = 0,8∙0,7= 0,56.
8. Так как стекла в оконных заполнениях расположены вертикально, коэффициент запаса kз будет равен
kз = 1,3.
9. Определяем площадь пола и потолка
Sп= Sпт = l ∙b1 = 16 ∙ 8 = 128 м2.
10. Определяем площадь стен
Sст = 2 [(16 ∙ 4,5 )+(8∙4,5)] =108м2.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11. С учетом принятой цветовой отделки ограждающих поверхностей помещения по табл. 12 определяем значения коэффициентов отражения света:
ρст = 0,50; ρпт = 0,70; ρп = 0,30.
12. Рассчитываем средневзвешенный коэффициент отражения от стен, потолка и пола по формуле:
ñð 
ñò sñò   ï S ï ò   ï ò S ï
Scò  Sï ò  Sï
,
(5)
где ρст ; ρпт ; ρп – коэффициенты отражения поверхностей, соответственно,
стен, потолков и пола; Sст Sп; Sпт - площадь поверхностей, соответственно, стен,
пола и потолка м2.
 ср =
0,55  108  0,60  128  0,30  128
= 0,50.
108  128  128
13. Определяем отношение глубины помещения от условной поверхности
до верхнего края окна (В/h):
В/h=4, при условии, что В=4 м (то есть освещение определяется посередине помещения), а высота (h=1 м) равна высоте поверхности стола от уровня
пола.
14. Определяем отношение расстояния от условной точки (от середины
поверхности стола до наружной поверхности стены) к глубине помещения
4
8
(L/B): L/B= =0,5.
По таблице 13 с учетом значений средневзвешенного коэффициента rср ,
4
8
а также значений отношений В/h=4 и L/B= =0,5 , определяем значение коэффициента r1: r1= 3,40.
15. Используя приведенные выше расчетные значения, производим расчет площади световых проемов:
S0  S n
1,08  1,3  9,85
eN k3 k3Т k 0
= 128∙
= 9,30 м2.
100  0,56  3,4
100 0 r1
Принимая размеры окон 2 х 2,5 м и учитывая их количество n = 2, пло-
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
щадь световых проемов в офисном помещении будет равна 10 м2.
Пример № 4. Произвести оценку естественного освещения офисного помещения по исходным данным.
Исходные данные
Площадь пола помещения и оконных проемов, соответственно, равна 128
и 10 м2. Характеристика помещения: длина 16 м, ширина – 8 м и высота 4,5 м.
Характеристика зрительных работ оператора ПЭВМ – высокой точности,
наименьший размер объекта различения 0,3 мм. Освещение боковое, объект
расположен в г. Липецке (2-й административный район, ориентация оконных
проемов на запад). Затемнения напротивостоящими зданиями оконных проемов
нет. Рабочее место оператора находится посередине комнаты. Расстояние от
поверхности стола до верха оконного проема – 2,5 м. Окна со спаренными переплетами, остекление двойное, вертикальное. Штор – жалюзи нет. Данные по
характеристике отделки помещения и отражательной способности поверхностей см. задачу № 3.
Решение
1. Определяем нормированное табличное значение КЕО (ент). При
наименьшем объекте различения 0,3 мм (разряд зрительных работ – III и боковом освещении ент = 1, 2 % (см. табл.7).
2. Определяем нормативный коэффициент естественного освещения
еN с учетом коэффициента светового климата mN = 0,9 (2-й административный
район, ориентация окон на запад):
еN = ент ·mN =1,2∙0,9=1,08 %.
3. Определяем коэффициент запаса. При боковом освещении и вертикальном расположении стекол в окнах коэффициент запаса kз=1,3.
4. Учитывая отсутствие затемнения окон, можно считать, что kзт=1.
5. С учетом значений  /b=2 и b/h=3,2 по табл. 10 определяем световую
характеристику оконных проемов (коэффициент k0):
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
k0= 10,7.
6. Учитывая характеристику оконных конструкций и остекления, по табл.
11 определяем коэффициенты светопропускания τ1 =0,8;
τ2=0,7 и общий ко-
эффициент светопропускания τ 0=0,56.
7. В соответствии с исходными данными задачи по характеристике отделки и отражательной способности поверхностей стен помещения коэффициент отражения: r1= 3,40. Обоснования см. задачу № 3.
8. Принимая во внимание численные значения всех приведенных выше
данных, а также используя формулу (3), можно определить расчетный коэффициент естественного освещения eр:
eр=
100 S 0 0 r1 100  10  0,56  3,4
=
=1, 08 %.
S п k з k зт k 0
128  1,3  1  10 ,7
9. Оценка естественного освещения.
Так как eр= 1,08 % равно еN = 1,08 %, освещенность рабочего места оператора ПЭВМ в офисном помещении достаточная.
2.2. Оценка искусственного освещения
Оценка искусственного освещения производится путем сравнения освещенности фактической Еф (лк) с нормативной Ен. Фактическая освещенность
рабочего места Еф определяется прибором. Нормативная освещенность Ен определяется по таблице 1 СНиП 23-05-95* «Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования».
Для определения Ен по табл. 1 СНиП нужно знать разряд и подразряд зрительных работ. Разряд зрительных работ определяется по наименьшему размеру объекта различения (табл.7). Подразряд зрительных работ
характеризует
фон (светлый, темный, средний) и контраст объекта с фоном (большой, малый
средний), от которых зависит требуемая видимость объектов различения.
Фон (светлый, темный, средний) определяется по численному значению
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
коэффициента отражения (  ). Контраст объекта с фоном определяется по коэффициенту контраста (k). Численные значения коэффициентов  и k приведены в табл. 14.
Таблица 14
Характеристика фона и контраст объекта с фоном
Коэффициент отражения, 
Характеристика фона
Фон
Менее 0,2
0,2-0,4
Более 0,4
Темный
Средний
Светлый
Контраст объекта с фоном
Коэффициент контраста, k
Менее 0,2
0,2-0,5
Более 0,5
Контраст объекта с фоном
Малый
Средний
Большой
Численные значения нормативной освещенности Ен для газоразрядных
светильников приведены в таблице 15.
Таблица 15
Нормативная освещенность рабочих мест искусственным светом
Разряд
зрительных
работ
I
II
III
IV
V
VI
Нормативная освещенность Ен, лк
Комбинированное освещение
Общее освещение
Подразряды зрительных работ
а
б
в
г
а
б
в
г
5000
4000
2000
750
400
4000
3000
1000
500
-
2500
2000
750
400
-
1500
1000
400
-
500
300
300
1250
750
300
200
200
750
500
200
200
200
400
300
200
200
200
50
20
-
200
VII
-
200
VIII
-
200
75
Нормативные значения освещенности могут корректироваться как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения (см. примечания к табл. 1 и пп.
7.5, 7.6 СНиП 23-05-95*). Если численные значения фактической освещенно-
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сти больше или равны численным значениям нормативной освещенности (Еф 
Ен) – освещенность рабочего места (помещения) достаточная.
Если Еф < Ен, то требуется совмещенное освещение (естественное и искусственное).
2.3. Расчет числа светильников методом светового потока
Определение числа светильников методом светового потока производится по формуле:

Eн S п k з k н
,
Фn 
(6)
где N – число светильников, шт; k3 – коэффициент запаса (табл. 2.10); kн – коэффициент неравномерности освещения, kн=Еср/Е, kн=1,1-1,3; Фл – световой поток одной лампы, лм (табл. 17); nл – число ламп в светильнике, шт; η – коэффициент эффективности использования светового потока (табл. 18).
Коэффициент запаса светильников k3
Помещения
Таблица 16
Светильники
Газоразрядные Лампы накаливания
с концентрацией загрязнителей воздуха, мг/м 3 :
а) свыше 5;
б) 1-5;
в) менее 1
2,0
1,8
1,5
1,7
1,5
1,3
Для определения коэффициента эффективности использования светового
потока η (табл. 18) необходимо вычислить индекс помещения i:
i=
b
,
[h(b  )]
(7)
где b,ι – соответственно ширина и длина помещения, м; h- высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Характеристики светильников
Таблица 17
Тип
Мощность, Световой
Тип лампы Мощность, Световой
газоразряд- Вт
поток,лм
накаливания
Вт
поток, лм
ной лампы
Люминесцентные лампы
Лампы накаливания
ЛДЦ80-4
80
3600
Б-220-40-1
40
400
ЛД80-4
80
4250
Б-220-100-1
100
1350
ЛБ80-4
80
5300
Б-220-150-1
150
2100
ЛХБ80
80
5300
Б-220-200-1
200
2920
Ртутные лампы высокого давления
БК220-100-1
100
1450
ДРЛ 80
80
3200
Г220-150-1
150
2000
ДРЛ 125
125
5600
Г220-200-1
200
2800
ДРЛ 250
250
12500
Г220-300-1
300
4600
ДРЛ 400
400
22000
Г220-500-1
500
8300
Примечание: число ламп в светильниках: в люминесцентных и ртутных – 2; в лампах
накаливания -1.
Таблица 18
Значения коэффициента эффективности светового потока η, %
Люминесцентные
Ртутные лампы
Лампы накаливания
лампы
ρп
70
50
0
70
50
0
70
50
0
при: ρст
50
30
0
50
30
0
50
30
0
ρпт
30
10
0
30
10
0
30
10
0
0,7
42
36
33
47
38
31
28
19
12
0,9
48
41
38
53
44
38
33
23
15
1,0
50
43
40
56
46
40
35
25
16
1,5
57
50
46
66
55
49
43
31
21
2,0
62
53
50
73
62
55
49
36
25
2,5
65
56
52
78
65
60
53
39
28
3,0
68
58
54
81
68
63
56
42
30
3,5
70
59
56
84
70
65
59
44
32
4,0
71
60
57
86
72
67
61
46
34
5,0
72
61
58
88
74
69
63
48
36
Примечание: ρп ρс ρпт- коэффициенты отражения пола, стен и потолков соответственно, %
i
Пример № 5
Исходные данные
Произвести оценку общего искусственного освещения в составе комбинированного
участка
столярной
мастерской
с
размерами
(длина
·ширина·высота) l·b·h = 9 х 9 х 4,5 м. Коэффициенты отражения стен, потолка и
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пола равны соответственно: ρст = 0,50; ρпт = 0,70; ρп = 0,30. Наименьший размер
объекта различения 0,35 мм, характеристика зрительной работы – высокая. Тип
светильника Г 220-300-1. Мощность одной лампы 300 Вт. Число светильников
16 (в 2 ряда по 8 шт.). Коэффициент запаса kз = 1,3. Коэффициент неравномерности освещения kн=1,2. Контраст объекта с фоном k = 0,15.
Решение
1. По характеристике зрительной работы и наименьшему размеру объекта
различения по таблице 1 СНиП 23-05-95* или табл.7 данного пособия определяем разряд зрительной работы: III.
2. Определяем площади поверхностей стен, потолка и пола:
Scт = 2·(9+9) ·4,5 = 162 м2; Sпт = 9 · 9 = 81 м2.; Sп = 9 · 9 = 81 м2.
3. Рассчитываем средневзвешенный коэффициент отражения от стен, потолка и пола
 ср 
 ст s ст   п S п   пт S п
S ст  S п  S п
=
0,50  162  0,70  81  0,30  81
= 0,50.
162  81  81
4. С учетом коэффициента отражения  ср  0,50 по табл. 14 определяем
характеристику фона – светлый.
5. Если учесть, что деревянные конструкции, обрабатываемые в столярной мастерской, имеют светлую поверхность, и коэффициент контраста объекта с фоном k =0,15 (cм. исходные данные), то контраст объекта с фоном будет
малым (см. табл. 14). По сочетанию слов контраст – малый, фон – светлый по
таблице 1 СНиП 23-05-95 определяем подразряд зрительных работ – в.
6. С учетом разряда (III ) и подразряда зрительных работ (в) по табл.15
данного пособия определяем общую нормативную освещенность Ен в составе
комбинированного:
Ен = 200 лк.
7. Для определения коэффициента эффективности использования светового потока η производим вычисления индекса помещения i
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
i=
b
= 9  9 = 1.
[h(b  )] 4,5(9  9)
8. По таблице 18 с учетом значений ρст = 0,50; ρпт = 0,70; ρп = 0,30 и i= 1
коэффициент эффективности светового потока будет равен η = 0,35 (35%).
9. Используя формулу (2.5) и ранее полученные данные, вычисляем расчетную освещенность участка столярного цеха
Ер=
Фл N c nл
,
k3 Sn kн
где Фл – световой поток одной лампы, лм (табл.17); Nс – число светильников,
шт; nл –число ламп в светильнике, шт;
η – коэффициент эффективности ис-
пользования светового потока ; k3 – коэффициент запаса (в соответствии с исходными данными k3 =1,3); Sп – площадь пола, м2; kн – коэффициент неравномерности освещения, kн=1,2.
Е р=
4600  16  1  0,35
= 203,86 лк.
1,3  81  1,2
10. Оценка искусственного освещения помещения.
Так как расчетная освещенность
Ер=203,86 лк больше нормативной
освещенности Ен = 200 лк, освещенность рабочих мест участка столярной мастерской достаточная.
2.4. Расчет прожекторного освещения
Число прожекторов определяют для освещения открытых площадок, исходя из нормативной освещенности и мощности лампы светильника по формуле:
N
mE н k з S
,
Pл
(8)
где m- коэффициент световой отдачи (для ламп накаливания m = 0,2-0,25; для
газоразрядных ламп типа ЛДЦ, ЛД и ЛБ m = 0,006-0,10; для ламп типа ДРЛ
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
m = 0,12-0,16); Ен – нормативный коэффициент освещения, лк; Ен = 2 лк; kз – коэффициент запаса (для ламп накаливания kз =1,5; для газоразрядных ламп
kз = 1,7); S – освещаемая площадь, м2; Рл – мощность лампы светильника, Вт
(табл. 19).
Минимальную высоту прожектора hmin следует вычислять по формуле:
hmin =
I m ax
,
300
(9)
Imax – максимальная сила света прожектора (см. табл. 2.13).
Таблица 19
Характеристики прожекторов
Марка
Марка
прожектора лампы
ПЗР -250
ПЗР - 400
ПСМ 30-1
ПСМ 5-1
ПСМ 5-1
ПЗС-45
ПЗС-45
ПЗС-35
Мощность
лампы Рл , Вт
ДРЛ - 250
ДРЛ - 400
Г220-200
Г220-1000
ДРЛ -700
Г220-1000
ДРЛ -700
Г220-500
250
400
200
1000
700
1000
700
500
Сила
света,
Imax ,
кд
11000
19000
33000
120000
52000
130000
30000
50000
Высота установки прожектора, h, м
при Ен = 2 лк
Угол рассеивания, град.
 в
 г
6
8
11
22
14
22
11
14
30
30
8
10,5
37
13
50
10,5
30
30
8
10,5
45
12
50
9,5
Пример № 6
Исходные данные
Требуется рассчитать освещение прожекторами марки ПЗС-35 строительной площадки размерами l = 75 м и b = 42 м для создания нормативной
освещенности.
Решение
1. Определяем необходимое число прожекторов с учетом того, что для
прожекторов с лампами накаливания m = 0,2 и kз= 1,5:
N=
где
mE н kS 0,2  2  1,5  3150

 3,8 шт,
Рл
500
S= lb-= 75 · 42 = 3150 м2;
Рл = 500 Вт - мощность лампы
26
Г220-500
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(см. табл. 19). Принимаем число прожекторов N = 4.
2. Определяем минимальную высоту установки прожекторов над освещаемой поверхностью для силы света I = 50000 кд
hmin=
I m ax

300
50000
 12 ,9  13 м.
300
Так как полученная в результате вычислений высота установки прожекторов hmin меньше указанного в таблице 19 значения hmin= 14 м, то для дальнейших расчетов примем h = 14 м.
3. Производим расчет оптимального угла  наклона прожектора к горизонтальной плоскости (см. рис. 2):

sin 2 в сos вtg r 0, 75 
  arcsinsin 2  в  (h 2 Eн k
) 
2 Fл


0,5
sin 19сos9,5tg10,5 0,75 

 arcsinsin 2 9,5  (3,14 142  2 1,5
) 
2  8200



0, 5
 130 ,
где βв = 9,5°, βг = 10,5° приняты для ПЗС-35 по таблице 13; Fл = 8200 лм —
световой поток лампы накаливания Г220-500 при мощности 500 Вт.
βг
h

βв
Рис. 2. Схема прожекторного освещения
4. Определяем расстояние, на которое будут удалены прожектора от гр аниц
освещаемой площадки (см. рис. 2):


h
14

 33,8 м
tg (   н ) tg (13  9,5)
Таким образом, нормативная освещенность Ен = 2 лк на строительной
площадке создается четырьмя прожекторами ПЗС-35 при высоте их установки
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
над освещаемой поверхностью 14 м и удалении от границ площадки на 33,8 м.
Глава 3. РАСЧЕТ СРЕДСТВ СНИЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ
ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ВОЗДУХА
3.1. Расчет естественной вентиляции
Для расчета естественной вентиляции необходимо знать следующие данные: наименование помещения и его функциональное назначение, размеры помещения, массу выделяемых в воздух газов или паров вредных химических веществ, среднюю скорость движения воздуха в воздуховоде, предельнодопустимую концентрацию (ПДК) вредных паров и газов, температуру приточного и вытяжного воздуха, коэффициент, учитывающий потерю скорости
воздуха в канале вентиляционной шахты.
Вначале нужно определить массу загрязнителя в воздухе рабочей зоны.
Для малярного процесса, например, количество паров растворителя, выделяющихся с окрашенных поверхностей, определяют по формуле:
mз = S · k · q ,
(10)
где mз – масса загрязнителя, выделяемого в воздух помещения за 1 час, мг/ч;
S – площадь окрашенной поверхности, м 2; k - коэффициент, учитывающий долю летучих компонентов из лакоокрасочных составов (табл. 14); q – расход
краски на один метр окрашенной поверхности, мг/м3 (табл. 20).
Рассмотрим методику расчета естественной вентиляции на конкретном
примере (задача № 7).
Таблица 20
Расход лакокрасочных составов и доля в них летучих фракций
Лакокрасочные составы
Расход материала, q,г/м2
1
2
Доля летучих
компонентов (k)
3
Масляные краски
200
0,30
Нитроэмали
100
0,45
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 20
Лакокрасочные составы
Расход материала, q,г/м2
1
2
Доля летучих
компонентов (k)
3
Масляные лаки
80
0,40
Нитрошпатлевки
160
0,35
Эмаль
90
0,40
Пример № 7
Исходные данные
В помещении производится окраска панелей стен высотой 1,5 м масляной
краской. Размеры помещения
 ∙b·h = 6∙8∙3 м. Растворитель красок – толуол,
ПДКтолуола = 50 мг/м3 (ГОСТ 12.1.005-88*, табл. 3). Время производства окрасочных работ t = 20 минут. Помещение оборудовано двумя вытяжными шахтами
естественной вентиляции. Определить площадь проходного сечения шахты,
через которое удаляется загрязненный воздух, температура которого tув= +20˚С.
Температура приточного воздуха tпв = +8˚С. Коэффициент, учитывающий потерю скорости воздуха в канале шахты, ψ= 0,6. Расстояние между приточными
отверстиями и верхним торцом шахт h = 4,5 м.
Решение
1. Определяем массу загрязнителя
m = S·k·q ·t =2(6+8) ·0,3·200·0,333=559,44 г.
2. Определяем объем помещения:
V=
 ∙b·h = 6∙8∙3 = 144 м3 .
2. Производим расчет фактической концентрации загрязнителя в воздухе
помещения:
С=
m
559440
=
= 3885 мг/м3.
V
144
2. Определяем требуемый коэффициент k воздухообмена в помещении за
один час:
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
C
= 3885 = 77,7.
50
ПДК
k=
Принимаем k = 78.
3. Производим расчет требуемого воздухообмена L за один час в помещении:
L = k·V = 78 ∙ 144 = 11232 м3.
4. Рассчитываем плотности удаляемого  ув и приточного ρпв воздуха по
нижеприведенным формулам:
 ув =
353
353
=
=1,205 кг/м3,
273  t 273  20
ρпв =
353
353
=
=1,256 кг/м3.
273  t 273  8
5. Производим расчет суммарной площади
 F сечения вентиляционных ка-
налов:
L
F 
15948
=
h(  ув   пв )
 ув
11232
4,5(1, 256  1, 205)
15948  0, 6
1, 256
= 2,749м2.
6. Определяем площадь проходного сечения f одной шахты:
 F  2, 749  1,374 м2.
f=
n
2
Принимаем площадь проходного сечения воздуховода одной шахты f = 1,37 м2.
7. Производим расчет высоты hз открытия заслонки квадратного сечения
воздуховода:
hз =
f =
1, 37
= 1,17 м.
При высоте воздуховода h  1,17 м ширина воздуховода а будет равна
а=
f 1, 37

=1,17 м.
h 1,17
Пример № 8
Исходные данные
Рассчитать диаметр патрубка звездообразного дефлектора для двух вытяжных шахт (n=2), если в помещении должен быть требуемый воздухообмен
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
L = 9000 м3/ч. Скорость движения воздуха vв=6 м/с.
Решение
1. Рассчитываем производительность подачи воздуха в течение одного
часа Lд одним дефлектором:
Lд =
L 9000
= 4500 м3.

n
2
2. Определяем диаметр патрубка дефлектора Dп по формуле:
LД
Dп = 0,0188
К эф v в
,
(11)
где Кэ – коэффициент эффективности работы дефлектора К э = 0,42; vв – скорость движения воздуха в дефлекторе:
Dп = 0,0188
4500
=0,794м,
0,42  6
принимаем Dп = 0,8м.
Пример № 9
Исходные данные
В литейном цехе ремонтного завода при разливке чугуна в 1 ч выделяется
90 г угарного газа (СО). Определить площадь приточных и вытяжных аэрационных проемов, если температура удаляемого из помещения воздуха равна tув =
+30˚С, наружного tН = +23,8˚С, а расстояние между центрами приточных и вытяжных проемов hа = 4,5 м. В приточном воздухе угарный газ отсутствует.
ПДК =20 мг/м3(ГОСТ 12.1.005-88*). Коэффициенты сопротивления движению
воздуха в аэрационных проемах ψр.пр =0,62; ψр.выт =0,67.
Решение
1. Определяем требуемое значение воздухообмена:
L=
m
120000
=
= 6000 м3/ч.
Ï ÄÊ  Ñï
20  0
2. Производим расчет плотностей удаляемого и приточного воздуха:
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ρв = 353 =
273  t
ρн =
353
=1,165 кг/м3;
273  30
353
= 353 =1,189 кг/м3.
273  t 273  23,8
3. Определяем площади приточного и вытяжного проемов:
F
пр
F
ВЫТ
L

15948 р
hа (  н   в )
н
L

15948 р
3.1.

hа (  н   в )
н
6000
15948  0,62
4,5(1,189  1,165)
1,189
6000
=
15948  0,67
4,5(1,189  1,165)
1,189
 2,01м 2 .
 1,86 м 2 .
Расчет механической вентиляции
Для расчета какой-либо системы механической вентиляции необходимы
следующие исходные данные: назначение помещения или виды работ (технологических процессов), которые в нем организованы; размеры помещения; характер и количество выделяемых загрязнений или тепло- и влаговыделений; категория помещений по взрывопожароопасности; предельно-допустимая концентрация вредных веществ в помещении, концентрация загрязнителя в приточном воздухе; расчетная скорость движения воздуха в воздуховоде или аэр ационном проеме.
Перед расчетом устанавливают способ снижения концентрации загрязнителя и разрабатывают схему общеобменной или местной приточной (вытяжной) вентиляции. После этого определяют массу загрязнителя, тепла или влаги,
выделяемых в воздух рабочей зоны помещения, производят расчет концентр ации загрязнителя и требуемый воздухообмен помещения.
На следующем
этапе просчитывают параметры вентилятора (частоту
вращения, мощность), определяют его КПД и производят подбор. В конце расчета определяют площадь и размеры сечения воздуховода.
Для расчета системы вентиляции помещения сварочных работ необходимо знать удельные выделения загрязнителей из обмазок электродов. Справочные данные о некоторых загрязнителях, выделяемых в процессе сварочных р а32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
бот, приведены в табл.15.
Пример № 10
Исходные данные
В помещении
 ∙b·h = 12∙6∙3 м 4 сварочных поста. При изготовлении ме-
таллической конструкции в процессе ручной дуговой сварки деталей за 1 час
работы на каждом сварочном посту расходуется 1 кг электродов марки АНО-5.
Произвести упрощенный расчет системы вытяжной вентиляции сварочного помещения при условии, что сварщики изготовили конструкцию за 40 минут рабочего времени.
Таблица 21
Удельные выделения вредных веществ из обмазки электродов
Технологическая операция
Марка
электродов
Ручная дуговая электросварка углеродистых и низколегированных сталей
Ручная дуговая электросварка среднелегированных сталей
ОМА-2
АНО-5
К-5а
ЭA-359/9
ЭA-981/15
ВИ-10-6
Удельные выделения вредных веществ
из обмазки электродов
Загрязнитель ПДК, мг/м3
Количество,
q, мг/кг
Марганец
830
0,2
1870
1530
Хромовый
425
ангидрид
0,01
450
720
Расчет
1. Определяем объем рабочей зоны помещения из условия, что ее высота
hрз = 2м:
V =  ∙b·hрз = 12∙6∙2 = 144 м3.
2. Производим расчет концентрации загрязняющих веществ в воздухе на
рабочем месте сварщика с учетом массы загрязняющих веществ m=830 мг, выделяемой из 1 кг обмазки электродов в воздух помещения за 1 час сварочных
работ (см. табл.21).
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
40
4mt 4  830  60
3
С=
=
 15,37 мг/м .
V ðç
144
3. Устанавливаем требуемый коэффициент воздухообмена k с учетом
предельно-допустимой концентрации для марганца ПДК=0,2 мг/м 3(см. табл.15)
k=
Ñ
15,37
=
 76,85 .
0, 2
Ï ÄÊ
Принимаем k = 77.
3. Определяем требуемый воздухообмен L рабочей зоны помещения:
L = kV = 77∙144=11088 м3.
4. По номограмме (рис.3) определяем требуемые характеристики вентилятора (кпд вентилятора и параметр А) с учетом того, что сопротивление движению воздуха в воздуховодах Нс составляет, например 600 Па.
Для определения указанных параметров на нижней части номограммы
находим численное значение требуемого воздухообмена L =11088 м3 (точка а).
Из указанной точки а проводим горизонтальную линию до пересечения с линией номера вентилятора (например, № 6). Из точки пересечения проводим вертикальную линию из нижней части номограммы в верхнюю до пересечения с
горизонтальной линией на уровне Нс = 600 Па. В этом случае параметр А =4000,
а коэффициент полезного действия вентилятора КПД = 0,57.
5. Зная параметр А и номер вентилятора N, вычисляем частоту вращения
вентилятора nв:
nв =
A
-1
 667 мин .
N
6. Производим расчет мощности вентилятора по формуле:
Р=
LH c
3, 6  106â ï
,
(12)
где  â - кпд вентилятора;  ï - КПД передачи. В случае, если вентилятор сидит
на валу электродвигателя КПД передачи  ï =1.
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3. Номограмма для выбора центробежных вентиляторов серии Ц4-70
Р = 1,15 
11088  600
 3, 73 кВт.
3, 6 106  0,57 1
7. Зная параметры частоты вращения и мощности, по табл. 22 выбираем
марку вентилятора в обычном исполнении. В нашем случае центробежный вентилятор серии Ц4-70 марки 4А100L4УЗ.
Таблица 22
Технические характеристики вентиляторов серии Ц4-70
Номер
вентилятора
Диаметр колеса,мм
4
400
Производительность,
м3 /ч
950-11500
5
500
2000-17500
6
600
2500-26000
Марка
4А71А6УЗ
4А71В4УЗ
4А100S2УЗ
4А80А6УЗ
4А90L4УЗ
4А100L6УЗ
4А100L4УЗ
Частота
вращения,
мин -1
910
1390
2880
915
1425
950
1430
Мощность,
кВт
0,37
0,75
4
0,75
2,2
2,2
4
8. Определяем площадь сечения воздуховода Fв по формуле:
Fв =
Lâ
3600  vâ
,
(13)
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где vв – скорость воздуха в воздуховоде (обычно vв = 1,0-1,2 м/с).
Fв = 11088  2,57 ì 2 .
3600 1, 2
9. Учитывая, что вытяжные системы должны быть установлены на каждом сварочном посту, определим сечение воздуховода для одной местной вытяжной системы вентиляции одного сварочного поста:
f=
Fâ
2, 57
=
 0, 64ì 2 .
4
4
10. По формуле 12 производим расчет площади фрамуг оконных проемов
для обеспечения притока воздуха
Fв =
11088
 3, 08 ì 2 .
3600 1
Зная площадь фрамуг и число оконных проемов, можно рассчитать размеры фрамуг.
3.2. Расчет пылеосадительных камер
Расчет пылеосадительных камер проводят в такой последовательности.
Сначала определяют минимальные размеры частиц пыли и по номограмме
(рис.4) находят скорость их движения vч. Скорость движения пылевых частиц
диаметром до 5 и 6·10-5 м при выполнения условия 0< R e >1, где R e число
Рейнольдса можно определить по формуле:
d 2 ï
,
vч =
18
(14)
где dп - диаметр частиц пыли, м;  ï - плотность пылеватых частиц – кг/м3;
 - динамическая вязкость среды, Па·с, определяемая по табл. 23.
Таблица 23
Динамическая вязкость воздушной среды с пылью
Параметры
Температура, 0 С
Динамическая вязкость,
-5
 ·10 , Па·с
-30
1,57
-20
1,62
Численные значения
-10
0
10
20
1,67
1,72
1,76
1,81
36
30
1,86
40
1,91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Число Рейнольдса определяют по формулам:
Re=
ñ

R e=1,27
ï
,
(15)
 ñQc
,

где  c - плотность среды, кг/м3;  - скорость среды, м/с;
(16)
ï
- размер поперечного
сечения конструкции, м; Q – расход воздуха, м3/с.
Зная объем очищаемого воздуха и принимая скорость движения среды в
пылеосадительной камере  , определяют площадь поперечного сечения камеры
по соотношениям:
S=
Q
,
3600
(17)
Задавая высоту камеры h, находят ее ширину:
S
h
b= .
Длину камеры определяют по формуле:
≥
h
÷
.
(18)
Пример № 11
Исходные данные
Рассчитать размеры пылеосадочной камеры для очистки 4500м 3 воздуха,
загрязненного пылью, плотность частиц которой 700 кг/м 3, а средний диаметр
частиц 21 мкм. Температура удаляемого воздуха +20˚С.
Решение
1. По номограмме (рис. 4) находим скорость витания частиц пыли: vч= 0,8
м/с.
2. Приняв скорость движения воздуха в пылеосадочной камере vч= 0,5 м/с,
определяем площадь ее поперечного сечения:
S= bh =
Q
4500
 2,5 ì 2 .
=
3600 3600  0,5
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис.4. Номограмма для определения скорости витания частиц пыли
3. Определяем ширину камеры b, принимая высоту ее поперечного сечения h=2,5 м:
b=
S 2,5

 1ì .
h 2,5
4. Определяем длину камеры.
Минимальная длина камеры должна быть
≥
h 2,5  0,5
÷
0,8
 1,563 м.
Принимаем длину камеры
= 1,6 м.
3.3. Расчет ячейковых фильтров
Унифицированные ячейковые фильтры изготавливают в виде металлического короба, в который вставляют 12 гофрированных сеток, выполненных из
различных фильтрующих материалов: металла (фильтры ФЯР), винипласта
(фильтры ФЯВ), ультратонкого стекловолокна (ФЯУ), модифицированного пе-
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нополиуретана (ФЯП). Ячейковые фильтры обладают небольшой пылеемкостью, поэтому их применяют обычно для очистки воздуха с невысокой концентрацией (до 10 мг/м3), например, в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Технические характеристики ячейковых фильтров приведены в таблице 24.
Таблица 24
Технические характеристики ячейковых фильтров
Марка
фильтра
ФЯР
Заполнитель
Начальное/конечное Удельная пылеМасса,
сопротивление, Па
емкость, г/м2
кг
Гофрированные металличе40/300
1500
7,9
ские сетки
ФЯВ
Гофрированные винипласто50/300
2000
4
вые сетки
ФЯУ
Ультратонкое стекловолокно
40/300
400
3
ФЯП
Модифицированный пено60/300
200
3,3
полиуретан
П р и м е ч а н и е. Для всех фильтров: размеры а х b = 514 х 514 х 55 мм; площадь рабочего сечения 0,22 м2 ; пропускная способность q=1540 м3 /ч
Рассмотрим расчет ячейковых фильтров на конкретном примере.
Пример № 12
Исходные данные
Рассчитать ячейковый фильтр для очистки 4600 м3/ч воздуха, удаляемого
системой вентиляции от шлифовальных станков, если концентрация пыли в
очищаемом воздухе составляет Сф = 30мг/м3, а ее предельно допустимая концентрация равна ПДК = 6 мг/м3.
Решение
1. Определяем требуемую концентрацию Стр пыли в приточном воздухе.
Она должна составлять 30% от предельно-допустимой концентрации.
3
Стр .= 0,3·ПДК = 0,3·6 = 1,8 мг/м .
2. Производим расчет коэффициента эффективности очистки пыли kэ
ký 
100(Ñô  Ñò ð )
Ñô
=
39
100(30  1,8)
 94% .
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Выбираем ячейковый фильтр, например, марки ФЯР, и определяем необходимое число фильтров:
n=
Q 4600
 2,98 шт.,
=
q 1540
где q =1540 м3/ч - пропускная способность одного фильтра (см. примечание к
табл. 24). Принимаем n= 3 шт.
4. Определяем суммарную площадь фильтрующей поверхности
S=abn= 0,514·0,514·3 = 0,793 м2,
где ab = 0,514 х 0,514м – размеры поперечного сечения одного фильтра (см.
примечание к табл. 18); n – число фильтров.
5. Определяем суммарную пылеемкость фильтров
П=pS=1500·0,793=1189,5г,
где p = 1500 г/м3 – удельная пылеемкость фильтра марки ФЯР(см. табл. 18).
6. Производим расчет продолжительности эксплуатации фильтров без
регенерации фильтрующего материала:

1000Ï
1000 1189, 5

 9,2 ч.
(Ñô  Ñï ð )Q (30  1,8) 4600
С учетом установленной нормативной продолжительности рабочей смены
можно принять τ = 8 ч.
Глава 4. ОЦЕНКА ШУМА И СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ОТ НЕГО
Характерной особенностью в работе технологического оборудования и инструмента является шум. Чрезмерный шум негативно сказывается на здоровье
работающего персонала. От воздействия шума появляются головные боли, раздражительность и ослабляется внимание человека, что может стать причиной
травматизма. Постоянный производственный шум большой интенсивности может привести к снижению и потере слуха, заболеванием центральной нервной
системы.
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Чрезмерный шум от работающих машин, механизмов и инструмента оценивается относительным логарифмическим параметром (L): уровнем звукового
давления:
L  20 g
P
,
P0
(19)
где P, P0 – давление звука фактическое и пороговое, Па.
Принято считать, что пороговое давление звука P0=10-5Па.
В производственных условиях очень часто бывает так, что шум идет от нескольких самых разнообразных источников.
Суммарный уровень звукового давления, дБ от n источников шума необходимо рассчитывать по формуле:
L = 10
Ln
L1
L2
 10

10
10
g 10  10  ...  10  ,


(20)
где L1 ,L2, Ln – уровни звукового давления, создаваемого каждым источником,
дБ. Допустимые уровни звукового давления для различных рабочих мест пр иведены в ГОСТ 12.1.003-83. Отдельные нормативные значения для некоторых
помещений приведены в табл. 25.
Фактические уровни звукового давления определяются специальной аппаратурой, так называемыми измерителями шума и вибрации типа ИШВ-1,ИШВ2, ШМ-1, ШВК- 1, ОКТАВА – 110. В некоторых случаях фактические уровни
звуковых давлений могут быть приняты по справочным данным.
В табл. 20 приведены шумовые характеристики для отдельных машин, механизмов и инструментов, применяемых в производственной сфере.
Оценка шума в помещениях и на рабочих местах производится путем
сравнения фактических уровней звукового давления с нормативными на всех
звуковых частотных полосах. Пример оценки шума приведен в табл. 27.
В случае, когда невозможно снизить шум до нормативных уровней звукового давления, работающий персонал на рабочих местах должен использовать
индивидуальные средства защиты (наушники, вкладыши, специальные шлемы).
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 25
Допустимые уровни звукового давления для некоторых помещений
Помещения,
Уровни звукового давления в дБ в октавных звуко-
Эквива-
рабочие места
вых полосах со среднегеометрическими частотами,
лентные
Гц
уровни
Помещения конструкторских бюро,
программистов и обработки экспериментальных данных
Помещения экспериментальных лабораторий, операторов
ЭВМ
Помещения управления, рабочие комнаты
Постоянные рабочие
места в производственных помещениях
звука, дБ
63
125
250
500
1000 2000 4000 8000
71
61
54
49
45
42
40
38
50
94
87
82
78
75
73
71
70
80
79
70
68
58
55
52
50
49
60
99
92
86
83
80
78
76
74
85
Таблица 26
Фактические уровни звукового давления некоторых машин, механизмов
Машины, механизмы
Уровни звукового давления в дБ в октавных звуковых полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
Электропилы и рубанки
107
103
109
108
103
106
107
106
Шлифовальные машины
107
100
94
91
89
92
94
95
Гайковерты
107
100
94
91
90
90
92
94
Токарный станок
94
96
96
98
97
93
91
80
Сверлильный станок
90
97
95
90
85
88
82
87
Сварочный аппарат
95
97
97
100
105
101
109
110
Вентилятор Ц4-70
77
81
83
78
80
76
69
65
Дизельный двигатель
97
98
98
100
98
95
85
73
Кондиционер 1КС-12
87
83
78
78
74
70
66
60
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 27
Оценка производственного шума
Уровни звукового
Значения уровней звукового давления в дБ в октавных звуковых полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
давления
Фактические от работы
шлифовальной машины Lф,
дБ
Нормативные для производственных помещений
Lн, дБ
Чрезмерный шум
ΔL= Lф,- Lн, дБ
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
107
100
94
91
89
92
94
95
99
92
86
83
80
78
76
74
8
8
8
8
9
14
18
21
Звукоизоляционные свойства некоторых видов индивидуальных средств защиты приведены в табл. 28.
Таблица 28
Звукоизоляционные свойства индивидуальных средств защиты
Средства
защиты
Наушники
ВЦНИИОТ
Вкладыши
Шлемы
Гру-
А
12
12
15
20
25
30
35
35
Эквивалентные
уровни, дБ
-
Б
-
5
7
15
20
25
30
30
-
В
-
-
-
5
15
20
25
25
-
А
-
10
12
15
17
25
30
30
-
Б
-
5
7
10
12
20
25
25
-
В
-
5
5
5
7
15
20
20
-
-
-
17
20
25
30
35
40
40
-
ппа
Численные значения уровней звукового давления в дБ в
октавных звуковых полосах со среднегеометрическими
частотами, Гц
63
125
250
500 1000 2000
4000 8000
4.1. Расчет звукоизоляции конструкции
Расчет звукоизоляции конструкций производят по формуле:
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
R  20 g  f i  42,5 ,
(21)
где R – звукоизоляция, дБ; параметр (численное значение R должно быть больше или равно ΔL); ρ – плотность материала конструкции, кг/м 3 ; δ – толщина
слоя материала конструкции, м; fi – частота на звуковых октавных полосах, Гц.
Расчет звукоизоляции производят по восьми частотным звуковым нормативным полосам с частотами, Гц: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000.
Если конструкция состоит из нескольких слоев разных материалов, расчет ведется отдельно для каждого слоя с последующим суммированием численных значений звукоизоляции.
4.2. Расчет акустических экранов
Акустические экраны устанавливают в случае невозможности применения глушителей в источниках шума. Эффективность акустического экрана вычисляют по формуле:
h2 ( )2
b ,
ký  0, 05 f 4
a
1  4( ) 2
h
(22)
где kэ – коэффициент эффективности; f – частота звука, Гц; h – высота экрана,
м;
- длина экрана, м; b - расстояние от экрана до рабочего места, м; а – рас-
стояние от экрана до источника шума, м.
Наличие kэ дает возможность для определения эффективности акустического экрана ΔLэ по данным, приведенным в табл.29.
Таблица 29
Эффективность акустических экранов
Параметры
Эффективность, ΔLэ, дБ
0
5
0,5
8
Коэффициент эффективности, kэ
1
1,5
2
3
4
5
11
13,5
15
18
20
22
7
25
10
30
Пример № 13
Исходные данные
Определить эффективность применения акустического экрана размерами
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
h х l = 1 х 1,5 м для снижения высокочастотного шума, если уровни звукового
давления, создаваемые источником шума на частотах f1 = 8000 Гц и f2 = 4000 Гц
соответственно равны 81 и 84 дБ, а допустимые уровни звукового давления с оответственно 69 и 71 дБ. Экран установлен на расстоянии а = 0,5 м от источника шума, а расстояние от экрана до рабочего места b = 1,5 м.
Решение
1. Определяем коэффициент эффективности экрана kэ , соответствующий
частоте f1 = 8000 Гц:
kэ8000= 0,05
h 2 (l / b) 2
f
1  4(a / h) 2
4
2
2
= 0,05 8000  4 1 (1,5 / 1,5) 2  3,76.
1  4(0,5 / 1)
2. По табл. 29 методом интерполяции определим эффективность экрана
на этой частоте: Lэ8000  19 ,5дБ. Тогда уровень звукового давления на рабочем
месте будет равен Lр.м 8000 = L8000 – ΔLэ 8000 = 81 – 19,5 = 61,5 дБ, что меньше
нормативных значений Lдоп 8000 = 70 дБ.
3. По аналогии с предыдущими расчетами получаем: коэффициент эффективности на частоте 4000 Гц kэ4000 = 2,66, эффективность экрана ΔLэ 4000 =
17 дБ и уровень звукового давления на рабочем месте Lр.м 4000 = 67 дБ, что
меньше нормативного значения Lдоп 4000 = 71 дБ.
Глава 5. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИИ
И СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ОТ НЕЕ
Широкое внедрение машин, механизмов и ручного инструмента в сферу
производства обозначило проблему защиты работающего персонала от воздействия механических колебаний.
Колебания материальной среды с частотой до 18 Гц воспринимается человеком изолированно друг от друга и ощущается в виде толчков и сотрясений.
Колебания с частотой свыше 18 Гц воспринимаются организмом человека
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
слитно и ощущаются как вибрация. По характеру воздействия вибрация подразделяется на местную и общую (рис.5). Скорость  и ускорение  вибрации,
происходящей по синусоидальному закону определяются по формулам:
  2fa ,
(23)
  (2f ) 2 a ,
(24)
где f – частота колебаний, Гц; a – амплитуда, мм.
Особенно опасна вибрация с частотой близкой к частотам собственных
колебаний тела, мозга, печени и желудка (частота этих органов колеблется в
пределах от 4-х до 9 Гц).
Вибрация
по характеру воздействия
Местная
действует на отдельные
части тела
Общая
действует на весь организм
Рис. 5. Виды производственной вибрации
На малых частотах 0 – 4 Гц (меньше резонансных для внутренних органов) тело человека колеблется как единое целое. При этом он ощущает вибрацию как качку, которая негативно воздействует на вестибулярный аппарат.
На частотах 4 – 100 Гц наблюдается негативное воздействие вибрации на
внутренние органы и центральную нервную систему, которые проявляются в
виде: снижения работоспособности; быстрой утомляемости; ослабления внимания и памяти; нарушения координации движения. Все эти факторы могут стать
причинами травматизма работающего персонала на производстве.
На частотах свыше 100 Гц колебания могут восприниматься только как
местная вибрация. Вибрация действует на человека вдоль координатных осей.
Параметрами, по которым оценивается вибрация являются виброскорости
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и виброускорения колеблющихся частей машин и механизмов. Предельнодопустимые уровни параметров вибрации приведены в соответствующих таблицах
нормативного документа СН 2.2.4/2.1.8.566-96 (Производственная
вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий).
Защита от вибрации организуется двумя способами: снижением
уровня вибрации в источнике и устройством виброизоляции. Уменьшают уровень вибрации в источниках следующими мероприятиями: исключением в механизмах ударного взаимодействия; замена возвратно-поступательного движения деталей вращательным; исключением резонансных явлений; уменьшение
зазоров в сопрягаемых деталях; уменьшением неуравновешенности деталей.
Одним из главных мероприятий, предупреждающих передачу вибрации
на организм человека при работе современных быстроходных машин и технологического оборудования, является виброизоляция. Она делится на активную
и пассивную. Первый тип обеспечивает уменьшение вибрации за счет снижения возбуждающей силы на рабочее место. Второй - снижает вибрацию путем
установки вибрирующего оборудования на виброизоляционное или виброгасящее устройство.
Наиболее надежным и дешевым способом борьбы с вибрацией является
применение пружинных, резиновых или других амортизаторов. Виброизоляция
различных агрегатов заключается в создании упругой связи, которая осуществляется путем установки виброизоляторов между источником колебаний и поддерживающей его конструкцией. Основная цель виброизоляции агрегата с динамическими нагрузками сводится к уменьшению амплитуды колебаний, передаваемых от источника конструкциям.
Пример 14
Исходные данные
Рассчитать виброизоляцию рабочего места оператора (рис.5) с обеспечением допустимых параметров вибрации, если рабочее место размещено на
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
виброизолируемой плите размерами 1,5х1,0х0,1 м весом Q П =3300 Н; вес оператора Q O =700 Н; виброскорость рабочего места на частоте 63 Гц составляет v =0,08 м/с; виброизоляторы резиновые марки 3311 – 4 шт. Допустимая
виброскорость рабочего места оператора vд = 0,002 м/с.
Решение
Рис. 5. Схема виброизоляции рабочего места оператора
1. Определяем площадь сечения виброизоляторов, S см 2 :
S=
Qп  Qo

,
(25)
где, Qï  Qo - вес плиты и оператора (нагрузка на виброизоляторы),Н;  - расчетное статическое напряжение в упругом материале (  = 300 кН/м2).
S=
4
=0,01333 м 2 =133,3 см2.
300
Площадь одного виброизолятора S B =
S
n
B
, число виброизоляторов n = 4.
В таком случае площадь одного виброизолятора будет равна:
SB=
133,3
=33,3 см 2 .
4
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Определяем суммарную жесткость К С виброизоляторов, Н/ см 2 :
К С = 4 2 f 0 2 Q ,
g
(26)
где Q - нагрузка на виброизоляторы, Н; f 0 - частота собственных колебаний системы, Гц; g – ускорение свободного падения – 981 см/с 2 .
Частоту собственных колебаний можно определить из выражения:
f
f0=
1

где
,
(27)
1
 - коэффициент передачи ; f - частота колебаний рабочего места, Гц.
В свою очередь коэффициент передачи  можно определить по формуле:
V ДОП
 =
V
,
(28)
где V и VДОП – виброскорости, соответственно, рабочего места оператора и допустимая. V ДОП = 0,002 м/с,
1
0,002
=
;
40
0,08
 =
63
f0=
В таком случае
40  1
= 8,6 Гц.
К С = 4·3,14 2 ·8,6 2 ·
4000
=11894 Н/ см 2 .
981
3. Производим расчет деформируемой части высоты виброизоляторов Н Р
по формуле:
НР = Е Д ·
S
KC
,
(29)
где Е Д - динамический модуль упругости резины, определяемый по табл.30;
S – площадь поперечного сечения одного изолятора.
Н Р = 250·
33,3
=0,7 см.
11894
Принимаем Н Р =1 см.
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 30
Технические характеристики резины
4.
Марка
Динамический
модуль упруго-сти
Е д , Па
Статический
модуль упруго-сти
Е с т , Па
Коэффициент
неупругого сопротивления, 
3311
2959
112А
1992
2462
2566
250
636
600
1000
1700
380
160
300
440
370
520
240
0,038
0,14
0,16
0,19
0,31
0,11
Определяем полную высоту виброизолятора Н по формуле:
Н = НР+
d
,
8
(30)
где d – сторона квадратного сечения виброизолятора.
Допустим сечение виброизолятора – квадрат со стороной d = 5,8 см, тогда
S ПВ = d 2 = 33,64 см 2 .
H=1+
5,8
= 1,7 см.
8
Принимаем Н =2 см.
Резиновые изоляторы сохраняют устойчивость от опрокидывания в процессе эксплуатации при условии Н<d и d<1,5…2,0 H.
5. Производим расчет фактической жесткости К принятых резиновых
виброизоляторов, Н/ см 2 ,
К=ЕД
К = 250·
S ПВ
,
HP
33,64  4
= 11213 Н/ см 2 .
3,0
6. Определяем фактическую частоту собственных колебаний, Гц, вибро-
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
золированного рабочего места: f 0 = Кg ,
Q
f0=
11213  981
=8,35 Гц.
4000
7. Производим оценку коэффициента передачи по формуле:
=
1
f РМ
f0
,
2
(31)
1
2
где f РМ - частота колебаний рабочего места (из условия задачи),
=
1
2
63
1
8,35 2
=
1
.
57
8. В соответствии с формулой (26) определяем расчетное значение виброскорости, м/с виброизолированного рабочего места оператора:
vр=
0,08
= 0,0014 м/с
57
< v ДОП = 0,002 м/с.
Так как виброскорость рабочего места оператора меньше допустимого
значения виброскорости
(vр =0,0014 м/с < v ДОП = 0,002 м/с), применение дан-
ных резиновых виброизоляторов обеспечит виброзащиту рабочего места оператора.
Пример 15
Исходные данные
Рассчитать эффективность виброизоляции вентиляционной установки с
электрическим приводом (рис.6), если вес установки Р = 13000 Н, частота вращения электродвигателя n = 850 об/мин; количество виброизоляторов (с одной
пружиной) N = 4 шт.
Решение.
1. Для решения задачи принимаем следующие расчетные параметры:
- соотношение вынужденных и собственных колебаний равным 4;
- допустимое напряжение на кручение [ ]= 4,2·10 3 кгс/см 2 ;
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- модуль сдвига  = 8,0·10 5 кгс/см 2 ;
- допустимая амплитуда смещения а Z = 0,12 мм.;
- индекс пружины с = 4 ;
- коэффициент К Р =1,4.
Рис. 6. Схема виброизоляции вентиляционной установки
2. Определяем частоту вынужденных колебаний, Гц:
f=
n
,
60
850
= 14,2 Гц.
60
f=
3.Так как
f
f0
(32)
= 4, частота собственных колебаний, Гц, f 0 =
f0=
f
,
4
14,2
= 3,6 Гц.
4
4. Находим суммарную жесткость виброизоляторов, Н/см:
К Z = mf 0 2 ,
(33)
где m – масса фундамента с установкой, Н.
Массу фундамента с виброизолирующей установкой при этом находим
из выражения:
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
m= Р,
(34)
g
где g – ускорение свободного падения.
m=
13000
=1327 H·с 2 /м
9,8
К Z = 1327·3,6 2 =17198 Н/см.
5. Определяем жесткость одной пружины К Z 1 :
К Z1 =
К Z 17198
Н
=
.
 4299,5
4
4
см
6. Определяем динамическую нагрузку, Р 1 на одну пружину в рабочем
режиме изолируемого устройства:
Р1
ДИН
Р1
= а Z К Z1 ,
ДИН
(35)
=0,012·4299,5=51,6 Н.
7. Расчетную нагрузку на одну пружину вычисляем по следующей формуле:
Р1 Z =
P
+ 1,5 К Z 1 (V 0 +V) ,
n
(36)
где V 0 - среднеквадратичная виброскорость рабочего места (V 0 = 0,002 м/с);
Для этого предварительно определяем среднеквадратичную виброскорость
основания виброплощадки из выражения:
V=2  fa Z .
(37)
V = 6,28·14,2·0,012 = 0,011 м/с.
В этом случае
Р1 Z =
13000
+1,5· 4299,5 (0,002 + 0,011) = 3334 Н.
4
8. Диаметр проволоки цилиндрических винтовых пружин рассчитываем
по формуле:
К  Р c
d = 1,6 Р Z ,
[ ]
1
d = 1,6
1,4  3334  4
= 3,6 см.
4,2  103
53
(38)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9. Число витков пружины определяем из выражения:
i=
i=
 d
8  c 3  K Z1
,
(39)
8  10 5  9,81  3,5
= 13.
8  4 3  4299 ,5
Полное число витков пружин при i>7 будет:
i П = i + 2,5 ,
(40)
i П = 13 + 2,5 = 15,5.
10. Высоту пружины вычисляем из выражения:
Н = (i П - 0,4)d,
(41)
H = ( 15,5- 0,4) 3,5 = 53 см.
11. Коэффициент
передачи виброизоляции рассчитываем по формуле
(29):
 =
Так как отношение
f
f0
1
1
 .
14 ,2 2
14
[(
) 1
3,6
> 1,4 , устройство виброизоляции обладает защит-
ными свойствами.
Пример 16
Исходные данные
Определить, на сколько децибел улучшится виброизоляция на частоте
вращения вентилятора f, если жесткость амортизаторов уменьшить вдвое; вентиляционная установка закреплена с помощью амортизаторов на перекрытии
складского помещения; статический прогиб амортизаторов Х СТ = 5мм.
Решение
Под виброизоляцией понимается величина
 L= 20 lg (
1

),
(42)
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где  - коэффициент передачи виброизоляции.
При отношении
f
f0
=3 выражение для виброизоляции принимает вид:
 L = 20 lg[
f
f0
]2 ,
(43)
где f 0 - частота собственных колебаний; f – частота вынужденных колебаний системы.
Найдем разность  L 2 -  L 1 = 20lg[
f
f 01
] 2 - 20lg[
f
f 02
]2 .
Учитывая, что Х СТ 2 = 2Х СТ 1 (по условию),
а f0=
определим
5
X СТ
,
(44)
 L 2 -  L 1 = 20 lg[
f 25
5
] 2 - 20 lg[
f 5
5
] 2 = 20 lg2 = 6 дБ.
Таким образом, виброизоляция на основной части вращения вентиляционной установки улучшится на 6 дБ.
Пример 17
Исходные данные
Генератор массой m = 2000 Н·с 2 /м установлен на шести резинометаллических амортизаторах с суммарной жесткостью К Z =18·10 5 Н/м; частота вращения вала установки n=750 об/мин. Сравнить параметры вибрации с допустимыми значениями по ГОСТ 12.1.012-90.
Решение
1. Определяем круговую частоту вынужденных колебаний:
 = 2  f = 2  n/60,
 = 2·3,14·
750
= 78,5 c 1 .
60
2. Рассчитываем статическую осадку амортизаторов установки:
55
(45)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Х СТ =
mg
KZ
,
(46)
Х СТ = 2000·
9,81
= 0,011 м.
18  10 5
3. Вычисляем круговую частоту собственных колебаний установки на
амортизаторах:
0  2
0,5
Х СТ
 30
с 1 .
(47)
4. Находим максимальную амплитуду колебаний, если Sin  t =1:
а= Х СТ ·
,
1
1
(48)

0 2
а=0,011·
2
1
 0,0019м .
78,5 2
1
30 2
5. Определяем частоту вынужденных колебаний по формуле:
f=

,
2
(49)
78 ,5
=12,5 Гц.
2  3,14
f=
Ближайшая к частоте 12,5 Гц стандартная октавная среднегеометрическая
частота
f СР .Ч = 16 Гц (ГОСТ 12.1.012-90).
6. Определяем нижнюю граничную частоту по формуле:
fН =
f СР .Ч
1,41
fН =
,
(50)
16
=11,35 Гц.
1,41
7. Производим расчет верхней граничной частоты:
f В =2f Н ,
f В = 2·11,35=22,7 Гц.
Оценку вибрации будем производить для октавной полосы с f СР .Ч =16 Гц.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8. Находим значение виброскорости:
V= 2  f a ,
( 51)
V=2·3,14·12,5·0,0019 = 0,149 м/с.
9. Определяем уровень виброскорости:
L V =20lg
V
V0
,
L V = 20 lg
(52)
0,149
= 129 дБ.
5  10 8
10. Производим оценку параметров вибрации.
При сравнении с нормативными данными ГОСТ 12.1.012-90 фактические
параметры уровня виброскорости на среднегеометрической частоте 16 Гц превышают допустимые на 37 дБ.
Глава 6. РАСЧЕТ КАНАТОВ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МЕХАНИЗМОВ
И СТРОПОВОЧНЫХ УСТРОЙСТВ
Грузовые, стреловые, вантовые, несущие и тяговые стальные проволочные
канаты перед установкой на грузоподъемную машину следует проверить расчетом. Разрывное усилие каната определяют по формуле:
Ððàç.
Sâ
≥k,
(53)
где Рраз - разрывное усилие каната, Н, принимаемое по сертификату (для ориентировочных расчетов можно использовать данные табл.24); Sв – наибольшое
натяжение ветви каната без учета динамических нагрузок, Н; k – коэффициент
запаса прочности (для грузопоподъемных ручных машин k = 4; для кранов
k = 5-6; для лифтов k = 8-13; для строповочных устройств k = 12).
Если в сертификате или свидетельстве об испытании каната дано суммарное разрывное усилие, то значение Рраз получают умножением численного
значения суммарного разрывного усилия на коэффициент 0,83.
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Длина ветви стропа lmin из условия обеспечения требуемого угла наклона
к вертикали 600 определяется из соотношения:
lmin = 1,155 а,
где а – максимальное расстояние между центром тяжести груза и местом закрепления стропа, м.
При известной массе груза G, натяжение, возникающее в каждой ветви
стропы, определяется по формуле:
Sв 
Gg
,
mkí cos
(54)
где G – масса груза, кг; g – ускорение свободного падения: g =9,81 м/с 2; m –
число ветвей стропы; kн – коэффициент неравномерности распределения массы
груза: при m≥4 kн=0,75, а при m<4 kн =1; α – угол наклона строп, град.
Таблица 27
Технические характеристики стальных канатов типа ТК6 х 19 (1+6+12) + 1 о.с.
Диаметр
каната, мм
11
14,5
17,5
Масса 100 м Разрывное усилие каната в целом, Н при временном сопроканата, кг
тивлении разрыву стальных проволок, МПа
1400
1600
1700
1800
43,3
52550
60050
63850
65800
71,5
86700
99000
105000
108000
107
129000
147500
157000
161500
19,5
21
22,5
127,5
149,5
173,5
154500
181000
210000
176500
207000
240000
187500
220000
255000
193500
227000
263000
24
27
29
32
35
199
255,5
286
353
427
241000
309500
347000
428000
518000
275500
354000
396500
489500
592000
292500
376000
421500
520000
614500
302000
387500
434000
536000
648000
Пример № 14
Исходные данные
Определить, будет ли обеспечена безопасность выгрузки автомобильным
краном из кузова строительной конструкции массой 1900кг. Кран укомплекто58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ван стропами типа 4УСК из стального каната ТК6 х 19(1+6+12)+1о.с. диаметром d =11мм (временное сопротивление проволок разрыву 1400 Мпа), угол
наклона ветви стропа к вертикали α = 45º.
Решение
1. Определяем натяжение в каждой ветви стропа,
Sв =
Qg
mK н cos
=
1900  9,81
= 8792 Н.
4  0, 75cos 45
2. Производим расчет разрывного усилия ветви стропа
Рраз = kSв = 6 · 8792 = 52752 Н.
3. По табл.27 для каната диаметром 11мм определяем предельное разрывное усилие ветви стропа при временном сопротивлении проволок разрыву
1600 Мпа. Оно будет равно 60050 Н, что больше Рраз = 52752 Н. Следовательно,
используемый строп обеспечит безопасность при разгрузке обор удования.
Глава 7. РАСЧЕТ СОБСТВЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ КРАНА
Оценка собственной устойчивости крана производится по коэффициенту
собственной устойчивости kcу , который определяют по формуле:
n
kсу 
M
уi
M
оi
i 1
n
i 1
где
>1,15,
(55)
n
 M - сумма удерживающих моментов от веса конструктивных элементов
уi
i 1
крана;
n
 M - сумма опрокидывающих моментов от ветровой нагрузки, возi 1
oi
действующей на конструктивные элементы крана.
В случае, когда kсу >1,15 собственная устойчивость крана обеспечена и
наоборот, собственная устойчивость крана не обеспечена в случае, когда kсу
<1,15.
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пример №15
Определить собственную устойчивость крана по исходным данным.
Исходные данные см. табл. 28.
Таблица 28
Исходные данные расчетных параметров
Наименование расчетных параметров
Обозначения
1
2
Масса конструктивных элементов, т:
Численные
характеристики
3
mi
стрелы
mс
3
башни
mб
6
поворотной платформы
mпп
7
противовеса
mпв
28
неповоротной части крана
mнч
25,5
Расстояние от плоскости оси вращения, параллельной ребру
опрокидывания до центра тяжести конструктивного элемента, м:
Li
неповоротной части
Lнч
0
башни
Lб
1,8
поворотной платформы
Lпп
1,5
противовеса
Lпв
5
Расстояние от центра тяжести отдельных элементов до плоскости
опорного контура, м
hi
башни
hб
10
поворотной платформы
hпп
1
противовеса
hпв
2,5
неповоротной части крана
hнч
0,5
Площадь наветренной поверхности элементов крана, м2
Ai
стрелы
Ac
4
башни
Aб
14
поворотной платформы
Aпп
5
противовеса
Aпв
4
неповоротной части крана
Aнч
3
груза
Aг
3
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Продолжение таблицы 28
1
2
3
вперед
b
2
назад
B1
1,5
Расстояние от оси вращения до корневого шарнира стрелы, м
r
2,4
Расстояние от опорного контура до корневого шарнира cтрелы, м
hr
19
Длина стрелы, м
Lст
23
Высота подъема груза, м
Нгр
37
v
0,3
nгп
2
Расстояние от оси вращения крана до ребра опрокидывания, м
Максимальная скорость подъема груза, м/с
Кратность грузового палиспаста, шт
Для определения собственной устойчивости крана рассматривается случай, когда кран стоит на горизонтальной поверхности, без груза и с максимально поднятой стрелой (  =600). Стрела расположена в направлении перпендикулярном к передвижению крана. Кран опрокидывается назад, ребро опрокидывания крана проходит по заднему рельсовому пути (рис.7).
Расчет собственной устойчивости крана
1. Определяем весовые нагрузки от элементов крана по формуле:
Gi= g·mi ,
(56)
где g – ускорение свободного падения, g =9,81 м2/с.
Численные значения величин нагрузок от веса элементов крана представлены в
табл. 29.
Таблица 29
Весовые нагрузки от элементов крана
Конструктивные элементы
крана
Неповоротная часть
Поворотная платформа
Противовес
Башня
Стрела
Расчет нагрузок
Величины нагрузок, кН
Gнч = 25,5 х 9,81
Gпп = 7 х 9,81
Gпв = 28 х 9,81
Gб = 6 х 9,81
Gс = 3 х 9,81
250,2
68,7
274,7
58,9
29,4
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис.7. Рабочая схема для расчета собственной устойчивости крана
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Производим расчет величин плеч нагрузок из выражения:
 i  | Liкэ  b 1|,
(57)
где Liкэ - расстояние от центра тяжести элемента до оси вращения крана, м; b1 –
расстояние от оси вращения крана до вертикальной оси опрокидывания назад,
м.
Численные значения плеч нагрузок приведены в табл. 30.
Таблица 30
Численные значения плеч нагрузок от весов элементов крана
Конструктивные элементы
крана
Неповоротная часть
Поворотная платформа
Противовес
Башня
Расчет длин плеч нагрузок
Длина плеч, м
 нч =|0-1,5|
1,5
 пп =|1,5-1.5|
0
 пв =|5-1,5|
3,5
 б =|-1,8-1,5|
3,3
Плечо нагрузки от веса стрелы определяется по формуле:
 c  r  b(
Lc
)  cos ,
2
(58)
 c = 2,4+2+11,5∙0,5= 10,15 м.
3. Рассчитываем величины изгибающих моментов от нагрузок, воздействующих на элементы крана по формуле:
Мi=Gi∙  i .
(59)
Численные значения изгибающих моментов от нагрузок, воздействующих на элементы крана, приведены в табл. 31.
Таблица 31
Численные значения изгибающих моментов от нагрузок
Конструктивные элементы
крана
Неповоротная часть
Противовес
Башня
Стрела
Расчет значений изгибающих
моментов
Численные значения изгибающих моментов, кН∙м
375,3
961,4
194,2
298,4
Мнч=250,2 х 1,5
Мпв=274,7 х 3,5
Мб= 58,9 х 3,3
Мс= 29, 4 х 10,15
4. Производим расчет ветровой нагрузки по формуле:
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Wi=w∙Ai,
(60)
где w – удельная ветровая нагрузка; w= 600 н/м2.
Численные значения ветровой нагрузки приведены в табл. 32.
Таблица 32
Конструктивные элементы
крана
Неповоротная часть
Поворотная платформа
Противовес
Башня
Расчет значений ветровой
нагрузки
Ветровая нагрузка, кН
Wнч=0,6х 3
Wпп=0,6 х 5
Wпв= 0,6 х 4
Wб= 0,6 х 14
1,8
3,0
2,4
8,4
Ветровая нагрузка на стрелу определяется по формуле
Wс = w∙Ai∙sin  .
(61)
Wс = 0,6∙4∙0,866 = 2,1 кН.
5. Определяем моменты от ветровой нагрузки:
Мwi= Wi∙hi .
(62)
Численные значения моментов от ветровой нагрузки приведены в табл. 33.
Таблица 33
Численные значения моментов от ветровой нагрузки
Конструктивные элементы
крана
Неповоротная часть
Поворотная платформа
Противовес
Башня
Стрела
Расчет значений моментов от
ветровой нагрузки
Мнч=1,8∙0,5
Мпп=3∙1
Мпв=2,4∙ 2,5
Мб=8,4∙ 10
Мс=2,1∙29
Моменты от ветровой
нагрузки, кН∙м
0,9
3,0
6,0
84,0
60,9
6. Определяем коэффициент собственной устойчивости крана по формуле
(55):
n
kсу 
M
уi
M
оi
i 1
n
i 1
=
375 ,3  961,4  194 ,2  298 ,4
 9.3.
0,9  3  6  84  60 ,9
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Производим оценку собственной устойчивости крана.
Так как расчетный коэффициент собственной устойчивости крана больше
нормативного (требуемого) k р су  9,3 > k н су  1,15 - кран устойчив.
Глава 8. РАСЧЕТ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ОТ
ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
8.1. Оценка шагового напряжения
Шаговое напряжение – это напряжение между двумя точками на земле,
обусловленное растеканием тока замыкания, при одновременном касании их
ногами человека (рис.8). Если одна нога находится на расстоянии х от центра
заземлителя, то другая отстоит от него на расстоянии х+ а, где а – длина шага
(в расчетах принимается а = 0,8 м).
Шаговое напряжение при этом определяют по формуле:
Uш=
Iça
,
2 õ( õ  a)
(63)
где I3 - ток замыкания, А;  - удельное электрическое сопротивление грунта,
принимаемое по табл. 34.
Рис.8. Схема шагового напряжения при обрыве провода
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 34
Удельное электрическое сопротивление грунта
Грунт
Удельное электрическое сопротивление
грунта,  , Ом·м
Торф
Суглинок пластичный
Суглинок полутвердый
Глина полутвердая
Супесь влажная
Чернозем
Песок
Каменистый грунт(известняк, ракушечник,
гнейсы)
20
30
60
72
150
200
500
700
Пример № 16
Исходные данные
На расстоянии 5м сзади от идущего человека на землю упал оборвавшийся провод электропередач, напряжением 10кВ. Определить опасность поражения человека шаговым напряжением, если ток замыкания на землю Iз =12 А.
Грунт-суглинок полутвердый.
Решение
1. По табл.34 определяем удельное сопротивление грунта ρ, которое для
полутвердого суглинка составляет 60 Ом·м.
2. Производим расчет шагового напряжения:
Uш=
Iça
12  60  0,8
=
= 6,33 В.
3,14  5 (5  0,8)
2 õ( õ  a)
Такое напряжение при рассматриваемых выше условиях для человека практически безопасно.
8.2. Расчет защитного заземления электрооборудования
Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустано-
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вок, которые могут оказаться под напряжением.
Основными элементами защитного заземления являются: стержневые и
полосовой заземлители, соединительный проводник (рис.9).
1
2
d
S
3
2000-3000
Рис. 9. Схема защитного заземления электрооборудования:
1– соединительный проводник; 2,3 – полосовой и стержневой заземлитель
Заземление предназначается для защиты от поражения электрическим током за счет создания такого соединения металлических нетоковедущих частей
электроустановок с землей, которое обладало бы достаточно малым сопротивлением с тем, чтобы ток, прошедший через человека, не достигал опасного значения. В зависимости от режима нейтрали электрической цепи заземление выполняют по схеме с глухозаземленной или изолированной нейтралью.
Заземление бывает двух видов: контурное и выносное.
Рассмотрим методику расчета защитного заземления на конкретном примере.
Пример № 16
Исходные данные
Произвести расчет сопротивления защитного заземляющего устройства
для электрооборудования с напряжением 380/220 В при условии, что стержне-
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вые заземлители выполнены из стальных труб длиной 2,5 м и диаметром 6 см с
глубиной погружения его верхних концов на 0,7 м ниже уровня поверхности
земли. Грунт – глина. Коэффициент эффективности заземляющего устройства
 =0,78.
Расчет
1. На первом этапе определяем сопротивления одинарного стержневого заземлителя по формуле:

2l 1 4h  l
Rc  0,366 ( g  g
),
l
d 2 4h  l
(64)
 –
где Rc – сопротивление одинарного стержневого заземлителя, Ом;
удельное электрическое сопротивление грунта, Ом  м (см. табл.24); , d –
соответственно длина и диаметр стержневого заземлителя, м; h2 – расстояние от поверхности земли до середины стержневого заземлителя, м.
Rc  0,366
72  2  2,5
4 1,95  2,5 
 0,5g
 g
  21,7Ом .
2,5  0 ? 06
4 1,95  2,5 
2. Затем производим расчет требуемого числа стержневых заземлителей
по формуле:
n=
Rc
R í 33 ý
,
(65)
где Rн 33 – нормативное сопротивление защитного заземления, принимаемое по
табл. 35. Для нашего случая Rн 33 = 4 Ом.
Таблица 35
Нормативные значения сопротивления заземляющих устройств
Нормативное сопротивление
н
защитного заземления, R 33 , Ом
До 0,5
До 2,0
До 4,0
До 10,0
Характеристика электроустановок
Для электроустановок напряжением выше 1000 В
и током замыкания на землю < 500A
В электроустановках напряжением 660/380 В
В электроустановках напряжением 380/220 В
В электроустановках напряжением 220/127 В
n=
21,7
= 6,96 Ом. Принимаем n = 7 шт.
4  0,78
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Зная число стержневых заземлителей, определяем длину L полосового
горизонтального заземлителя, считая, что расстояние между стержневыми заземлителями равно длине заземлителя l
L = (n-1) ·l .
(66)
L = 6∙2,5 = 15 м.
4. Производим расчет сопротивления полосового заземлителя из условия,
что ширина полосы b = 7 см по формуле:

Rп = 0,366 g
L
Rп = 0,366
2 2
.
bh
(67)
72
2  2,5 2
g
= 3,5 Ом.
15 0,07 1,95
5. По формуле параллельных проводников определяем суммарное сопротивление защитного заземляющего устройства
R33 =
Rc  R п
Rc  R п
=
21,7  3,5 =
21,7  3,5
3,01 Ом.
6. Производим оценку эффективности защиты заземляющегося устройства
электрооборудования.
Так как расчетное сопротивление защитного заземляющегося устройства
R33 = 3,01 Ом меньше нормативного сопротивления Rн
33
= 4 Ом, эффектив-
ность защиты электрооборудования обеспечена.
8.3. Расчет защитного зануления
Расчет защитного зануления электрооборудования сводится к проверке
условия обеспечения отключающей способности системы зануления, когда ток
короткого замыкания больше номинального тока в автомате отключения в
1,25 раза (Iкз > 1,25 Iнавт) или, когда ток короткого замыкания больше номинального тока в плавких предохранителях в 3 раза (Iкз > 3 Iнпл.вст.).
Расчет тока короткого замыкания производится по формуле:
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Iкз=
Uф
Z п  Z фт
,
(68)
где Uф – фазное номинальное напряжение (Uф = 220 В); Zп – полное сопротивление петли фаза-ноль, Ом; Zфт - сопротивление трансформатора току однофазного короткого замыкания, Ом.
Полное сопротивление петли фаза-ноль определяют по формуле
Zп =
l
( Rф  Rн ) 2  ( Х ф  Х н  Х п ) 2 ,
(69)
где l – длина участка линии, м; Rф,Rн – численные значения удельного активного сопротивления соответственно фазного и нулевого проводников, Ом/м, которые следует принимать по табл. 34; Хф, Хн , Хп – удельные внутренние индуктивные сопротивления соответственно фазного, нулевого проводников и петли
проводников фаза-ноль, Ом/м.
Если проводники выполнены из цветных металлов, численные значения
удельных внутренних индуктивных сопротивлений Хф и Хн можно считать равными нулю, в остальных случаях на воздушных линиях при номинальном
напряжении Uн≤1 кВ: Хв = Хн = 0,3∙10-3 Ом/м (при номинальном напряжении
Uн=6 кВ или Uн=10 кВ Хв = Хн = 0,4∙10-3 Ом/м); численное значение удельного
внутреннего индуктивного сопротивления Хп ориентировочно равно 0,6∙10-3
Ом/м.
Таблица 36
Удельные активные сопротивления фазных и нулевого проводников
Марка
провода
М10
М16
М25
А16
А25
Удельные сопротивления,
Rф,Rн, х 10 -3, Ом/м
1,88
1,27
1,84
2,00
1,34
Марка
провода
А35
ПС05
ПС25
ПС35
ПС50
Удельные сопротивления,
Rф,Rн, х 10 -3, Ом/м
1,00
1,20
0,67
0,54
0,39
Сопротивление фазы трансформатора току однофазного короткого замыкания при вторичном номинальном напряжении 400/230 В можно приближенно
рассчитать по формуле:
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Zфт=
Кт
,
Pн
(70)
где Кт = 26 при схеме трансформатора звезда-звезда и Кт = 7,5 при схеме звезда-зигзаг; Рн – номинальная мощность трансформатора, кВА.
Пример № 17
Исходные данные
Определить, обеспечивается ли отключающаяся способность зануления
воздушной линии 380/220 В длиной l = 200 м, к которой подключен электродвигатель, защищенный автоматом с номинальным током расцепителя
Iпв= 80 А. Фазные провода и нулевой электрические провода сети выполнены из
алюминия (А25 и А16), удельное сопротивление которых соответственно равно 1,34 и 2,0 х 10-3, Ом/м (см. табл. 36). Электрическая сеть питается от трансформатора 6/0,4 кВ мощностью Рн = 250 кВА.
Решение
1. Определим допустимое значение тока короткого замыкания
Iдкз > 3 Iнпл.вст= 3∙80 = 240 А.
2. Произведем расчет сопротивления фазы трансформатора току однофазного короткого замыкания
Zфт =
26
= 0,104 Ом.
250
3. Учитывая, что электрические проводники выполнены из цветных металлов и Хв = Хн =0, определяем полное сопротивление петли фаза-ноль
(1,34  2) 10
Zп = 200
3
 0,6  103

= 0,687 Ом.
4. Производим расчет тока короткого замыкания, проходящего по петле
фаза-ноль
Iкз =
Uф
Z п  Z фт
=
220
 281 А.
0,678  0,104
5. Производим оценку отключающейся способности системы зануления.
Так как полученное расчетное значение электрического тока короткого
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
замыкания Iкз = 281 А превышает наименьший допустимый ток короткого замыкания автомата защиты Iдкз = 240 А, отключающаяся способность системы
зануления обеспечена.
Глава 9. РАСЧЕТ МОЛНИЕЗАЩИТЫ
Исходные данные для расчета молниезащиты отдельного здания следующие: размеры объекта, среднее число поражений молнией одного квадратного
километра поверхности в данной местности в год; категория производс тва по
взрывопожароопасности, классы опасных зон по пожаро- и взрывоопасности в
соответствии с ПУЭ.
Интенсивность грозовой деятельности характеризуется средним количеством грозовых часов в год. В России издана карта среднегодовой продолжительности гроз на территории страны. На ее основе построена зависимость
среднего числа ударов молнии в год на 1 кв. км поверхности Земли в зависимости от интенсивности грозовой деятельности в часах в год (табл. 37).
Таблица 37
Характеристики грозовой деятельности
Среднегодовая продолжительность гроз в часах
Среднее число ударов молний в год на 1 кв. км поверхности земли, n
20-40
40-60
60-80
80-100
3
6
9
12
Пример №18
Исходные данные
Определить среднегодовую продолжительность гроз и вероятное число
ударов молний в год в здание длинoй 20 м, шириной 15 м, высотой 12 м, расположенное в пригороде города Орла, степень огнестойкости которого по СНиП
21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» - III.
Решение
1. По карте определим среднегодовую продолжительность гроз в часах
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
для города Орла. В нашем случае 60-80 часов в год.
2. В соответствии с данными табл. 31 определяем среднее число ударов
молний в год на поверхность 1 км2. Число таких ударов – n = 9.
3. Используя значение среднего числа ударов молнии в год на 1 км 2,
определим вероятное число ударов N в объект, не имеющий молниезащиты:
N=
( S  6 H )  ( L  6 H )n
,
1000000
(71)
где N – вероятное число ударов молнии в год на объект, не имеющий молниезащиты; n – среднее число ударов молнии в год на 1 км поверхности земли;
S – ширина защищаемого здания, м; L – длина защищаемого объекта; Н –
наибольшая высота здания, включая антенны и трубы.
N=
(15  6  12)  (20  6  12)  9
= 0,072 .
1000000
На рис. 10 изображен единичный стержневой молниеотвод, состоящий
из молниеприемника, молниеотвода и заземлителя. Эти элементы присущи любой конструкции молниеотвода. Степень защищенности от прямых ударов
молнии определяется размерами зон защиты: «А» и «Б».
Так, зона защиты типа «А» обладает меньшими размерами, но обеспечивает степень надежности 99,5%, в то время как зона «Б», обладая большими
размерами, обеспечивает степень надежности только на 95%. Размеры зоны защиты, образуемые молниеотводами, определяются формулами:
Тип «А»: Но=0,85 Н; Ro =(1,1-0,002H)·H,
тип «Б»: Но=0,92Н; Ro = 1,5 H.
(72)
(73)
В табл. 38 приведены численные значения параметров молниезащиты для зон
типа «А» и «Б».
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис.10. Единичный стержневой молниеотвод:
1 – молниеприемник; 2 – молниеотвод; 3 – заземлитель
Таблица 38
Параметры защитных зон типа «А» и «Б»
Высота молниеотвода Н
в метрах
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Ro, м
10.98
11,85
12,91
13,96
15,08
16,05
17,1
18,12
19,5
20,2
21,2
Тип «А»
Но, м
8,5
9,35
10,2
11,05
11,9
12,75
13,6
14,45
15,3
16,5
17,0
Защитные зоны
Ro, м
15,0
16,5
18,0
19,5
21,0
22,5
24,0
25,5
27,0
28,5
30,0
Тип «Б»
Но, м
9,2
10,12
11,04
11,96
12,88
13,8
14,72
15,64
16,56
17,48
18,4
Для зданий III, IV и V степеней огнестойкости при N>2 – должна быть защита
типа «А», а при N<2 – типа «Б».
74
НА=7 м
НБ=10,6 м
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
B= 8 м
RБ=12 м
L=11 м, R A=16 м
Б
Рис.11. Фасады и план домов 1 и 2
Пример № 19
Исходные данные
Определить высоту одиночного стержневого заземлителя для группы зданий (рис.11). Дом №1 с пожароопасными помещениями. Размеры зданий
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и высоты антенн показаны на рис.11. Место расположение зданий – Липецкая
область, степень огнестойкости которых по СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» - III.
Решение
1. По карте продолжительности гроз определяем среднегодовую продолжительность гроз в Липецкой области, которая составляет от 80 до 100 часов.
2. По табл. 37 определяем среднее число ударов молнии в год на 1 кв. км
поверхности земли. Находим это число. Оно равно 12.
3. Расчетные данные по зданию 1 следующие: n=12; S=8 м; L= 11 м; Н =
7м.
N=
(8  6  7)  (11 6 7) 12
= 0,03.
1000000
Следовательно, принимается защитная зона типа «Б».
4. В доме 2 отсутствуют пожароопасные помещения, поэтому для него
принимается защитная зона типа «Б». Выбираем место для возведения молниеотвода. Оно должно удовлетворять следующим требованиям: при минимальной
высоте молниеотвода в зоне его защиты должно находиться максимальное число построек, место расположения молниеотвода должно быть труднодос тупным, например, защищенным посадкой кустарников и находящимся от зданий
не ближе 5 м. В том случае, если молниеотвод или какая-либо его деталь будет
находиться ближе 5 м от зданий третьей, четвертой и пятой степеней огнесто йкости, необходимо напротив нее на здании проложить токоотвод и присоединить его под землей к заземлителю.
На рис. 11 показано расположение молниеотвода по отношению к зданиям 1 и 2. Наиболее высокой и наиболее удаленной от молниеотвода точкой здания 1 является точка А, принадлежащая антенне. Ее высота составляет Н=7 м,
при удалении от молниеотвода на L=16 м.
Наиболее высокой и наиболее удаленной от молниеотвода точкой здания
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2 является точка Б, также принадлежащая антенне. Ее высота составляет
Н=10,6 м при удалении от молниеотвода на расстояние 12 м. Как было сказано
выше, единичный молниеотвод образует зону защиты в виде конуса. По мере
увеличения высоты молниеотвода размеры конуса увеличиваются и проектировщик должен подобрать такие размеры защитного конуса, при которых даже
самые высокие и удаленные точки здания не выходили бы за его пределы.
Учитывая, что размеры молниеотвода будут получены путем графических построений, точность которых зависит от масштаба и качества чертежа,
надо его выполнять на миллиметровке в масштабе не менее 1 метр натуры в 1
см чертежа.
Чертеж необходимо начать с построения графика параметров молниеотводов в соответствии с данными табл. 38, для чего по горизонтальной оси в
выбранном масштабе необходимо откладывать значения Ro, а по вертикальной
оси – Но. Отложенные точки необходимо попарно соединить прямыми линиями, как показано на рис. 12.
В том же масштабе отложить координаты точек А и Б. Определить размеры Ro и Но конуса, за пределы которых точки А и Б не должны выходить. В
нашем случае для точек А и Б указанные параметры будут иметь следующие
значения. Для точки А: Ro = 27 м, Но =16,56 м; для точки Б: Ro >28,5 м ,
Но>17,48 м, но < 18,40 м (см. рис.12). В таком случае высота молниеотвода
должна быть равна 20 м (Н=20 м).
Далее необходимо произвести расчет защитного заземляющего устройства электрооборудования (см. раздел 7.2),степень огнестойкости которого по
СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» - III.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Зона защиты типа Б
R0=1,5 H; Н0=0,92Н
Н0=18,40м
Н0=17,48м
Н0=16,56м
Н0=15,64м
Н0=14,72м
Н0=13,80м
Б
А
НБ=10,6
НА=7 м
RA=16м
RБ=12м
R0=22,5м
R0=24,м
R0=25,5м
R0=27м
R0=28,5м
R0=30м
Рис. 12. Графическое определение высоты единичного
стержневого молниеотвода
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗДЕЛ 2. ОЦЕНКА СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ПОРАЖАЮЩИХ
ФАКТОРОВ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ
Глава 10. КАТЕГОРИРОВАНИЕ ПОМЕЩЕНИЙ ПО
ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ
Категорирование помещений зданий производственного и складского
назначения производится по методикам и требованиям, изложенным в «Нормах пожарной безопасности» НПБ 105-03, в зависимости от характеристик
находящихся в них веществ и материалов, с учетом условий их хранения или
особенностей использования в технологических процессах. Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности принимаются в соответствии
с табл. 39.
Таблица 39
Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности
Категория
помещений
А
взрывоопасные
Б
взрывопожароопасные
В1 – В4
пожароопасные
Г
непожароопасные
Д
Характеристика веществ и материалов, находящихся в помещении в процессе хранения или использования в технологических процессах
Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой
вспышки не более +28°С в таком количестве, что могут образовывать
взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых
развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа
Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости с
температурой вспышки более 28°С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пыле- или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в
помещении, превышающее 5 кПа
Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в т. ч. пыли и волокна), вещества и материалы, способные при воздействии с водой, кислородом воздуха или друг с
другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются
в наличии или обращаются, не относятся к категориям А или Б
Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива
Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии
непожароопасные
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Основным параметром для оценки взрывопожарной опасности помещения является предельное избыточное давление в области взрыва ( plim  5кПа ).
Для расчета избыточного давления взрыва ( p ) необходимо знать массу веществ, принимающих в нем участие. В соответствии с требованиями НПБ 10595 эта масса определяется в соответствии с расчетной моделью аварии (утечка
взрывчатых веществ из оборудования или трубопроводов в течение времени,
необходимого для их отключения). За указанный период происходит заполнение воздушного пространства помещения взрывчатыми веществами, масса которых при определенной концентрации и температуре может взорваться под
воздействием внешнего источника зажигания.
Если избыточное давление взрыва plim  5 кПа при температуре вспышки
взрывчатых веществ в помещениях менее +28°С, то эти помещения относятся
к категории А. Если же температура вспышки взрывчатых веществ в помещениях более +28°С, а избыточное давление взрыва plim  5 кПа, то эти помещения относятся к категории Б.
Предполагается, что во взрыве могут участвовать газы, пары лековоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), поступающие из аппаратов и трубопроводов в
момент аварии или накопившаяся в помещениях тонкодисперсная пыль. При
их совместной вспышке, избыточные давления взрыва каждого вида материалов суммируются и сопоставляются с предельным значением plim  5кПа .
Избыточное давление взрыва горючих взрывчатых веществ, определяется
по формуле:
P 
( P max  Po )  m  Z 100
Vñâ   ã  Ññò  Ê è
,
(74)
где p - избыточное давление в области взрыва в начальный момент, кПа; Рмах максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоз80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
душной смеси в замкнутом объеме, определяемое по справочным данным [17];
при их отсутствии значение Рмах принимается равным 900 кПа; Р0 – значение
нормального атмосферного давления (Р0=101 кПа); m - масса горючего газа,
паров ЛВЖ или горючей пыли, участвующих во взрыве, кг; Z - коэффициент
участия горючего во взрыве, принимаемый равным 1 для водорода, 0,5 – для
других горючих газов и пыли и 0,3 - для паров ЛВЖ; Vсв - свободный объем помещения, м3, принимаемый равным 80 % от свободного объема помещения; г
- плотность газа или пара при расчетной температуре, кг/м 3; Сст - стехиометрическая концентрация горючего, % , вычисляемая по формуле:
Ñ ñò 
где  
nC n H  n X nO


2
4
2
100
1  1.84  
,
(75)
- стехиометрический коэффициент кислорода в реак-
ции сгорания; nc, nн , n0 , nХ - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горю2
чего вещества; Кг - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и
неадиабатичность процесса горения, принимаемый равным 3.
Расчет избыточного давления взрыва для других горючих веществ и их
смесей может быть выполнен по формуле:
P 
где
m  QТ  Р0  Z
Vсв   в  С р  T0  К и
,
(76)
Qт - теплота сгорания, Дж/кг; в - плотность воздуха до взрыва при темпе-
ратуре T; Ср - теплоемкость воздуха, принимается равной 1,01кДж/(кг∙К); Tо начальная температура воздуха, К.
Если в помещении ведется работа с использованием горючих газов, то
производится расчет избыточного давления по формуле (74) или (76), причем
масса газа поступившего в помещение при расчетной аварии определяется по
формуле
m  (Vo  VТ )   г ,
(77)
где Vа - объем газа, вышедшего из оборудования, м3; Vт - объем газа, вышедшего
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
из трубопроводов, м3.
При этом объем газа, вышедшего из оборудования и трубопроводов,
определяется по формулам:
где
Vоб  0.01  P1  V ,
(78)
VT  V1T  V2T ,
(79)
Р1 - давление в аппарате, кПа; V - объем аппарата, м3;
V1Т - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3;
V2T - объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3.
В свою очередь объемы газа, вышедшего из трубопровода до и после отключения
оборудования, определяется по формулам:
V1T  q  t
,
V2T  0.01    P2  r 2  L
где
(80)
,
(81)
q - расход газа в трубопроводе, м3/с;
t - время отключения трубопровода,с.
Р2 - давление в трубопроводе, кПа;
r – внутренний радиус трубопровода, м;
L - длина трубопровода от аварийного аппарата до вентиля или задвижки,
м.
Время отключения трубопровода t принимается равным 120 с, если имеется система автоматического отключения, и равным 300 с при ручном отключении.
Масса паров жидкости, участвующая во взрыве и поступившая в помещение при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой
жидкости или ванн для промывки деталей, поверхность конструкций со свеженанесенной краской и летучими фракциями растворителя), определяется по
формуле:
m  m p  moп  mo c
где
(82)
mp - масса паров, поступивших с поверхности разлива, кг;
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
mоп - масса паров, поступивших с открытых поверхностей, кг;
mоc - масса паров, поступивших с поверхностей, на которые нанесен
окрасочный состав, кг.
При этом каждое из слагаемых в формуле (82) определяется по формуле:
m  W  A t ,
(83)
где W - интенсивность испарения, кг/(см·м2); A – площадь испарения, м2;
t - время испарения, с.
Интенсивность испарения (W )определяется по справочным или экспериментальным данным. Для ЛВЖ при комнатной температуре расчет производится по формуле:
W  106   Pí  M
,
(84)
где  - коэффициент, принимаемый по табл. 40 в зависимости от скорости и
температуры воздушного потока над поверхностью испарения; Рн - давление
насыщенного пара жидкости при расчетной температуре, кПа, определяемое по
уравнению Антуана; М – молекулярная масса, г/моль.
Таблица 40
Значения коэффициентов для расчета интенсивности испарения ЛВЖ
Скорость воздушного
Значение коэффициента  при температуре t,o C в помещении
потока, м/с
10
15
20
30
35
0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
0,1
3,0
2,6
2,4
1,8
1,6
0,2
4,6
3,8
3,5
2,4
2,3
0,5
6,6
5,7
5,4
3,6
3,2
1,0
10,0
8,7
7,7
5,6
4,6
Площадь испарения А в случае пролива ЛВЖ и горючих жидкостей
определяется исходя из расчета, что 1 литр смесей и растворов, содержащих по
массе 70 % и менее растворителей, разливается по площади 0.5 м2, а остальных
жидкостей - 1литр на 1 м2 пола помещения.
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Длительность испарения жидкости t принимается равной времени полного испарения, но не более 3600 с (1 часа).
В случае, когда избыточное давление взрыва (сгорания веществ) в помещениях plim  5кПа , делается вывод об отнесении их к пожароопасным категориям В1-В4.
Пожароопасные категории помещений В1-В4 определяются сравниванием
максимального значения удельной временной пожарной нагрузки (q, МДж/м2) в
любом из них с величиной предельной удельной пожарной нагрузки
(qlim,МДж/м2) для каждой соответственной категории. Предельные значения
удельной пожарной нагрузки для категорий помещений В1-В4 приведены в
табл. 41.
Таблица 41
Категории пожароопасных помещений и параметр их оценки
Категория
Удельная пожарная нагрузка, q lim, МДж/м2
В1
Более 2200
В2
1401 – 2200
В3
181 – 1400
В4
1 – 180
Удельная пожарная нагрузка (q) определяется по формуле:
q
Q
,
Aп
(85)
где Q – полная пожарная нагрузка, МДж; Aп – площадь пожара, м2.
При этом полная пожарная нагрузка определяется по формуле:
Q  m  Qнтс ,
(86)
где Qнтс – низшая теплота сгорания материала, МДж/кг.
После расчета удельной пожарной нагрузки, производится проверка соответствия вычисленной пожарной нагрузки расчетной по выражению:
Q>Qp=0,64 q H2,
где Н – высота пламени при горении материалов, м.
84
(87)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Если вычисленная пожарная нагрузка превышает расчетную категорию
пожароопасного помещения, то категорию помещения понижают на одну ступень (например, В4 на В3, В3 на В2, В2 на В1).
Численные значения низшей теплоты сгорания материалов приведены в
табл. 42.
Таблица 42
Низшая теплота сгорания пожароопасных материалов
Материал или вещество
Ацетон
Низшая теплота сгорания
материалов, Qнтс кДж/кг
31360
Бензин
45700
Бензол
40630
Бумага
20000
Древесина
14400
Керосин
42900
Магний
25104
Толуол
40936
Резина
27000
Фенол
31970
Этанол
30608
Полиэтилен
46582
Определив категорию помещения, принимают проектные решения по
обеспечению взрывопожаробезопасности помещения и здания.
Пример 20
Исходные данные
Масса горючих материалов в помещении с размерами 6 х 12 м (деревянные конструкции, полы, мебель) m=450 кг, низшая теплота сгорания древесины
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Qнтс=14,4 МДж/кг . Определить категорию помещения по пожароопасности.
Решение
1.
Определяем численное значение полной пожарной нагрузки
Q  mQн =450  14,4=6480 МДж.
2.
Производим расчет удельной пожарной нагрузки
q
3.
Q 6480
2
=
 54 Мдж/м .
A 120
Определяем категорию помещения по удельной пожарной нагрузке
(табл. 41): при q =1-180 МДж/м2 помещение относится к категории В4.
4. Делаем проверку соответствия вычисленной пожарной нагрузки расчетной в соответствии с требованиями НПБ 105-95 по формуле (87):
Qp =0,64  54  62= 1244 МДж.
Так как Q =6480 МДж> Qp = 1244 МДж, то категория рассматриваемого
помещения по пожароопасности должна быть на ступень выше. Таким образом
принимаемая категория лабораторного помещения по пожароопасности не В4,
а В3.
Пример 21
Исходные данные
Произвести категорирование помещения по взрывопожарной опасности,
в котором находится оборудование, работающее по обеспечению проточного
режима выброса водорода в атмосферу и сжиганию его в факеле.
При расчете необходимо учесть следующие факторы:
- других горючих и или взрывоопасных веществ в помещении нет;
- при аварии подача газа отключается автоматически.
Объем оборудования Vо = 2 м3; численные значения давления в оборудовании и трубопроводе равны соответственно: Р 1 = 160 кПа; Р2 = 200 кПа; диаметр кругового сечения трубопровода d = 0.06 м; длина трубопровода от аппарата до задвижки L = 20 м; объём помещения 250 м3; величина расхода газа в
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
трубе q = 0,01 м3/с; плотность водорода при +20°С вод = 0,083 кг/м3.
Решение
1. Определяем стехиометрический коэффициент кислорода в реакции
сгорания водорода

nC n H  n X nO 0 2  0 0


 
  0.5.
2
4
2
2
4
2
2. Находим стехиометрическую концентрацию
Cñò 
100
100

 29, 2%.
1  4.84   1  4.84  0.5
3. Вычисляем свободный объем помещения
Vсв = 0.8 ∙ V = 0.8 ∙ 250 = 200 м3.
4. Производим расчет объема газа, вышедшего из трубопровода до его отключения:
V1T = q ∙ t = 0.01 ∙ 300 = 3 м3.
5. Определяем объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения:
V2T = 0.01∙  ∙ P2 ∙ r2 ∙ L = 0.01 ∙ 3.14 ∙ 200 ∙ 0.032 ∙ 20 = 0.11 м3.
6. Определяем объем газа, вышедшего из оборудования
Vоб = 0.01 ∙ P1 ∙ V = 0.01 ∙ 160 ∙ 2 = 3.2 м3.
7. Вычисляем массу поступившего в помещение газа
m = (Vоб+ V1T + V2T ) ∙ г = (3.2 + 3.0 + 0.11) ∙ 0.083 = 0.53 кг.
8. Производим расчет избыточного давления взрыва водорода
P 
( Pm ax  P0 )  m  Z  100 (900  101 )  0.53  1  100

 29 .1 кПа .
Vсв   г  С ст  К и
200  0.083  29 .2  3
9. Определяем категорию помещения по взрывопожароопасности.
Так как полученное в расчётах избыточное давление в области взрыва
(сгорания вещества) P = 29.1 кПа больше требуемого (граничного) давления
по НПБ 105-03 Plim =5 кПа помещение, в котором находится оборудование,
работающее по обеспечению проточного режима выброса водорода в атмосфе87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ру и сжиганию его в факеле, относится к категории А – взрывопожароопасное.
Глава 11. РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ ИЗ ПОМЕЩЕНИЯ
В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ
Расчетное время удаления людей из помещения при чрезвычайных ситуациях (tр )определяется как суммарное время их движения в потоке на горизонтальных и вертикальных участках пути эвакуации от помещения до выхода:
n
tр=
t ,
i 1
i
(88)
где tр – расчетное время эвакуации, мин.; ti – время прохождения людским потоком i-го участка эвакуации, мин.
Время прохождения каждого i-го участка эвакуации определяется по
формуле:
ti =
где
i
i
,
vi
(89)
- длина i- го участка, м;  i - скорость движения людского потока на
участке, м/с.
Скорость движения людского потока на любом участке эвакуации зависит
от его плотности. Плотность потока (D) может быть определена по формуле:
D
N f
,
 i  bi
(90)
где D – плотность людского потока, чел/м 2; N – число людей, умещающихся на
1 м2 площади, чел/м2; f – средняя площадь горизонтальной проекции человека,
м2;  - длина участка эвакуации, м; b- ширина участка эвакуации, м.
На рис. 13 приведены графические зависимости скорости движения людского потока в зависимости от его плотности.
Максимальная плотность потока в проходах зрительных залов помещений стабилизируется при выходе людей из всех рядов, организованных креслами и может быть определена по формуле:
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
D=
Q р  t0
  bпр
,
(91)
где Qр – пропускная способность зрительного зала, м 2/мин.; t0 – время выхода
зрителей из рядов зрительного зала в проход; t0=
0

;  - ширина прохода между
креслами, м; bпр - ширина прохода в зрительном зале, м.
Скорость движения потока, м/мин
100
90
80
70
2
60
50
40
1
30
20
10
0
0,2
0,1
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Плотность людского потока,чел/м2
Рис. 13. Графические зависимости параметров движения людского потока
«плотность-скорость»: 1 – по горизонтальным участкам; 2 – по наклонным
участкам (вниз по лестничному маршу)
Пример 22
Исходные данные
Зрительный зал кинотеатра находится на втором этаже здания и рассчитан на 300 человек. Людской поток при эвакуации движется по участкам:
- первому горизонтальному между рядами кресел длиной 4,5 м и проходу длиной 15,3 м на втором этаже;
- наклонному вниз по лестничным маршам с общей длиной 8 метров;
- второму горизонтальному по лестничной площадке и полу запасного
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
выхода первого этажа длиной 2,5 м.
Ширина прохода между рядами кресел 0,9 м. Ширина прохода из зрительного зала на втором этаже, лестничных маршей и запасного выхода на первом этаже 1,5 м. Зимний период. Горизонтальная проекция человека в зимней
одежде f=0, 125 м2. Пропускная способность прохода между рядами кресел зрительного зала Q = 6 м2/мин из расчета вывода половины числа зрителей (в связи
с наличием двух проходов и симметрии зала). Определить время эвакуации людей из зрительного зала при пожаре. Плотность потока в рядах мест зрительного зала Dр =0,42 чел/м2.
Решение
1. Определяем плотность людского потока числа зрителей из зала с учетом его симметрии (N =
300
 150 чел) и численного значения горизонтальной
2
проекции одного человека в зимней одежде f=0,125 чел/м2 по формуле (90):
D
N  f 150  0,125
=
=0,81 чел/м2.
 i  bi
15,3  1,5
2. Производим расчет времени выхода людского потока из рядов между
кресел в проход зрительного зала на втором этаже по формуле (91):
t0 =
D    bï ð
Qð

0,81 0,9 1,5
 0,18 мин.
6
3. По графической зависимости на рис.13 производим расчет скорости
движения потока в проходе зрительного зала для плотности D=0,81 чел/м2. Она
будет равна  г1 =15 м/мин.
4. Определяем расчетное время движения по проходу зрительного зала на
втором этаже
t г1=
 г 1 15,3
 1,02 мин.
=
 г1 15
5. Учитывая, что плотность потока не меняется и при движении по лес тничным маршам (D=0,81 чел/м2) по графической зависимости 2 на рис. 13
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
определяем скорость движения потока по лестничным маршам. Она будет равна
 н =17 м/мин.
6. Определяем расчетное время движения потока по лестничным маршам
(наклонному участку)
tн=
 н1 8
=  0,47 мин.
 н 17
7. Учитывая неизменность плотности потока (D=0,81 чел/м2), зная длину второго горизонтального участка (  г 2 =2,5 м) и скорость движения потока по
горизонтальному пути первого этажа ( г 2 =15 м/мин.), определяем расчетное
время движения потока через запасный выход
t г 2=
 г2
 г2

2,5
 0,17 мин.
15
8. Определяем полное расчетное временя эвакуации людей из зала
tр= t0+ t г 1+ tн+ t г 2 = 0,18+1,02+0,47+0,17=1,84 мин.
9. Производим оценку соответствия расчетного времени эвакуации требуемой по СНиП 21-07-97. Так как tр = 1,84 мин < tн=2 мин, требование СНиП
выполнено.
Глава 12. ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ ВЗРЫВА
В ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СФЕРЕ
Для оценки последствий взрыва в производственной сфере в расчетных
методиках используются следующие показатели: вид и количество взрывчатого
вещества, условия взрыва, расстояние от места взрыва до места оценки его последствий, параметры ударной взрывной волны, степень повреждения (разр ушения) зданий, сооружений, техники и технологического оборудования.
Практикум не предусматривает подробное рассмотрение всего многообразия вариантов проведения расчетов для различных условий взрыва и пор а-
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
жающих факторов. В рассматриваемых далее примерах будут применены только приближенные методы расчетов, связанных с наиболее распространенными
типами взрывов конденсированных взрывчатых веществ и газовоздушных смесей в открытом, не замкнутом пространстве.
12.1. Общие сведения о тротиловом эквиваленте взрывчатых веществ
Количество конденсированного взрывчатого вещества (ВВ) или его массу
Мвв выражают через его тротиловый эквивалент Мт. Значение Мт определяют из
соотношения:
Мт= k∙ Мвв,
(92)
где k – коэффициент приведения массы ВВ к массе тротила.
Математическая зависимость (92) составлена для взрыва, при котором
ударная волна распространяется из центра взрыва во все стороны беспрепятственно. При наземных взрывах на абсолютно твердой поверхности энергия
распространяется в пределах полусферы и значение массы ВВ как бы удваивается.
Для взрыва на нетвердой поверхности, например, на грунте часть энергии расходуется на образование воронки. Учет этого расхода в расчетах производится
с помощью коэффициента  . Чем тверже поверхность, тем  ближе к единице.
При взрыве в воздухе значение коэффициента
 равно 0,5.
С учетом изложенных предпосылок масса тротилового эквивалента конденсированного ВВ определяется по формуле:
Мт= 2 k∙ Мвв.
(93)
При расчете тротилового эквивалента взрыва газовоздушных смесей
(ГВС) его массу определяют по формуле:
Мт=2 Мв
Q
,
Qт
(94)
где Мв- масса вещества, взрывающегося в составе облака ГВС, кг; Q – теплота,
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
выделяющаяся при сгорании данного взрывчатого вещества, кДж/кг; Qт - теплота сгорания тротила при взрыве, Qт=4520 кДж/кг.
Значение массы взрывчатого вещества для организации взрыва ГВС
определяется соотношением
Мв=  Мхвв,
(95)
где Мхвв – масса взрывчатых веществ, находящихся в хранилище (сосуде, аппарате или трубопроводе) до аварии (до образования облака ГВС);  - коэффициент участия взрывчатого вещества (газа или паров легковоспламеняющихся
жидкостей) во взрыве: для газов, хранимых при атмосферном давлении  =1;
для сжиженных газов, хранимых под давлением  =0,5; для сжиженных газов,
хранимых изотермически  =0,1; для паров легковоспламеняющихся жидкостей
 =0,02-0,07.
Значения коэффициента  , учитывающего характер
поверхности на месте взрыва
Поверхность

Металл
1,0
Бетон
Асфальт
0,9
0,8
Дерево
0,7
Таблица 43
Грунт
0,6
12.2. Закон подобия и приведенный радиус взрыва
Расчеты параметров ударной взрывной волны основываются на использовании соотношения, связывающего параметры взрывов разной мощности по
так называемому закону подобия кубического корня. Согласно этому закону
параметры ударной взрывной волны при взрыве ВВ некоторой мощности можно пересчитать для взрывов другой мощности. Предположим, произведены два
разных взрыва в разных местах и в разное время, и производятся замеры параметров ударных волн от первого взрыва в точке 1 и от второго взрыва в точке 2.
В этом случае закон подобия взрывов утверждает, что если параметры
ударной волны в точке 1 равны параметрам ударной волны в точке 2, то справедливы следующие соотношения:
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
R2
M
 3 Т2 ,
R1
M Т1
(96)
M
2
 3 Т2 ,
1
M Т1
(97)
где R2 , R1 - расстояния от центров второго и первого взрывов до некоторых
точек 1 и 2, в которых параметры взрывов равны между собой; MТ2 , MТ1 - масса зарядов в тротиловых эквивалентах для второго и первого взрывов;  2 ,  1 интервалы времени от момента взрыва до прихода ударных волн в точки 2 и 1.
Выражение (96) можно отобразить в виде других следующих соотношений:
R2
3
MТ2
R1

3
M Т1
R

3
MТ
 R.
(98)
Величина R называется приведенным радиусом взрыва. Она используется в многих расчетных соотношениях для оценки последствий взрыва.
12.3. Расчетные соотношения для определения параметров взрыва
конденсированных взрывчатых веществ
Основным параметром взрыва считается p - избыточное давление во
фронте ударной взрывной волны. Величина указанного параметра определяется
по формуле академика М.А. Садовского, полученной по результатам обработки
большого количества статистического материала. Обобщенное «уравнение Садовского» для наземных и воздушных взрывов имеет следующий вид:
p ф=
700
R
3

270
R
2

84
,
R
(99)
где p - избыточное давление во фронте ударной взрывной волны, кПа;
R
- приведенный радиус взрыва.
При необходимости решать обратную задачу, т.е. определять расстояние
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
от места взрыва по заданному значению p ф, можно используя следующее соотношение:
2
R=
3
 337 
1 
 1 .
 p ф 
(100)
где p(t ) - функция, характеризующая изменение избыточного давления на
фронте ударной волны за период времени   ; Мт – тротиловый эквивалент конденсированного взрывчатого вещества (ВВ), кг; R – расстояние от центра взрыва до места оценки последствий, м.
12.4. Расчетные соотношения для определения
параметров взрыва газовоздушных смесей (ГВС)
Определение значений параметров ударной взрывной волны (избыточного давления и удельного импульса) производится для случаев, когда расстояние от центра взрыва ГВС до места оценки последствий превышает радиус полусферы газового облака (R>r0). Формулы для определения указанных параметров получены Б.Е. Гельфандом путем аппроксимации численного решения
задачи о детонации ГВС.
Для определения максимального избыточного давления во фронте ударной волны ( p ф) используются следующие формулы:
p ф=Р0∙ P ,
(101)
g P =0,65-218 g R +0,52( g R )2,
R=
R
3
MТ
,
(102)
(103)
где Мт – тротиловый эквивалент наземного взрыва полусферического облака
ГВС, кг; R – расстояние от центра взрыва до места оценки его последствий, м;
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Р0 – нормальное атмосферное давление (101 кПа);
12.5. Оценка степени разрушения зданий, сооружений и оборудования
Степень разрушения того или иного здания (сооружения), технологического оборудования и инженерных систем оценивается по величине избыточного давления во фронте ударной взрывной волны ( p ф). Все они в зависимости
от нагрузок, создаваемых ударной волной, могут получать полные, сильные,
средние или слабые разрушения.
Полные разрушения зданий характеризуются полным обрушением их
конструктивных элементов. Из обломков конструкций образуется завал в пределах контура здания или сооружения и вокруг него. Восстановление разр ушенных зданий и сооружений невозможно. Полное разрушение оборудования и
инженерных систем характеризуется разрушением его основных рабочих органов, навесного оборудования, оснастки и контрольно-измерительных приборов.
Сильные разрушения зданий характеризуются разрушением части стен и
перекрытий нижних этажей и подвалов, в результате чего повторное использ ование помещений невозможно или нецелесообразно. Сильные разрушения оборудования и инженерных систем характеризуется разрушением навесного оборудования, оснастки и контрольно-измерительных приборов.
Средние разрушения зданий характеризуются разрушением надстроенных и встроенных элементов: крыш и кровель, внутренних перегородок, дверей окон, а также отдельных участков стен верхних этажей. При средних разрушениях появляются трещины в наружных стенах и перекрытиях зданий без
потери ими несущей способности. Средние разрушения оборудования и инженерных систем характеризуется разрушением оснастки и контрольно-измерительных приборов.
Слабые разрушения характеризуются появлением отдельных трещин в
стенах верхних этажей. При этом полностью могут быть разрушены оконные и
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дверные заполнения и легкие перегородки. Слабые разрушения оборудования и
инженерных систем характеризуется разрушением контрольно-измерительных
приборов и изоляции проводников электролиний.
В табл. 44 приведен перечень зданий, оборудования и инженерных систем с оценкой степени их разрушений от избыточного давления во фронте
ударной взрывной волны.
Таблица 44
Степень разрушений зданий и оборудования ударной взрывной волной
№ Здания, оборудование, инженерные системы
п/п
Степень разрушений при p ф, кПа
слабые
средние
сильные
1.
Деревянные здания
6-8
8-12
12-20
2.
Многоэтажные кирпичные здания
8-15
15-25
25-35
3.
Одноэтажные кирпичные здания
10-20
20-30
30-50
4.
20-30
30-40
40-60
8-20
20-40
40-90
28-80
80-150
150-200
7.
Здания с полным каркасом из металлических или железобетонных конструкций
Многоэтажные здания из железобетонных
панелей
Одноэтажные здания из железобетонных
конструкций и здания с антисейсмичными
железобетонными поясами
Водонапорная башня
20-30
30-60
60-70
8.
Трансформаторная подстанция
30-40
40-60
60-70
9.
Резервуары холодной воды (заглубленные)
20-50
50-200
200
10. Станки для обработки деревянных и металлических изделий
11. Краны и крановое оборудование
10-20
20-30
30-50
20-35
35-50
50-70
12. Трубопроводы систем отопления, газо- и
водоснабжения наземные
13. Трубопроводы систем отопления, газо- и
водоснабжения подземные
14. Воздушные высоковольтные линии
20-30
30-50
50-80
400-600
600-1000
1000-1500
20-50
50-80
80-120
5.
6.
12.6. Примеры решения задач
Пример 23
Исходные данные
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Определить избыточное давление во фронте ударной волны и степень
разрушения одноэтажного кирпичного здания при взрыве на поверхности грунта 10 кг гексогена. Расстояние от центра взрыва до здания 10 м. Коэффициент
приведения гексогена к тротилу k=1,3.
Решение
1. По табл. 43 определяем численное значение коэффициента  :  =0,6.
2. Производим расчет массы тротилового эквивалента
Мт= 2 k∙ Мвв= 2∙0,6∙1,3∙10=15,6 кг.
3. Вычисляем значение приведенного радиуса взрыва
R
R
3
=
MТ
10
3
15,6
=4.
4. По «уравнению Садовского» определяем величину избыточного давления во фронте ударной взрывной волны
pф 
84 270 700 84 270 700





 48,8 кПа.
4
16
64
R R2
R3
5. Произведем оценку разрушений одноэтажного кирпичного здания
В соответствии с данными табл.44 при воздействии p =48,8 кПа одноэтажное кирпичное здание получит сильные разрушения. Часть несущих конструкций стен первого этажа и перекрытия над подвалом будет обрушена. Будут выведены из строя контрольно-измерительные приборы инженерных систем отопления, газо- и водоснабжения.
Пример 24
Исходные данные
Определить допустимое расстояние установки контрольно-измерительного прибора от места взрыва 1 кг гексогена. Предельное давление, которое
может выдержать прибор - 14,5 кПа.
Решение
1. По формуле (100) вычисляем значение приведенного радиуса взрыва
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
R
3
 337 
1 
 1 = 3

p
ф 


2
 337 
1  14 ,5   1 =8,36.


2. Определяем массу тротилового эквивалента 1 кг гексогена
Мт= 2 k∙ Мвв= 2∙0,6∙1,3∙1=1,56 кг.
3. Производим расчет допустимого расстояния установки прибора (R)
R= R 3 M Т =8,36∙ 3 1,56 =9,7 м.
Пример 25
Исходные данные
Определить избыточное давление во фронте ударной взрывной волны на
расстоянии 100 м от емкости, в которой находится 10 т пропана, хранящегося в
жидком виде под давлением при полной разгерметизации емкости и взрыве о бразовавшейся газовоздушной взрывчатой смеси (ГВС). По справочным данным
численное значение теплоты, выделяющейся в процессе сгорании пропана в
области взрыва Q =46400 кДж/кг, тротила - Qт=4520 кДж/кг. Произвести оценку
степени разрушения одноэтажного здания из железобетонных конструкций,
расположенного на расстоянии 100 м от взрыва.
Решение
1. Определяем численное значение массы пропана в составе ГВС
Мв=  Мхвв=0,5∙10000=5000 кг.
2. Производим расчет массы тротилового эквивалента взрывчатой ГВС
Мт=2Мв Q
Qт
=
2  5000  46400 = 102655 кг.
4520
3. Вычисляем значение приведенного радиуса R
R=
R
3
MТ
=3
100
102655
 2,14 .
4. Определяем избыточное давление во фронте ударной взрывной волны
Для этого вначале произведем расчет величины g P :
g P =0,65-218 g R +0,52( g R )2=0,65-218∙ g 2,14 +0,52∙( g 2,14 )2=-0,0135.
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Затем определим значения P и p ф :
-0,0135
P =10
=0,97 и p ф =Р0∙ P =101∙0,97=98 кПа.
5. С учетом полученных данных и данных, приведенных в табл. 44, производим оценку степени разрушения одноэтажного здания из железобетонных
конструкций.
При воздействии на здание избыточного давления во фронте ударной волны p ф =98 кПа оно получит средние разрушения с возможным обрушением
конструкций крыши, внутренних перегородок, разрушением оконных и дверных заполнений. Некоторая часть наружных стен будет иметь незначительные
трещины.
Глава 13. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ
ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА
Действие ударной взрывной волны на технологическое оборудование, и
грузоподъемные механизмы может привести к их смещению или опрокидыванию.
13.1. Оценка устойчивости технологического
оборудования на смещение
Предмет (прибор, трансформатор или станок) сдвинется со своего места,
если смещающая сила Ncм будет превосходить силу трения Fтр.
Величину смещающей силы Ncм можно определить из выражения
Ncм=Сх·А· p ск ,
(104)
где Сх – коэффициент аэродинамического сопротивления (см. табл. 45); А –
фронтальная площадь оборудования, на которую воздействует скоростной
напор воздуха взрывной волны, м2; p ск - скоростной напор воздушной массы
ударной взрывной волны, кПа.
Величину силы трения определяют по известной формуле
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Fтр=f ·m·g,
(105)
где f - коэффициент трения (см. табл. 46); m – масса оборудования, кг; g - ускорение свободного падения g=9,8 м/с 2.
Условие смещения оборудования определяется следующей зависимостью:
pск lim 
f mg
Cх А
.
(106)
Между скоростным напором воздушных масс и избыточным давлением во
фронте ударной взрывной волны существует зависимость, которая отображена
на рис.14.
12
Скоростной напор, кПа
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
10
20
30
40
50
60
Избыточное давление, кПа
Рис.14. Зависимость «избыточное давление - скоростной напор»
Таблица 45
Значения коэффициентов аэродинамического сопротивления
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Форма оборудования
Сх
1
2
Параллелепипед
0,85
Направление воздействия
воздуха
3
Перпендикулярно
поперечной (меньшей) грани
Продолжение таблицы 45
1
Параллелепипед
2
1,3
Куб
1,6
0,4 при  /d≤1
0,46 при  /d>1
Cфера
Полусфера
Диск
0,25
0,30
1,6
3
Перпендикулярно
поперечной (большей) грани
Перпендикулярно любой грани
Перпендикулярно оси цилиндра
Перпендикулярно оси цилиндра
Перпендикулярно диску
Таблица 46
Значения коэффициента трения
Наименование трущихся материалов
Коэффициент трения f
Сталь по стали
0,15
Сталь по чугуну
0,30
Металл по дереву
0,60
Дерево по дереву
0,50
Металл по бетону
0,40
13.2. Оценка устойчивости технологического
оборудования на опрокидывание
Оценка устойчивости оборудования на опрокидывание может быть выражено следующей зависимостью

2
Nсм∙z  mg· ,
102
(107)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где z – плечо смещающей силы, м;  - плечо для определения момента проти2
водействия смещению за счет массы оборудования.
Выражение для определения скоростного напора воздушной массы
взрыва, вызывающее опрокидывание оборудования будет иметь следующий
вид:
pск lim 
mg 
.
2C x zA
(108)
13.3. Примеры решения задач
Пример 26
Исходные данные
Произвести оценку устойчивости незакрепленного на бетонном полу вертикального фрезерного станка. Длина станка 1000 мм, ширина 900 мм, высота
1800 мм, масса 800 кг.
Решение
1. С учетом данных табл. 45 и 46 принимаем значения коэффициентов:
аэродинамического Сх=1,3; трения f=0,4.
2. Определяем предельное значение
pск lim 
f mg
Cх А
=
p ск
на смещение станка
0,40  800  9,8
 1489 Па = 1,3 кПа/
1,3  0,9  1,8
3. Для вычисления численного предельного значения p ск на опрокидывание
станка принимаем высоту приложения силы от воздействия ветра, z равной половине высоты станка: z = 900 мм.
4. Вычисляем предельное значение p ск на опрокидывание станка
pск lim 
mg 
800  9,8  1,0
=
=3723 Па=3,7 кПа.
2C x zA 2  1,3  0,9  1,0  0,9
Таким образом, можно утверждать, что смещение вертикального фрезерного станка по бетонному полу будет при воздействии скоростного напора воздуха p ск  1,3 кПа. В случае, если численное значение pск lim будет больше 3,7
кПа станок опрокинется.
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пример 27
Исходные данные
Произвести оценку устойчивости вертикального фрезерного станка от
воздействия скоростного напора воздушной массы во фронте ударной взрывной
волны при взрыве 10 кг гексогена на поверхности грунта. Расстояние от центра
взрыва до станка 10 м. Коэффициент приведения гексогена к тротилу k=1,3.
Длина станка 1000 мм, ширина 900 мм, высота 1800 мм, масса 800 кг.
Решение
1. По табл. 43 определяем численное значение коэффициента  :  =0,6.
2. Производим расчет массы тротилового эквивалента
Мт= 2 k∙ Мвв= 2∙0,6∙1,3∙10=15,6 кг.
3. Вычисляем значение приведенного радиуса взрыва
R
R
3
MТ
=
10
3
15,6
=4.
4. По «уравнению Садовского» определяем величину избыточного давления во фронте ударной взрывной волны
pф 
84 270 700 84 270 700





 48,8 кПа.
4
16
64
R R2
R3
5. С помощью графической зависимости, отображенной на рис. 14, по
численному значению pф  48,8 кПа определяем величину скоростного напора:
p ск =7,8 кПа.
6. Определяем предельное значение p ск на смещение станка
pск lim 
f mg
Cх А
=
0,40  800  9,8
 1489 Па = 1,3 кПа.
1,3  0,9  1,8
7. Вычисляем предельное значение p ск на опрокидывание станка
pск lim 
mg 
800  9,8  1,0
=
=3723
2C x zA 2  1,3  0,9  1,0  0,9
Па=3,7 кПа.
8. Производим оценку устойчивости станка на воздействие скоростного
напора воздушной массы ударной взрывной волны.
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Так как численное значение скоростного напора взрыва больше его предельного значения на опрокидывание ( p ск =7,8 кПа > pск lim =3,7 кПа), станок
будет опрокинут.
Глава 14.ОСОБЕННОСТИ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ОБЪЕКТА
К ВОЗДЕЙСТВИЮ ПАРАМЕТРОВ ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА
14.1. Критерии и методика оценки устойчивости
Оценка устойчивости объекта экономики от воздействия параметров
взрыва ядерного заряда производится путем сравнения численного значения
максимально возможного (прогнозируемого) избыточного давления во фронте
ударной взрывной волны ( pф
max
) с предельным численным значением избы-
точного давления во фронте ударной взрывной волны ( pф, lim ) , при котором
здания, сооружения, технологическое оборудование и инженерные системы
начинают получать средние разрушения. Для определения характера возможных разрушений элементов объекта от воздействия избыточного давления во
фронте ударной взрывной волны очаг поражения условно делится на четыре
зоны разрушений (рис.15).
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10 кПа
20 кПа
20 кПа
30 кПа
III
IV
L=5,4км
50 кПа
ΔРmax=42кПа
Объект ядерного
воздействия
II
I
I-зона слабых разрушений
II-зона средних разрушений
III-зона сильных разрушений
IV-зона полных разрушений
Рис. 15. Зоны разрушений очага ядерного поражения
В зоне полных разрушений, при численном значении избыточного давления во фронте ударной взрывной волны на границе зоны p = 50 кПа, полностью разрушаются жилые и промышленные здания, смещаются и опрокидываются станки, крановое оборудование, инженерные системы получают средние
разрушения.
В зоне сильных разрушений, при численном значении избыточного давления во фронте ударной взрывной волны на границе зоны p = 30 кПа, в зданиях и сооружениях возникают сильные разрушения, в процессе которых теряяет устойчивость значительная часть несущих конструкций, технологическое
оборудование и элементы инженерных систем получают слабые разрушения.
В зоне средних разрушений, при численном значении избыточного давления во фронте ударной взрывной волны на границе зоны p = 20 кПа, конструктивные элементы зданий и сооружений получают средние разрушения,
при которых значительные дефекты получают крыши и кровли, перегородки,
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
конструкции оконных и дверных заполнений.
В зоне слабых разрушений, при численном значении избыточного давления во фронте ударной взрывной волны на границе зоны p = 10 кПа, в зданиях
разрушаются перегородки, заполнения дверных и оконных проемов
Методика прогнозирования и определения на топографическом плане
границ зон разрушений производится следующим образом. Определяется объект ядерного воздействия, а его геометрический центр считается точкой прицеливания. Эпицентр взрыва принимается с учетом расстояния вероятного отклонения L заряда от центра объекта ядерного воздействия в связи с несовершенством средств доставки и прицеливания. По формуле академика М.А. Садо вского (109) определяются радиусы границ зон разрушений: полных с p = 50
кПа, сильных с p = 30 кПа, средних с p = 20 кПа и слабых с p = 10 кПа. Границы зон разрушений наносятся на топографический план и по интерполяции
определяется максимальное избыточное давление во фронте ударной волны
( pфm a x )для центра объекта. В нашем случае (на рис. 15) pфm a x = 42 кПа. А затем в табличной форме производится оценка устойчивости зданий, сооружений
и других элементов объекта к воздействию максимального избыточного давления во фронте ударной волны ( pфm a x ) в центре объекта. За предел устойчивости элементов объекта принимается численное значение избыточного давления во фронте ударной взрывной волны ( pф, lim ) , при котором здания, сооружения, технологическое оборудование и инженерные системы начинают получать средние разрушения.
Максимальное избыточное давления во фронте ударной волны ( pф
max
)
для наземного ядерного взрыва может также определяться по формуле академика М.А. Садовского:
pфm a x
3
q
q2
q
= 105  410 2  1370 3 ,
R
R
R
3
q – мощность ядерного взрыва в тротиловом эквиваленте, Мт.
107
(109)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14.2. Пример оценки устойчивости
Пример 28
Исходные данные
Центр промышленного объекта от прогнозируемого эпицентра ядерного
взрыва находится на расстоянии R=5,4 км. Здания объекта одноэтажные кирпичные и панельные с полным железобетонным каркасом. Технологическое
оборудование: станки металлообрабатывающие. Трубопроводы систем отопления и водоснабжения – наземные. Произвести оценку устойчивости объекта к
воздействию максимального избыточного давления во фронте ударной волны
( pфm a x ) в центре объекта, если мощность ядерного взрыва в тротиловом эквиваленте – 1 Мт.
Решение
1. Вычисляем максимальное избыточное давление во фронте ударной
волны ( pф ):
max
pфm a x = 105
3
3
q
q2
q
 410 2  1370 3 =
R
R
R
105
410
1370


 42 кПа.
5,4 29 ,16 157 ,46
2. В соответствии с исходными данными и данными, приведенными в
табл.44 в табличной форме (см. табл. 47), определяем предельные численное
значение избыточного давления во фронте ударной взрывной волны ( pф, lim ) ,
при котором здания, сооружения, технологическое оборудование и инженерные
системы начинают получать средние разрушения.
Таблица 47
Степень разрушения элементов объекта
Элементы
объекта
Степень разрушения при p , кПа
10-20
20-30
30-40
40-50
Здания 1 этажные кирпичные
Здания 1 этажные
панельные с
ж/бетонным
Значения p , кПа
max
lim
20
30
42
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
каркасом
Станки
металообрабатывающие
Трубопроводы наземные
20
30
Условные обозначения степени разрушения:
- слабые;
- средние;
- сильные
3. Производим оценку устойчивости объекта и его элементов воздействию ударной взрывной волны ядерного взрыва.
Так как численное значение максимального избыточного давления во
фронте ударной волны в центре объекта pфm a x = 42 кПа, а предельные значения устойчивости элементов объекта pф, lim равны значениям 20 и 30 кПа, объект и его элементы неустойчивы к воздействию ударной взрывной волны ядерного взрыва мощностью 1 Мт.
Глава 15. ОЦЕНКА ОБСТАНОВКИ ПРИ АВАРИИ
НА ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ
15.1. Общие сведения, условия и допущения
Оценка химической обстановки при авариях на химически опасных объектах - это определение масштабов и характера заражения окружающей среды
отравляющими веществами, анализ их влияния на производственную деятельность и установление степени опасности для населения.
В основу методики расчета параметров химической обстановки положены следующие условия и допущения:
- внешние границы зон заражения рассчитываются по пороговой токсодозе аварийно химически опасных веществ (АХОВ);
- определение глубины зоны заражения производится по единой для всех
АХОВ таблице (табл. 48);
- для того, чтобы пользоваться единой таблицей (табл. 48) для всех
АХОВ, производится пересчет исходных данных и характеристик веществ к
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
веществу, выбираемому эталоном. За эталон принят хлор.
Таблица 48 составлена для аварий с выбросом хлора при следующих метеорологических условиях: инверсия, температура воздуха + 200С.
Таблица 48
Глубина зоны возможного заражения АХОВ, км
Скорость
ветра,
0,01
м/с
1
0,38
0,05
0,10
Эквивалентое количество АХОВ, т
0,50 1,00 3,00 5,00
10,00 30,00
50,0
100
0,85
1,25
3,16
4,75
9,18
12,53
19,20
38,13
52,67
81,91
2
0,26
0,59
0,84
1,92
2,84
5,35
7,20
10,84
21,02
28,73
44,09
3
0,22
0,48
0,68
1,53
2,17
3,99
5,34
7,96
15,18
20,59
31,30
4
0,19
0,42
0,59
1,33
1,88
3,28
4,36
6,46
12,18
16,43
24,80
5
0,17
0,38
0,53
1,19
1,68
2,91
3,75
5,53
10,33
13,88
20,82
10
0,12
0,26
0,38
0,84
1,19
2,06
2,66
3,76
6,50
8,50
12,54
15
0,10
0,22
0,31
0,69
0,97
1,68
2,17
3,07
5,31
6,86
9,70
15.2. Коэффициенты, используемые при расчете выброса активных
химических отравляющих веществ (АХОВ)
Для учета условий аварии, определяющих массу выброса АХОВ, интенсивность испарения вредных веществ при различных параметрах метеоусловий
в процессе расчета эквивалентного количества выброса АХОВ, используются
следующие коэффициенты:
К1 – коэффициент, определяющий относительное количество АХОВ, переходящее в газ (табл. 49);
К2 – удельная скорость испарения вещества – количество испарившегося
вещества в тоннах с площади 1 м2 за 1 час (табл. 49);
К3 – отношение пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе данного вещества (численные значения К 3 приведены в табл. 49);
К4 – коэффициент, учитывающий влияние скорости воздуха на интенсивность испарения (численные значения К 4 приведены в табл. 50);
К5 – коэффициент, учитывающий влияние вертикальной устойчивости
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
воздуха на интенсивность рассеивания АХОВ:
- для инверсии К 5= 1;
- для изотермии К 5= 0,23;
- для конвекции К5 = 0,08;
К6 – коэффициент, учитывающий соотношение времени, на которое осуществляется прогноз (Тпор) и продолжительность испарения АХОВ(Тисп):
при Тисп  1 часа
К6=min (Тпор ;Тисп)0,8,
при Тисп<1 часа
К6=1.
К7 – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха в момент
аварии на интенсивность испарения АХОВ при формировании первичного (К 7п)
и вторичного облака (К 7в):
для газообразных АХОВ К7 = 1,
для жидкостей и сжиженных газов значения К7п, К7в принимаются по
табл. 52.
Таблица 49
Значения расчетных коэффициентов К1, К2 , К3
№
п/п
1
2
3
4
5
Наименование АХОВ
Аммиак под
давлением
Аммиак (хранение
изотермическое)
Хлор
Нитрил акриловой
кислоты
Сероводород
Плотность,
т/м 3
Газ
Жидкость
Температура
кипения
0,0008
0,681
-33,42
Пороговая токсодоза,
г∙мин/м 3
15
Значения коэффициентов
-
0,681
-33,42
15
0,01
0,025
0,04
0,0032
-
1,553
0,806
-34,1
77,3
0,6
0,75
0,18
0
0,052
0,007
1,0
0,80
0,0015
0,964
-60,35
16,1
0,27
0,042
0,036
К1
К2
К3
0,18
0,025
0,04
Таблица 50
Значения коэффициента К4
Скорость ветра, м/с
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
15
К4
1
1,33
1,67
2,00
2,34
2,67
3,00
3,34
3,67
4,00
5,68
Таблица 51
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха, км/час
Скорость
ветра, м/с
Инверсия
Изотермия
Конвекция
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
5
6
7
10
12
14
16
18
21
21
24
28
29
-
35
-
41
-
47
-
53
-
59
-
65
-
71
-
76
-
82
-
88
-
Таблица 52
Значения коэффициента К 7
№
п/п
Наименование АХОВ
Значения коэффициента К7
для диапазона температур С 0
-20
0
20
-40
40
1
Аммиак под давлением
0/0,9
0,3/1
0,6/1
1/1
1,4/1
2
0/0,9
1/1
1/1
1/1
1/1
3
Аммиак (хранение
изотермическое)
Хлор
0/0,9
0,3/1
0,6/1
1/1
1,4/1
4
Нитрил акриловой кислоты
0,04
0,1
0,4
1
2,4
5
Сероводород
0,3/1
0,5/1
0,8/1
1/1
1,2/1
15.3. Расчетные параметры
1. Эквивалентное количество вещества в первичном облаке (mэ1,т) при
выбросе АХОВ определяется по формуле:
mэ1= К1· К3· К5 ·К7п·m0 ,
(110)
где m0 – количество вышедшего при аварии АХОВ, т.
2. Эквивалентное количество вещества во вторичном облаке (mэ2, т )
определяется по формуле:
mэ2= (1-К1) ·К2·К3·К4·К5·К6·К7в·
m0
,
h  ж
(111)
где h – высота слоя испарения, разлившегося АХОВ, м;  ж- плотность АХОВ,
т/м3.
Время испарения жидкой фазы АХОВ определяется по формуле:
Тисп=
h  ж
.
К 2  К 4  К 7в
(112)
Глубина зоны заражения (Гоб, км), обусловленная первичным и вторичным облаками, определяется формулой:
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Гоб=max{Г1; Г2 } +0,5 min {Г1; Г2 },
(113)
где Г1 – глубина зоны заражения от первичного облака, км; Г2 – глубина зоны
заражения от вторичного облака, км.
15.4. Расчет глубины зоны заражения и времени ее формирования при
аварии на химически опасных объектах
Вначале рассчитывается значение величины Гоб по формуле (112). Далее
по табл. 51 определяется скорость ветра на высоте переноса облака Vпер . С учетом времени прогнозирования Тпрог и скорости переноса Vпер определяется глубина переноса облака АХОВ
Гпер = Vпер· Тпрог .
(114)
За расчетную глубину зоны заражения (Гр) принимается минимальная из
величин Гоб и Гпер :
Гр =min { Гоб; Гпер }.
(115)
На последнем этапе рассчитывается время формирования зоны заражения
(Тф):
Тф =
Гр
Vпер
.
(116)
15.5. Определение площади заражения местности
Различают зоны возможного и фактического заражения местности.
Зона возможного заражения – это пространство, в котором АХОВ может
распространиться под воздействием прогнозируемых параметров метеоусловий. На топографических планах местности зона возможного заражения изображается в виде секторов с численным значением радиуса, равным расчетной
глубине заражения Гр. Биссектриса секторов ориентирована по направлению
ветра и проходит через центр объекта, на котором произошла авария.
Площадь зоны возможного заражения определяется по формуле:
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Азвз=8,73∙10-3∙ Гр2  = Г р 2  360 ,
(117)
где Гр – расчетная глубина зоны заражения, км;  - угловые размеры зоны, град.
В табл. 53 приведены рекомендуемые формы и размеры зоны возможного
заражения в зависимости от скорости движения воздуха в очаге заражения.
Таблица 53
Форма и размеры зоны возможного заражения
Скорость ветра в приземном
слое атмосферы, м/с
 < 0,5 м/с
0,5 ≤  ≤1 м/с
1<  ≤ 2 м/с
 >2 м/с
Форма и размеры зоны
возможного заражения
Сектор с центральным углом 3600
(окружность)
Сектор с центральным углом 1800
Сектор с центральным углом 900
Сектор с центральным углом 450
Зоной фактического заражения называется территория, воздушное
пространство которой заражено АХОВ. Конфигурация зоны фактического заражения близка к эллипсу, который не выходит за пределы зоны возможного
заражения и может перемещаться в ее пределах под воздействием ветра.
Из-за возможного перемещения границы зоны фактического заражения
ее очертание на топографический план местности не наносится. Параметры зоны фактического заражения используют для определения возможной численности пораженного населения.
При расчетах зоны фактического заражения используется коэффициент
К8, учитывающий влияние степени вертикальной устойчивости воздуха на интенсивность рассеивания АХОВ. Численные значения коэффициента К8 в зависимости от состояния воздушной окружающей среды следующие:
для инверсии К8 = 0,081;
для изотермии К8 = 0,133;
для конвекции К8 = 0,235.
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Площадь зоны фактического заражения (Афзз) облаком АХОВ вычисляется по формуле:
Афзз=К8∙ Гр2∙ 
0, 2
,
(118)
где  - время формирования зоны фактического заражения, ч.
В свою очередь время формирования зоны фактического заражения рекомендуется определять как минимальное фактическое и прогнозируемое время:
 =min {  ф;  прог }.
(119)
При этом фактическое время формирования зоны заражения определяют по
формуле:

ф=
Гр
Vпер
(120)
.
15.6. Определение времени подхода зараженного воздуха
к объекту и продолжительности заражения
Время подхода облака АХОВ к объекту зависит от расстояния между
объектом и источником заражения и скорости переноса облака воздушным потоком. Оно может быть определено по формуле:
Тпод=
R
,
V пер
(121)
где R – расстояние между объектом и источником заражения, км; Vпер - скорость
переноса облака воздушным потоком, км/ч.
Время поражающего действия АХОВ (продолжительность заражения)
Тзар определяется максимальным временем испарения АХОВ.
15.7. Пример оценки химической обстановки при аварии на
химически опасных объектах
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пример 28
Исходные и справочные данные
На объекте произошла авария на технологическом трубопроводе с жидким хлором, находящемся под давлением. Определить время подхода зараженного облака к объекту, если расстояние между ним и источником заражения
R=12 км. В трубопроводе содержалось 40 т сжиженного хлора. Оценить химическую обстановку через 2 часа после аварии. Метеоусловия: скорость ветра – 5
м/с, температура воздуха – 00С, изотермия.
Разлив АХОВ на подстилающую поверхность – свободный. Температура кипения хлора tкип= - 340С, плотность  ж = 1553 кг/м3. Высота слоя испарения - 0,05
м. Время прогноза Тпрог =2 ч.Угловые размеры зоны возможного заражения –
450.Коэффициенты: К1 = 0,18; К2 = 0,052; К3 = 1; К4 = 2,34; К5 = 0,23; К7п =
0,6; К7в = 1; К8 = 0,133.
Решение
1. Определяем массу эквивалентного количества вещества в первичном
облаке
mэ1= К1· К3· К5 ·К7п·m0 = 0,18∙1∙0,23∙0,6∙40 = 1 т.
2. Производим расчет температуры испарения
Тисп=
h  ж
0,05  1,553
=
 0,64 ч= 38 мин.
К 2  К 4  К 7 в 0,052  2,34  1
3. Принимаем коэффициенит К 6=1, так как Тисп<1 часа.
4. Определяем массу эквивалентного вещества во вторичном облаке
mэ2= (1-К1) ·К2·К3·К4·К5·К6·К7в·
(1-0,18)∙0,052∙1∙2,34∙0,23∙1∙1∙
5. По табл. 48 с учетом значений
m0
=
h  ж
40
=12 т.
0,05  1,553
mэ1= 1т mэ2 =12 т и скорости ветра,
равной 5 м/с устанавливаем глубины зон заражения первичным (Г1)и вторичным (Г2) облаками:
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Г1=1,68 км.;
Г2 =5,53+1,8∙
8,19  5,53
 6,0 км.
10
6. Определяем глубину зоны заражения, обусловленную первичным и
вторичным облаками
Гоб =max {Г1; Г2 } +0,5 min {Г1; Г2 }= 6,0+0,5∙1,68=6,84 км.
7. В соответствии с данными табл. 51 (Vпер =29 км/ч; Тпрог = 2 ч) по формуле
(113) производим расчет глубины переноса облака АХОВ ветром
Гпер = Vпер· Тпрог = 29 ∙2= 58 км.
8. По формуле (114) определяем расчетную глубину зоны заражения
Гр =min { Гоб; Гпер }= min { 6,84;58}=6,84 км.
9. Определяем расчетную площадь заражения
Азвз=8,73∙10-3∙ 6,842∙45=18,4 км2.
10. Определяем время формирования зоны заражения

ф=
Гр
Vпер
=
6,84
=0,22 ч
29
11. Определяем время формирования зоны заражения на момент прогноза
 =min {  ф;  прог }= min {0,22; 2} =0,24 ч.
12.Определяем фактическую площадь зоны заражения
Афзз=К8∙ Гр2∙ 
0, 2
=0,133∙6,842∙0,220,2 =4,6 км2.
13. Производим расчет времени подхода Тпод зараженного воздуха к объекту
Тпод=
R
12
 0,41ч =24,6 мин.
=
V пер
29
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Безопасность жизнедеятельности [Текст]: учеб. для вузов/С.В. Белов
[и др.]; под ред. С.В. Белова. 7-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2007. – 616 с.
2. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств (Охрана труда) [Текст]: учеб. пособие для вузов/П.П. Кукин [и др.]. – 4-е изд., перераб.– М.: Высш. шк., 2007.–335 с.
3. Куликов, О.Н. Безопасность производства строительно-монтажных работ [Текст]: учеб. для вузов/О.Н. Куликов, Е.И. Ролин. – М.: Высш. шк., 2006. –
501 с.
4. Глебова, Е.В. Производственная санитария и гигиена труда [Текст]:
учеб. пособие для вузов/ Е.В. Глебова. – М.: Высш. шк., 2005. – 383 с.
5 Мастрюков,
Б.С. Безопасность в чрезвычайных ситуациях [Текст]:
учеб. для вузов/ Б.С. Мастрюков. – М.: Академия, 2003. – 383 с.
6. Акимов, В.А. Риски в природе, техносфере, обществе и экономике
[Текст]/ В.А. Акимов, В.В. Лесных, Н.Н. Радаев. – М.: Деловой экспресс, 2004.
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– 352 с.
7. Ефимов, В.Ф. Защита в чрезвычайных ситуациях и гражданская оборона: в 2 ч. /В.Ф. Ефимов [и др.]. – М.: Ториус 77, 2009.- 72 с.
8. Бочарников, А.С. Оценка параметров негативных производственных
факторов и средств защиты от них [Текст]: учебное пособие /А.С. Бочарников,
О.А. Бочарникова, В.В. Поляков. – Липецк, ЛГТУ. – 2011. – 58 с.
9. Насосы. Вентиляторы. Кондиционеры [Текст]: справочник/ Е.М. Росляков [и др.]; под ред. Е.М. Рослякова. – СПб.: Политехника, 2006. – 822 с.
10. ГОСТ 12.1.003 – 83. Шум. Общие требования безопасности. Система стандартов безопасности труда: [сборник.]. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – С. 42- 50.
11. ГОСТ 12.1.005 – 88. Система стандартов безопасности труда. Воздух рабочей
зоны. Общие санитарно-гигиенические требования: [сборник.]. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – С. 50 - 81.
12. ГОСТ 12.1.013 – 78. Строительство. Электробезопасность. Общие требования.
Система стандартов безопасности труда: [сборник]. – М.: Изд-во стандартов, 1986. –
С. 121-129.
13. ГОСТ 12.1.019 – 79*. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура
средств защиты. Система стандартов безопасности труда: [сборник]. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – С.144-149.
14. ГОСТ 12.1.030 – 81. Электробезопасность. Защитное заземление.
Зануление. Система стандартов безопасности труда: [сборник]. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – С. 213 – 221.
15. ГОСТ 12.1.036 – 81. Шум. Допустимые уровни в жилых и общественных зданиях. Система стандартов безопасности труда: [сборник]. – М.: Изд-во
стандартов, 1986. – С. 261- 262.
16. Свод правил. Естественное и искусственное освещение [Текст]: СП
52.13330.2011. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*: введ. в действие
с 20. 05. 11. - М.: Министерство регионального развития РФ, 2011. – 72 с.
17. Гигиенические требования к микроклимату производственных по-
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мещений [Текст]: СанПиН 2.2.4.548-96.: введен в действие с 1.10.96. – М.:
Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. – 20 с.
18. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений [Текст]:
РД 34.21.122 – 81.. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 56 с.
19. Нормы пожарной безопасности [Текст]: НПБ 105-03: введ. в действие
с 1.01.03.
Учебное издание
Бочарников Александр Степанович
Бочарникова Оксана Александровна
Папаев Сергей Тимофеевич
Поляков Виктор Владимирович
Федонов Александр Иванович
ПРАКТИКУМ ПО ОЦЕНКЕ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ТРУДА
В ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СФЕРЕ
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Редактор Г.В. Казьмина
Подписано в печать
Формат 60х841/16. Бумага офсетная.
Ризография. Печ. л. 7,4. Тираж 125 экз. Заказ №
Издательство Липецкого государственного технического университета
Полиграфическое подразделение Издательства ЛГТУ
398600 Липецк, ул. Московская,30
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Липецкий государственный технический университет»
А.С. Бочарников, О.А. Бочарникова,
С.Т. Папаев, В.В. Поляков, А.И. Федонов
ПРАКТИКУМ ПО ОЦЕНКЕ СРЕДСТВ
ЗАЩИТЫ ТРУДА
В ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СФЕРЕ
Учебное пособие
Утверждаю к печати
объем 7,4 п.л.
Тираж 125 экз.
Проректор по учебной работе
________ ___Ю.П. Качано вский
«____» ____________ 2013 г.
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2013
122
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
168
Размер файла
1 607 Кб
Теги
сферы, практикум, оценки, защита, производственной, средств, труда, 7158
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа