close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Обеспечение допустимых параметров производственного микроклимата участков повышенной загазованности машиностроительных предприятий.

код для вставкиСкачать
3
4
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Для участков обкатки и ремонта машин доминирующими опасными вредными производственными
факторами являются повышенная загазованность, превышения ПДК по
оксидам азота в 10-15 раз, и недопустимые параметры микроклимата, температура в рабочей зоне более 33,6 – 39 °С. Похожая картина имеет место
и для большинства сварочных участков, где загазованность помещений
газами и сварочными аэрозолями (CА) (превышение над ПДК в 7-10 раз)
неблагоприятно сочетается с повышенной температурой и неудовлетворительными показателями относительной влажности. Таким образом, задача
сохранения здоровья рабочих цехов обкатки и сварки, при вредном воздействии выбросов ВВ, СА и ИТ, поставленная в диссертации, является
актуальной.
Работа выполнялась в рамках ФЦП «Развитие научного потенциала
высшей школы» (2012-2014 г.г.) мероприятие 1.1. по заданию Рособразования по теме: «Разработка фундаментальных основ методологии математического моделирования формирования опасных и вредных производственных факторов (ОВПФ)».
Целью работы является улучшение условий труда операторов
участков обкатки машин и сварочных производств за счёт определения
опасных зон загазованности, параметров производственного микроклимата
и достижения их допустимых величин в рабочей зоне.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи исследования:
1.
Произвести анализ состояния воздушной среды РЗ и условий труда
участков обкатки и сварки машиностроительных предприятий.
2.
Проанализировать и систематизировать существующие математические модели, описывающие процессы распространения и ассимиляции
ВВ, сварочных аэрозолей и ИТ в воздушной среде, в том числе модели
турбулентности, учитывающие завихрения газо-воздушных потоков.
3.
Адаптировать k-ε модель турбулентности для исследования процессов распространения ВВ, СА и ИТ в производственных помещениях с
активной вентиляцией и определить параметры состояния воздушной среды.
4.
Реализовать k-ε модель турбулентности, описывающую процессы
распространения ВВ, СА и ИТ с учётом завихрений потоков, использовав
современное производительное программное обеспечение Solid works.
5.
Провести экспериментальные исследования с целью проверки
адекватности разработанной математической модели.
6.
Предложить инженерные технические решения обеспечения ПДК
и нормативных параметров производственного микроклимата в рабочих
зонах участков обкатки машин и сварочных цехов, как в штатных режимах
работы, так и в аварийных (на примере машиностроительных предприятий).
5
Предмет и объект диссертационного исследования. Предметом исследования являются процессы тепломассопереноса вредных веществ, сварочных аэрозолей и избытков теплоты в воздушных средах участков обкатки технологических машин и сварочных цехов. Объектом исследования является воздух РЗ участков обкатки и сварочных цехов, качество которого необходимо обеспечить.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
1.
Предложена нестационарная трехмерная математическая модель
тепломассопереноса ВВ, СА и ИТ в производственной среде с активной
вентиляцией, которая в отличие от существующих моделей распространения производственных вредностей учитывает завихрения газо-воздушных
потоков, а источники загрязнения рассматривает не как точечные экспоненциальные, а как “детализированные” (учитывается геометрическое положение источника его размеры, направление выхода газов, вектор скорости, многокомпонентность выброса ВВ и его температура).
2.
Математическая модель применима к различным объектам и позволяет определять не только параметры воздушной среды в производственных помещениях на удалении от источников загрязнения, но и в зонах
больших скоростей воздуха у местных отсосов и вблизи воздухораспределительных систем (п.1 паспорта спец. 05.26.01).
3.
В результате натурных и численных экспериментов получены зависимости и установлены факторы, оказывающее основное влияние на
формирование полей подвижности воздуха, температуры, относительной
влажности и концентрации в воздушной среде исследуемых помещений
(п.2 паспорта спец.05.26.01).
Практическая ценность работы:
1.
Освоено и предложено к использованию программное обеспечение, позволяющее рассчитать поля концентраций ВВ, температур и подвижности воздуха РЗ, определить опасные зоны загазованности воздуха и
зоны неблагоприятных параметров микроклимата в помещении, а также
количество рабочих мест операторов, не удовлетворяющих санитарногигиеническим нормативам. (п.1 паспорта спец. 05.26.01).
2.
Предложена методика расчёта концентраций ВВ, температур, скоростей движения воздуха и относительной влажности в производственной
среде с источниками загрязнения на участках обкатки и сварки, позволяющая определить параметры воздушной среды в зонах больших скоростей воздуха у местных отсосов, и вблизи воздухораспределительных систем, в том числе эффективность отсосов.
3.
Представлена методика определения эффективности удаления
вредных веществ местными отсосами (п.1 паспорта спец. 05.26.01).
4.
Разработаны рекомендации как к технологическим регламентам
производства обкаточных и сварочных работ, так и предложения по реконструкции систем общеобменной и местной вентиляции помещений в целях
улучшения условий труда (п.7 паспорта спец. 05.26.01).
6
Реализация работы в промышленности. Результаты исследований апробированы и внедрены на обкаточном участке ООО «КЗ Ростсельмаш», в сварочном цехе №8 ООО «Ростовский автобусный завод».
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на Международной научнопрактической конференции в рамках промышленного конгресса Юга России «Инновационные технологии в машиностроении» (г. Ростов-на-Дону,
Роствертол, 2010 г.г.), на VII Всероссийской школе-семинаре «Математическое моделирование и биомеханика в современном университете» (п. Дивноморское, Краснодарского края, 2012 г.), на 12-ой Международной научно-практической конференции «Техносферная безопасность, надёжность,
качество, энерго- и ресурсосбережение», (Туапсинский район, пос. Новомихайловский, 6-10 сентября, 2010 г.), на 9-ой Международной научной
конференции молодых ученых «Наука. Образование. Молодёжь» (г. Майкоп, респ. Адыгея, 9-10 февраля 2012 г.), на X Международном научнотехническом форуме «ИнЭРТ-2012» (г. Ростов-на-Дону, ДГТУ, 9-11 октября
2012 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных литературных источников. Материал диссертации содержит 161 страницу машинописного текста, 34 таблицы, 94 рисунка, список библиографических источников из 120 наименований. Отдельное приложение на 1 странице.
CОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность исследования, сформулирована цель работы, изложены основные научные и практические результаты работы, реализация которых улучшит состояние условий труда операторов в процессе производственной деятельности.
Первая глава содержит анализ опасных и вредных производственных факторов, действующих на работников машиностроительных производств. Такие ОВПФ как повышенные уровни загазованности и запылённости воздуха рабочих мест вместе с недопустимыми параметрами производственного микроклимата негативно воздействуют на долю работников
(10,1 %) от численности всех работников, занятых во вредных условиях
труда, что является одним из самых значимых факторов наряду с воздействием повышенного уровня шума на производстве. Выделены доминирующие ОВПФ, воздействующие на операторов обкаточных участков и
сварочных цехов – повышенная загазованность и неблагоприятные параметры производственного микроклимата (рис.1), которые приводят к снижению производительности труда, ухудшению условий труда и как следствие увеличивают травмоопасность.
В первой главе также представлен обзор и анализ математических
моделей и методов их реализации в решении задач тепломассопереноса в
ограниченном объёме помещений с активной вентиляцией.
7
Рис. 1. – Превышение результатов замеров температуры воздуха и концентрации СО в рабочей зоне над допустимыми значениями.
Важность использования математического моделирования в изучении
процессов распространения веществ и
теплоты, в условиях активной вентиляции помещений отмечалась в работах
Эльтермана В.М., Титова В.П., Кувшинова Ю.Я., Гримитлина М.И., Полушкина В.И., Минко В. А., Кокорина О.Я.,
Поза М.Я., Логачева И. Н., Логачева К. И., Талиева В.Н., Дацюка Т.А., Полосина И.И. и др.
В этих работах рассматриваются различные подходы к построению
математических моделей процессов вентиляции, в основе которых используются уравнения: движения, неразрывности среды, теплопроводности и переноса вещества. Математическое моделирование процессов тепломассопереноса ВВ и ИТ в помещениях связано с рассмотрением трехмерных объектов со сложной геометрией, распределенными системами
подвода и отвода воздуха через вентиляционные отверстия, размещенным
оборудованием сложной формы и источниками вредных веществ.
К недостаткам известных моделей [4,7,8] относится то, что моделирование тепло - массопереноса осуществлялось для потенциального безвихревого поля, т.е. определялись параметры производственной среды
только в помещениях с невысокой плотностью размещения стационарных
источников загрязнения. Однако у источников загрязнения, где, как правило, размещаются рабочие места операторов и местные вентиляционные
отсосы, создаются условия для возникновения турбулентных газовоздушных потоков, которые существенно изменяют картину распределения подвижности воздуха и загрязнений в помещении. Газо-воздушные,
тепловые потоки являются трехмерными и турбулентными с точки зрения
газодинамики и поэтому для описания таких процессов необходима разработка математических моделей, которые адекватно раскрывают механизмы
переноса импульса и энергии турбулентных пульсаций.
В настоящее время создано большое количество разнообразных моделей для расчёта турбулентных течений: Буссинеска, СпалартаАльмараса, метод крупных вихрей, модель напряжений Рейнольдса, k-  и
k-  модели и ряд др. Они отличаются друг от друга сложностью решения
и точностью описания течения. Поскольку прямой расчет полных уравнений Навье-Стокса для трехмерного турбулентного потока требует значительных вычислительных ресурсов все основные применяемые модели
основаны на тех или иных приближениях. Кроме того, существует трудность при численных методах решения, связанная с необходимостью использования чрезвычайно мелких сеток при расчете течения в турбулентном пограничном слое, что приводит к нарушению устойчивости расчета.
8
В результате обзора и анализа существующих моделей было предложено для определения полей концентраций вредных веществ и параметров производственного микроклимата в условиях завихрений воздушных потоков использовать k-  модель турбулентности, наиболее часто
используемую при решении практических задач и дающую вполне удовлетворительные результаты для расчетов вентиляционных процессов и процессов распространения ВВ и ИТ. Для реализации математической модели
наиболее
предпочтительным
является
программное
обеспечение
SolidWorks.
Вторая глава диссертации посвящена описанию математической
модели распространения ВВ и ИТ в производственных помещениях с активной вентиляцией от источников загрязнения.
Математическая модель тепломассопереноса в производственных помещениях с активной вентиляцией с учётом завихрений
воздушных потоков. Основными уравнениями (1-3), описывающими
процессы взаимодействия вентиляционных потоков с конвективными потоками от источников загрязнения, являются: уравнение неразрывности (сохранения массы), импульса и переноса энергии (теплоты):


(1)

 u  0;
i
t x
i
(  u )
i   (  u u )  p      R   S ; i=1,2,3.
(2)

i j
ij  i
t
x
x
x  ij
j
i
j
 
u
(  H ) (  ui H )
 
R
 p   R i      S u  Q ; …(3)


 u j ( ij   ij )  qi  
ij x
i i
Н
t
x
x 
 t
i
i
j
u2
;
(4)
2
где u – скорость потока,  - плотность, p - давление среды, H удельная энергия, S     g - гравитационная компонента; h – энтальi
i
H h
пия, Q
Н
- объёмная интенсивность источника теплоты;

ij
- тензор вяз-
ких напряжений; q - изменение теплоты;  - скорость диссипации турбуi
лентной кинетической энергии.
Для определения полей концентраций компонентов смеси в воздушной среде решается уравнение конвективно-диффузионного переноса
вещества (5), которое приведено ниже:
(  y ) 
y 
 
m 
( D  Dt ) n   S , m  1,2,..., M
(u y ) 
(5)
i m
mn x  m
t
x
x  mn
i
i
i
где D , Dt молекулярные и турбулентные матрицы диффузии m –го
mn mn
9
компонента в n-ю среду, S
- интенсивность выделения в n-ю среду m –го
m
компонента вещества. В соответствии с законом Фика о диффузии:

D
 D   , Dt  
 t . Между концентрациями компонентов веmn
mn
mn
mn 
щества имеет место следующее алгебраическое соотношение:  y  1 .
m
m
Перенос кинетической энергии турбулентности и скорости диссипации турбулентной энергии учтены двумя дополнительными уравнениями
(6) и (7):
  k 
(  k ) 
  
S ;
  t 

( u k ) 
(6)
i
t
x
x  
  x  k
i
i 
k i

(  )

  
  t

( u  ) 
i
t
x
x  

i
i 

где характеристики S и S определяются из
k

u
S   R i     P ;
k
ij x
t B
j
(7)
(8)


u
 2
f R i   C P C f
;
 1 k  1 ij x
t B B
2 2 k
j



S C

  
S ;

 x  
 i
выражений (8), (9):
(9)
где  - коэффициент динамической вязкости,  - коэффициент турбу-
t
лентной динамической вязкости, k - турбулентная кинетическая энергия (в
случае ламинарных потоков k=0), P представляет собой величину, учиB
тывающую влияние сил плавучести на турбулентное течение:
g 1 
P  i  
, где g - величина гравитационного ускорения в направB
i
  x
B
i
лении координаты x , константа 
i
B
=0,9, константа CB=1 когда P  0 , и 0
B
3


0.05 

в противном случае: f  1 
, f  1  exp(  R 2 ), Константы C , C ,
 1
1
2
T
 f 
  
C ,  ,  определяются эмпирически и в модели их величины приняты:
2 k 
C  0,09 , C  1,44 , C  1,92 ,   1 ,   1,3 . При числе Льюиса Le  1

1
2
k

уравнения диффузии и теплопроводности становятся идентичными и профили избыточных концентраций и температур оказываются подобными и
10
    h
q    t 
, i=1,2,3. Здесь константа  = 0,9 Pr - число Прандтля, и
i  Pr   x
c
c i

h – теплосодержание (энтальпия). Модельные уравнения описывают как
ламинарные, так и турбулентные потоки и решаются при определённых
начальных и граничных условиях с использованием численного метода
конечных элементов в среде SolidWorks Flow Simulations.
В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований условий возникновения завихрений воздушных потоков и проверка адекватности предложенной стандартной kмодели. С этой целью, был выбран модельный объект в виде газовой трубы с простой геометрической формой и возможностью создавать турбулентные течения
воздуха. Экспериментальная установка представляла собой, по сути, устройство воздуходувки. В качестве побудителя воздушного потока был задействован вентилятор. На рис. 2 представлена данная экспериментальная
установка и схема размещения измерительных точек внутри газовой трубы. Измерения величин скорости движения воздуха проводились непрерывно в десяти заданных точках объёма исследуемой газовой трубы. С
целью планирования экспериментальных исследований были проведены
модельные расчёты, которые позволили определить наиболее рациональное расположение измерительных точек, как по высоте сечения, так и по
длине газовой трубы от места входа воздушного потока.

Рис.2. Расчётные поля скоростей по вертикальному осевому срезу трубы
(трубка Пито находилась в точке 2).
Как показали численные эксперименты (рис. 2), образование устойчивого вихревого течения воздуха наблюдается на расстоянии 0,035…0,35
м от входного сечения газовой трубы в верхней части сечения газовой
трубы. На удалении более 0,435 м от входного сечения профиль скоростей
воздуха по сечению “выравнивается” и вихрь отсутствует. Результаты модельных расчётов стали основанием для выбора измерительных точек,
показанных на рис. 2, в которых были произведены замеры скорости и
направления движения воздуха. Сопоставление эмпирических данных и
результатов модельных расчётов показало, что погрешность определения
расчётных скоростей потока воздуха не превышает максимальной погрешности её измерения термоанемометром и составляет менее 10 %.
11
Натурные исследования как вентиляционных систем, так и процессов распространения и ассимиляции ВВ, СА и ИТ были проведены в реальных производственных условиях в сварочном цехе. Результаты экспериментальных исследований подтвердили наличие вихревых течений воздушной среды и правильность теоретических выводов о том, что доминирующее влияние на формирование полей концентрации вредных веществ,
сварочных аэрозолей и температуры воздуха рабочей зоны оказывает
картина распределения воздушных потоков и их структура.
В четвёртой главе представлена проверка адекватности предложенной модели, а также сформулированы конкретные меры обеспечения
производственной безопасности. С целью подтверждения предложенной
математической модели переноса ВВ и ИТ в производственных помещениях с местной вытяжной вентиляцией были проведены исследования как
систем вентиляции, так и параметров, определяющих условия труда операторов на рабочих местах. В качестве объекта исследования был выбран
сварочный цех №8 ООО «Ростовский автобусный завод» (рис.3). Анализ
выполненных модельных расчётов показал, что на формирование полей
концентраций, температур и подвижности воздуха оказывают воздействие
ряд факторов: схема организации воздухообмена, эффективность работы
местной вентиляции цеха, расчетный период года, интенсивность и расположение источников загрязнения, вид технологического процесса сварки,
обкатки машин, работа систем отопления и вентиляции и ряд других факторов. Выбор измерительных точек определялся из необходимости доказать наличие сильных конвективных потоков газов у источников загрязнения, где скорость в 3-4 раза превышает подвижность воздуха на удалении
от них (рис.4). Точки А расположены в зоне дыхания сварщика (0,5 м от
лица) на высоте 1,7 м от пола. Точки Б, В, Г, расположены над точками А
на высотах соответственно 3,5 м; 5,0 м и 7,0 м от пола. Точки Д и Г
Рис. 3 – Сварочный
цех №8 со схемой
размещения измерительных точек: 1 –
система вентиляции, 2
– ширмы, 3 – железобетонная плита, 4 –
входные ворота, 5 –
участок лазерной резки.
Рис. 4 – Графики скорости движения газовоздушных потоков по
высоте помещения.
12
расположены на удалении от рабочего места сварщика на одной высоте с
точками А на расстоянии от них соответственно 2 и 4 м. Как видно из графиков (рис. 4) устойчивый конвективный поток со скоростью 0,4-0,5 м/с
образуется на рабочем месте сварщика в зоне дыхания. Очевидно, что
такой поток увлекает за собой газы и ТССА и рассеивает их по помещению.
На удалении от точек А1, А4 конвективные потоки ослабляются, и на расстоянии 2-4 м средняя скорость становится равной 0,1 м/с, что соответствует скорости витания ТССА. Образующийся при электросварке аэрозоль
конденсации характеризуется мелкой дисперсностью. Более 90% частиц
размером 0,15 мкм (в массовых долях) имеют скорость витания менее 0,1
м/с. Поэтому частицы аэрозоля легко следуют за воздушными потоками
аналогично газам. Эксперименты показали удовлетворительную точность
предлагаемой математической модели процессов конвективного переноса
воздушных потоков. Полученные значения относительной погрешности
укладываются в величины максимальной погрешности используемых измерительных средств.
Аналогичные исследования по проверке адекватности предложенной модели тепломассопереноса ВВ, СА и ИТ были проведены в отношении
определения концентраций ВВ и ТССА, температур и относительной влажности в рабочей зоне сварщиков. На рис. 5 для полуавтоматической сварки
плавящейся проволокой в среде углекислого газа показаны результаты
натурных экспериментов и модельных расчетов концентраций СО.
Рис. 5 – Изменение
концентрации СО в
зоне дыхания сварщиков и возле рабочих
мест по высоте помещения, мг/м3
Как следует из рис. 5
максимальная концентрация СО в РЗ находится в точках А (зона дыхания сварщиков) и превышает ПДК более чем в 7 раз, вызывая хронические профессиональные заболевания органов дыхания. Увеличение концентрации СО в зоне дыхания
сварщика 4-го поста обусловлено наличием железобетонной плиты, расположенной над 3-5 постами, которая способствует снижению скорости движения конвективных потоков, тем самым ухудшая «разветривание» газов.
На удалении от рабочего места в точках Б, В, Г концентрация снижается,
достигая величины ПДК. Превышение концентраций над ПДК получены из
результатов модельных расчетов, поскольку используемые газоанализаторы не способы определять концентрации выше 2,5 ПДК. Снижение концентрации СО в горизонтальной плоскости выражено сильнее, и на удалении
2-4 м от рабочего места концентрация составляет всего 0,5 ПДК. Значения
относительной погрешности по концентрациям угарного газа в РЗ укладываются в величины максимальной погрешности измерений газоанализатора Dräger X-am 5000.
13
Результаты модельных расчетов параметров производственного микроклимата и полей концентрации ВВ и ТССА. На рис. 6
представлены поля подвижности воздуха в помещении в вертикальной (а)
и горизонтальной (б) плоскостях в зоне дыхания сварщика, и на уровне
расположения рабочих мест.
а)
б)
Рис. 6 – Поля подвижности воздуха в помещении сварочного цеха РоАЗ.
Величина вектора скорости в вертикальном срезе выше, чем в горизонтальной плоскости, это доказывает, что вертикальные конвективные
потоки определяют структуру движения воздуха около рабочих мест. На
рис. 7 и 8 представлены результаты модельных расчетов полей температур
и концентраций угарного газа в рассматриваемом помещении.
Рис. 7 – Вертикальный срез поля температур воздуха в помещении
(черным цветом показаны зоны, где температура более 26 °С).
Рис. 8 – Вертикальный срез поля концентрации СО в воздухе помещения
(черным цветом показаны зоны, где концентрация выше ПДК).
Как видно из рис. 7 и 8, поля концентраций СО и температур подобны. Отходящие «теплые» газы от сварочных постов за счет конвекции
поднимаются вверх и быстро накапливаются под плитой и у потолка. Соответственно, в этих местах мы имеем наибольшую концентрацию ВВ, превышающую ПДК. Аналогичная картина имеет место и по температуре. Вертикальное расслоение температур достигает 3 ºС (рис. 7). Как следует из
расчетов, опасные зоны загазованности располагаются рядом с зоной дыхания сварщиков. На удалении 2-4 метра опасных зон не наблюдается.
Аналогичные расчеты были произведены и по ТССА, основной составляю-
14
щей которой являются оксиды железа. На рис. 9 показана значительно
более выраженная, по сравнению с СО, опасная зона запыленности, где
превышен ПДК. Максимальная концентрация ТССА приходится на зону
дыхания сварщиков, где достигает 10 ПДК. Определяющую роль в формировании полей подвижности воздуха, температур и концентраций играет
конструктивное решение (наличие железобетонной плиты над 3-5 постами). Кроме того посты ограждены тканевыми ширмами, являющимися преградами для поступающего свежего воздуха к сварочным постам. Эти факторы приводят к ухудшению вентилируемости помещения, и как следствие
- к ухудшению условий труда сварщиков.
Рис. 9 – Вертикальный срез поля концентрации ТССА в воздухе помещения
(чёрным выделены зоны, где концентрация выше ПДК).
Модернизация существующей системы местной вентиляции
участка сварки ООО «Ростовский автобусный завод». Как показали
экспериментальные и теоретические исследования загазованности воздуха
участка сварки (рис. 6, 10), концентрация по угарному газу и ТССА достигала 7-10 ПДК, что является недопустимым по санитарно-гигиеническим
нормативам. Кроме того, система местной вентиляции организована таким
образом, что траектория движения засасываемых вредных газов и аэрозолей в отсосы проходит через зону дыхания сварщиков. В связи с тем, что
газы и СА – «теплые», в рабочей зоне сварщика нарушаются параметры
производственного микроклимата (превышение температуры воздуха над
допустимой). Кроме того, существенным недостатком существующей системы вентиляции является неравномерная скорость вытяжки газовоздушной смеси (разница в скоростях вытяжки первого и последнего постов составляет до 3-4 раз). Это обусловлено наличием только одного вентилятора на пять сварочных постов. В результате средний объемный расход воздуха на вентиляцию снижался ниже рекомендованных величин.
Для исключения комплексного негативного воздействия ОВПФ на
сварщиков, были предложены варианты модернизации существующей системы местной вентиляции (рис. 10). Суть модернизации заключается в
следующем. Местную вентиляцию предложено либо вмонтировать в рабочий стол сварщика («вытяжка снизу»),
либо установить перед сварочным столом напротив оператора («вытяжка спереди»). А общий трубопровод, объединяющий посты, проложить под полом.
а)
б)
Рис. 10. – Общий вид модернизированной местной вентиляции: а) - «вытяжка
спереди»; б) - «вытяжка снизу».
15
При таком расположении отсосов зона дыхания сварщиков оказывается изолированной от вредных газов и аэрозолей. Также предполагается
наличие вентилятора на каждом посту, а величина объемного расхода воздуха для каждого поста увеличена до 1800 м3/ч на основании проведенных
модельных расчетов. Такие способы модернизации вентиляции позволяют
не задействовать общеобменную вентиляцию, как энергозатратную. При
реализации способа местной вентиляции («вытяжка спереди»), сохраняется некоторое расстояние между источником и местным отсосом, в результате чего часть конвективных потоков с загрязняющими веществами распространяется по рабочей зоне, что приводит к снижению эффективности
вентиляции.
Для данного варианта можно рекомендовать более производительные вентиляторы. На рис. 11 представлены результаты модельных расчетов полей температур в рабочей зоне сварщиков. Наличие железобетонной
плиты над рабочим местом сварщика четвертого поста приводит к накоплению газов и повышению температуры на 2-3°С. На рабочем месте сварщика первого поста, накопление газов и повышение температуры не наблюдается из-за хорошего «разветривания».
На рис. 12 представлены данные модельных расчетов полей концентраций ТССА в рабочей зоне сварщиков. Аналогично температурам,
наличие железобетонной плиты над рабочим местом сварщика четвертого
поста приводит накоплению сварочной аэрозоли и превышению концентрации в зоне дыхания сварщика над ПДК. Сварщик первого поста находится в лучших условиях, поскольку его рабочее место не ограничено конструктивно сверху.
Рис. 11 - Вертикальный
срез поля температур воздуха в рабочей зоне сварщика I (слева) и IV (справа) постов «вытяжка спереди» (черным выделены
зоны, где температура выше 26 °С).
Рис. 12 – Вертикальный
срез поля концентрации
ТССА в рабочей зоне сварщиков первого (сверху) и
четвертого (снизу) постов
(«вытяжка спереди»). Чёрным выделены зоны с превышением ПДК.
16
При модернизированной системе вентиляции «вытяжка снизу»
структура полей движения воздуха существенно изменилась. Это касается
как абсолютных значений скоростей потоков, так и структуры вихрей в
помещении. В целом подвижность воздуха на высоте 1,7 м от пола снизилась, что является положительным фактором, так как снижается вероятность распространения ТССА по всему помещению.
Предлагаемая система местной вентиляции «вытяжка снизу» достаточно эффективно удаляет «теплые» потоки газов и аэрозоля, выделяющиеся в процессе сварки, из рабочей зоны сварочных постов. Зона превышения ПДК значительно сократилась и составила небольшую зону непосредственно у самого источника. Таким образом, модернизация «вытяжка
снизу» привела к нормализации параметров состояния производственной
среды в соответствии с санитарно-гигиеническими нормативами.
Определение эффективности удаления вредных веществ
местными отсосами. Одним из важнейших показателей, определяющих
эффективность работы всей системы местной вентиляции, является показатель эффективности местного отсоса
от . Его корректное определение
оказывает влияние на получаемую картину исследуемых параметров во
всем помещении. Если в [2] эффективность отсосов задавалась по паспортным данным и расчета не проводилось, то в настоящей работе разработана методика численного определения
от .
Рассмотрены наиболее
распространенные типы местных отсосов, встречаемые на производстве, и
предлагаемые модернизированные системы (рис. 10, 13). Модельные расчеты эффективности при сварке проволокой Св-08Г2С d=Ø0,8мм в среде
q
q  100% , где
углекислого газа производились по формуле: 
от
ист уд
qист – количество выделяемых ВВ от источника в рабочую зону, кг/с; qуд количество удаляемых ВВ системой вентиляцией, кг/с.
Рис. 13 – Схемы расположения известных местных отсосов на рабочем месте
оператора сварочного производства: а)
панель Чернобережского; б) вентиляция козырькового типа.
Как видно из результатов расчета (рис.14), с увеличением объемного
а)
б)
расхода всасывания эффективность
удаления вредных веществ увеличивается. Из всех рассмотренных типов
местных отсосов наиболее эффективным является предлагаемый нами
вариант «вытяжка снизу» (рис.10 б), при котором обеспечивается высокая
эффективность удаления ВВ даже при небольших величинах объемного
расхода воздуха.
17
Рис. 14 – Эффективность удаления угарного газа местными отсосами разного в зависимости от объемного расхода всасывания.
В работе исследовано влияние технологических параметров сварки
на параметры состояния условий труда. Результаты численных расчетов
для полуавтоматической сварки в среде углекислого газа плавящейся проволокой Св-08Г2С показали, что уменьшение диаметра свариваемой проволоки с 2,0 мм до 0,8 мм существенно снижает загазованность в помещении и нормализует параметры производственного микроклимата.
Выводы.
1.
Установлено, что для участков сварки доминирующими опасными
и вредными производственными факторами являются повышенная загазованность и запылённость, превышения концентраций ВВ и ТССА над ПДК в
зависимости от вида сварки составляют по угарному газу, оксидам железа
и магния в 7-10 раз.
2.
Трёхмерная нестационарная модель тепломассопереноса учитывает вихревые газовоздушные потоки и позволяет определять поля концентраций ВВ, ТССА, температур, подвижности воздуха и относительной
влажности в помещениях с активной вентиляцией и источниками загрязнения.
3.
Разработанное программное обеспечение в среде SolidWorks, реализующее предложенную математическую модель, может быть использовано как на стадии планирования физической модели процесса, так и как
инструмент прогноза состояния параметров производственной среды участков с повышенной загазованностью.
4.
Предложена методика определения эффективности удаления
вредных веществ местными отсосами.
5.
Разработаны рекомендации к обеспечению безопасных условий
труда операторов сварочных производств и обкатки, которые связаны с
рациональной организацией работы систем местной вентиляции и конструктивными решениями.
Основные положения диссертации отражены в 9 работах, в том
числе в 3 из перечня ВАК РФ:
Публикации в научных изданиях, рекомендованных ВАК:
1.
Конечно-элементное моделирование процессов массопереноса загрязнений в производственной среде с учетом завихрений воздушных потоков / Б.Ч. Месхи, А.Н. Соловьев, Ю.И. Булыгин и др. // Вестник Дон. гос.
18
техн. ун-та.-2012.- №6 (67). – С.10-16.
2.
Математическое и экспериментальное моделирование процессов
распространения оксидов углерода и избытков теплоты в газовоздушной
среде помещения/ Б.Ч. Месхи, Е.И Маслов., А.Н. Соловьев и др. // Вестник
Дон. гос. техн. ун-та.- 2011.- Т.11, №6 (57). – C.862-874.
3.
Модель массопереноса тяжёлых примесей в вентилируемых помещениях участков обкатки и определение опасных зон загазованности по
канцерогенам/ Б.Ч. Месхи, Ю.И. Булыгин, Е.И. Маслов, и др. // Вестник
Дон. гос. техн. ун-та.- 2010.- Т.10, №4 (47). – C.534-544.
Статьи в сборниках и журналах:
4.
Моделирование процессов переноса вредных веществ и избытков
явной теплоты в производственных помещениях c активной вентиляцией/
Ю.И. Булыгин, Е.И. Маслов, Л.Н. Алексеенко, Д.А. Корончик, Л.Л. Тирацуян
// Инновационные технологии в машиностроении: сб. тр. Междунар. науч.практ. конф. “Метмаш. Станкоинструмент”, 8-10 сентября [Электронный
ресурс].- Ростов-на-Дону, 2010.-Секц. II.- 1 электрон. опт. диск (CD-ROM)
5.
Моделирование массопереноса канцерогенов в вентилируемых
помещениях участков обкатки/ Д.В. Деундяк, Е.И. Маслов, Д.А. Корончик,
Е.Н. Каменский// Техносферная безопасность, надёжность, качество, энерго- и ресурсосбережение: материалы XII науч.-практ. конф., п. Новомихайловский, 6-10 сент. 2010 г./РГСУ. – Ростов-н/Д, 2010. – С.71-76.
6.
Моделирование процессов распространения вредных веществ и
избытков теплоты в производственной среде в условиях активной вентиляции/ Ю.И. Булыгин, Е.И. Маслов, Л.Н. Алексеенко, Д.А. Корончик, А.В.
Петрова, О.С. Панченко//Материалы IX Междунар. науч. конф. молодых
ученых “Наука. Образование. Молодежь” 9-10 фев. 2012 г./АГУ. – Майкоп,
2012. -Том I. – С.312 – 316.
7.
Корончик Д.А. Конечно-элементное моделирование процессов активной вентиляции помещений с источниками вредных примесей/ Б. Ч.
Месхи, Ю.И. Булыгин, Д.А. Корончик// Математическое моделирование и
биомеханика в современном университете: тез. докл. VII Всерос. шк.семинара п. Дивноморское, 28 мая – 1 июня 2012г./ЮФУ.- Ростов-н/Д,
2012. – С.24.
8.
Выбор математической модели и программного обеспечения для
реализации конечно-элементного моделирования процессов массопереноса
в производственной среде с источниками загрязнения/Б.Ч. Месхи, А.Н.
Соловьев, Ю.И. Булыгин, Д.А. Корончик, Л.Л. Тирацуян, А.Н. Легконогих//
Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии (ИнЭРТ-2012):
Труды X Международного научно-технического форума. – Ростов н/Д,
2012. – С.22 – 29.
9.
Сравнительный анализ результатов моделирования процессов
массопереноса в производственной среде с источниками загрязнения с
учетом завихрений воздушных потоков// Ю.И. Булыгин, Д.А. Корончик,
О.С. Панченко, Л.Л. Тирацуян, И.В. Богданова// Инновация, экология и
ресурсосберегающие технологии (ИнЭРТ-2012): Труды X Международного
научно-технического форума. – Ростов-н/Д, 2012. – С.37 – 44.
19
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа