Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет» Кафедра «Безопасность жизнедеятельности» МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ» Допущено Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 280100 – Безопасность жизнедеятельности ИЖЕВСК 2006 Составители: Девисилов В.А., к.т.н, доцент Севастьянов Б.В., д.т.н., профессор Лисина Е.Б., к.т.н., доцент Николаева Л.С., ст. преподаватель Селюнина Н.В., ст. преподаватель Четверикова Н.Г., ассистент Рецензенты: Савиных В.В., к.т.н., доцент, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности и промышленная экология» ГОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет», заместитель Председателя Приволжского регионального отделения Научно-методического совета по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»; Ханхунов Ю.М., к.т.н., доцент, заведующий кафедрой «Промышленная экология и защита в чрезвычайных ситуациях» ГОУ ВПО «ВосточноСибирский государственный технический университет» Рекомендовано к изданию на заседании кафедры «Безопасность жизнедеятельности», 5 сентября 2005 года, протокол № 1. МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ «ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ» - Ижевск: Изд-во ИжГТУ,2005. – 96с. © Издательство ИжГТУ, 2006 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 1. Оценка воздействия вредных веществ, содержащихся в воздухе 2. Общеобменная и местная вентиляция 2.1. Расчет потребного воздухообмена при общеобменной вентиляции 2.2. Расчет местной вытяжной вентиляции 2.2.1. Методика расчета бортовых отсосов 2.2.2. Методика расчета вытяжных зонтов 3. Расчет аппаратуры для защиты атмосферного воздуха от промышленных загрязнений 4. Расчет искусственного освещения 5. Мероприятия по защите от шума 5.1. Методика расчета уровня шума в жилой застройке 5.2. Расчет средств защиты от шума 5.2.1. Расчет звукоизолирующих устройств 5.2.2. Расчет звукопоглощающих устройств 6. Расчет средств защиты от вибрации 7. Расчет средств защиты от поражения электрическим током 7.1. Расчет защитного заземления 7.2. Расчет зануления 8. Расчет площади легкосбрасываемых конструкций 9. Расчет нагрузок, создаваемых ударной волной 10. Оценка тяжести трудового процесса 11. Категорирование помещений по взрывопожарной и пожарной опасности Приложение 1 Приложение 2 Список литературы. 3 ВВЕДЕНИЕ Цель методического пособия – обеспечить четкую организацию проведения практических занятий по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности», оформление отчета, максимально приближенное к оформлению курсовых и дипломных работ, дать возможность студентам самостоятельно выбрать необходимый данные по заданному преподавателем варианту, оформить отчет и своевременно защитить его. 1. ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В ВОЗДУХЕ Общие сведения Для обеспечения жизнедеятельности человека необходима воздушная среда определенного качественного и количественного состава. Нормальный газовый состав воздуха следующий (об. %): азот – 78,02; кислород – 20,95; углекислый газ – 0,03; аргон, неон, криптон, ксенон, радон, озон, водород – суммарно до 0,94. В реальном воздухе, кроме того, содержатся различные примеси (пыль, газы, пары), оказывающие вредное воздействие на организм человека. Нормирование Основной физической характеристикой примесей в атмосферном воздухе и воздухе производственных помещений является концентрация массы (мг) вещества в единице объема (м3) воздуха при нормальных метеорологических условиях. От вида, концентрации примесей и длительности воздействия зависит их влияние на природные объекты. Нормирование содержания вредных веществ (пыль, газы, пары и т.д.) в воздухе проводят по предельно допустимым концентрациям (ПДК). ПДК – максимальная концентрация вредных веществ в воздухе, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает ни на него, ни на окружающую среду в целом вредного воздействия (включая отдаленные последствия) [6]. Содержание вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест нормируют по списку Минздрава № 3086 – 84 [6], а для воздуха рабочей зоны производственных помещений – по ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарногигиенические требования к воздуху рабочей зоны [15]. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов нормируют по максимально разовой и среднесуточной концентрации примесей. ПДКmax – основная характеристика опасности вредного вещества, которая установлена для предупреждения возникновения рефлекторных реакций чело4 века (ощущение запаха, световая чувствительность и др.) при кратковременном воздействии (не более 30 мин.) ПДКсс – установлена для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого влияния вредного вещества при воздействии более 30 мин. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны – это такая концентрация, которая при ежедневном воздействии (но не более 41 часа в неделю) в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья человека, обнаруживаемых современными методами исследований, в период работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Задание на практическую работу «Оценка воздействия вредных веществ, содержащихся в воздухе»: Оценить соответствие концентрации вредных веществ, находящихся в воздухе рабочий зоны нормативным показателям. Порядок выполнения задания 1. Ознакомиться с методикой. 2. Переписать форму табл.1.1 на чистый лист бумаги. Образец заполнения Таблица 1.1 Исходные данные и нормируемые значения содержания вредных веществ Среднесуточная >30 мин 5 5 6 3 7 4 8 0 Соответствие нормам каждого из веществ В воздухе населенных пунктов при времени воздействия В воздухе рабочей зоны 4 20 Максимально разовая <30 мин Особенности воздействия 3 5 В воздухе населенных пунктов Класс опасности В воздухе рабочей зоны 2 Оксид углерода Фактическая 1 01 Вещество Вариант Концентрация вредного вещества 9 <ПДК < 30 мин >30 мин 10 =ПДК 11 >ПДК 3. Заполнить графы 1…3 (табл. 1.1) согласно варианту задания. 4. Используя нормативно-техническую документацию (табл. 1.2) [12, 13], заполнить графы 4…8 табл. 1.1. 5 Таблица 1.2 Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе, мг/ м3 [12] Вещество В воздухе рабочей зоны Азота диоксид Азота оксиды Азотная кислота Акролеин Алюминия оксид Аммиак Ацетон Аэрозоль ванадия пентооксида Бензол Винилацетат Вольфрам Вольфрамовый ангидрид Гексан Дихлорэтан Кремния диоксид Ксилол Метанол Озон Полипропилен Ртуть 2 5 2 0,2 6 20 20 0,1 В воздухе населенных пунктов Максимально Среднесуточная; разовая; воздейвоздействие ствие < 30 мин > 30 мин 0,085 0,04 0,6 0,06 0,4 0,15 0,03 0,03 0,2 0,04 0,2 0,04 0,2 0,04 0,002 Класс опасности Особенности воздействия 2 3 2 3 4 4 4 1 О О Ф - 5 10 6 6 1,5 0,15 - 0,1 0,15 0,1 0,15 2 3 3 3 К Ф Ф 300 10 1 50 5 0,1 10 0,01/ 0,005 1 10 60 3 0,15 0,2 1 0,16 3 - 1 0,06 0,2 0,5 0,03 3 0,0003 4 2 3 3 3 1 3 1 Ф Ф О - Серная кислота 0,3 0,1 2 Сернистый 0,5 0,05 3 ангидрид Сода кальциниро2 3 ванная Соляная кислота 5 2 Толуол 50 0,6 0,6 3 Углерода оксид 20 5 3 4 Ф Фенол 0,3 0,01 0,003 2 Формальдегид 0,5 0,035 0,003 2 О, А Хлор 1 0,1 0,03 2 О Хрома оксид 1 3 А Хрома триоксид 0,01 0,0015 0,0015 1 К, А Цементная пыль 6 4 Ф Этилендиамин 2 0,001 0,001 3 Этанол 1000 5 5 4 Примечание: О – вещества с остронаправленным действием, за содержанием которых в воздухе требуется автоматический контроль; А – вещества, способные вызвать аллергические заболевания в производственных условиях; К – канцерогены, Ф – аэрозоли преимущественно фиброгенного действия. 6 5. Сопоставить заданные по варианту (табл. 1.3) концентрации вещества с предельно допустимыми (табл. 1.2) и сделать вывод о соответствии нормам содержания каждого из веществ в графах 9…11 (табл. 1.1), т.е. < ПДК, > ПДК, = ПДК, обозначая соответствие нормам знаком «+», а несоответствие знаком «-». 6. Подписать отчет и сдать преподавателю. Примечание. В настоящем задании рассматривается только независимое действие представленных в варианте вредных веществ. Варианты заданий к практической работе по теме «Оценка воздействия вредных веществ, содержащихся в воздухе» 1 01 04 07 10 2 Фенол Азота оксиды Углерода оксид Вольфрам Полипропилен 3 0,001 0,1 10 5 5 5 Аммиак Ацетон Бензол 02 Озон Дихлорэтан Ацетон Озон Метиловый спирт Ксилол Азота диоксид Формальдегид Толуол Акролеин Дихлорэтан Озон Углерода оксид Формальдегид Вольфрам Аммиак Азота диоксид Вольфрамовый ангидрид Хрома оксид Озон Дихлорэтан 0,5 0,01 0,2 Фенол Этиловый спирт Сернистый ангидрид 05 Озон Серная кислота Соляная кислота Углерода оксид Ацетон Фенол Формальдегид 08 Полипропилен Толуол Винилацетат Азота диоксид Озон Сода кальцини11 рованная Дихлорэтан Углерода оксид Ртуть 0,5 0,5 0,01 0,05 0,01 5 0,01 15 0,02 4 0,5 1 5 0,2 0,001 5 4 7 6 0,01 150 0,05 0,001 5 7 03 0,5 150 0,5 0,01 0,05 5 15 0,3 0,005 0,02 8 0,07 0,15 5 0,001 1 06 09 12 5 10 0,001 Вещество Фактическая концентрация Вариант Вещество Фактическая концентрация Вариант Вещество Фактическая концентрация Вариант Таблица 1.3 8 9 Акролеин 0,01 Дихлорэтан 4 Хлор 0,02 Углерода оксид 10 Сернистый 0,03 ангидрид Хрома оксид 0,1 Азота диоксид 0,04 Сернистый 0,5 ангидрид Хрома оксид 0,2 Аммиак 0,5 Ртуть 0,001 Акролеин 0,01 Метанол 0,3 Этанол 100 Цементная пыль 200 Углерода оксид 15 Ртуть 0,001 Ксилол 0,5 Хлор 0,02 Хрома триоксид 0,1 Аэрозоль вана0,1 дия пентаоксида Углерода оксид 10 Азота диоксид 1 Озон 0,1 Продолжение таблицы 1.3 1 13 16 19 22 25 28 2 Азота диоксид Ацетон Бензол Фенол Углерода оксид Винилацетат Серная кислота Вольфрам Кремния диоксид Фенол Ацетон Озон Азота оксиды Алюминия оксид Фенол Бензол Формальдегид Винилацетат Сернистый ангидрид Серная кислота Вольфрамовый ангидрид Хрома оксид Азота диоксид Аммиак Азотная кислота Серная кислота Ацетон Кремния диоксид Фенол Озон Аммиак Азота диоксид Хрома оксид Ксилол Ртуть Гексан 3 0,5 0,2 0,05 0,01 10 0,1 0,5 5 0,2 0,01 0,2 0,001 0,1 5 0,01 0,05 0,01 0,1 0,5 0,05 5 0,2 0,05 0,5 0,5 0,5 100 0,2 0,001 0,001 0,02 5 0,2 0,5 0,0005 0,01 4 5 Акролеин Дихлорэтан Хлор 14 Хрома триоксид Ксилол Ацетон Аммиак Азота оксиды Вольфрам 17 Алюминия оксид Углерода оксид Фенол Углерода оксид Азота диоксид Формальдегид 20 Акролеин Дихлорэтан Озон Алюминия оксид Азота оксиды Формальдегид 23 6 0,01 5 0,01 0,1 0,3 150 0,001 0,1 4 5 5 0,01 10 1,0 0,02 0,01 5 0,02 5 Винилацетат Бензол Фенол Азотная кислота Аммиак Ацетон 26 Кремния диоксид Фенол Озон Озон Азота диоксид Углерода оксид 29 Хлор Хрома триоксид Аэрозоль ванадия пентаоксида 0,1 0,05 0,005 0,5 0,5 100 0,2 8 0,1 0,02 0,005 0,02 0,05 1 15 0,2 0,09 0,05 7 15 18 21 24 27 30 8 9 Углерода оксид 10 Этилендиамин 0,1 Аммиак 0,1 Азота диоксид 5 Ацетон 100 Бензол 0,05 Ацетон 0,2 Углерода оксид 15 Кремния диоксид 0,2 Фенол 0,003 Формальдегид 0,02 Толуол 0,5 Азотная кислота 0,5 Толуол 0,6 Винилацетат 0,15 Углерода оксид 10 Алюминия оксид 5 Гексан 0,01 Аммиак 0,05 Азота оксид Алюминия оксид Углерода оксид Фенол Вольфрам Акролеин Дихлорэтан Озон Углерода оксид Вольфрам Формальдегид Аммиак Азота диоксид Хрома оксид Соляная кислота Серная кислота Сернистый ангидрид 0,1 5 15 0,005 4 0,01 5 0,01 20 5 0,02 0,4 0,5 0,18 4 0,04 0,4 Таблица 1.4 Пример заполнения таблицы при оценке воздействия вредных веществ, содержащихся в воздухе. Класс опасности Особенности воздействия Азота диоксид Ацетон 0,5 2 0,085 0,04 2 0 0,2 200 0,35 0,35 4 - Бензол 0,05 5 1,5 0,1 2 К Фенол 0,01 0,3 0,01 0,003 2 _ 10 20 5 3 4 Ф 0,1 10 0,15 0,15 3 - Вещество Вариант Концентрация вредного вещества, мг/м3 Углерода оксид Винилацетат Факти- В воз- Макси- Средческая духе мально несуторабо- разовая чная чей < 30 >30 зоны мин мин Соответствие нормам каждого из веществ в отдельности В возду- В воздухе населенхе рабо- ных пунктов при чей зоны времени воздействия <30 >30 мин мин ПДК ПДК ПДК + ПДК ПДК ПДК + + + ПДК ПДК ПДК + + + =ПДК ПДК ПДК + + ПДК ПДК ПДК + ПДК ПДК ПДК + + + Вывод: ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны находится в норме. В воздухе населенных пунктов при времени воздействия менее или 30 минут ПДК диоксида азота, оксида углерода превышает норму, при воздействии свыше 30 минут, также ПДК диоксида азота, оксида углерода и фенола. Следовательно, производство является вредным для людей, проживающих рядом. Необходимо принять соответствующие меры. 9 2. ОБЩЕОБМЕННАЯ И МЕСТНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ Общие сведения Вентиляция – организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения воздуха, загрязненного вредными примесями (газами, парами, пылью), и подачу в него свежего воздуха [4]. По способу подачи в помещение свежего воздуха и удалению загрязненного системы вентиляции подразделяют на естественную, механическую и смешанную. По назначению вентиляция может быть общеобменной и местной [2]. 2.1. РАСЧЕТ ПОТРЕБНОГО ВОЗДУХООБМЕНА ПРИ ОБЩЕОБМЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ Методика расчета При общеобменной вентиляции потребный воздухообмен определяют из условия удаления избыточной теплоты и разбавления вредных выделений свежим воздухом до допустимых концентраций [15, 34]. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны устанавливают по ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны [15] и гигиеническим нормативам [12, 13]. Количество воздуха, которое надо подать системой вентиляции для поглощения избыточной теплоты в помещении L1 вычисляется по формуле: L1 Qčçá , м3/ч, c (t óä tďđ ) (2.1) где Qизб – избыточное количество теплоты, кДж·ч; с – теплоемкость воздуха, Дж/кг·К; с = 1,2 кДж/кг·К; ρ – плотность воздуха, кг/м3 ; t уд – температура воздуха, удаляемого из помещения, принимается равной температуре воздуха в рабочей зоне, t пр – температура приточного воздуха, оС. Расчетное значение температуры приточного воздуха зависит от географического расположения предприятия; для Москвы ее принимают равной 22,3оС. Температуру воздуха в рабочей зоне принимают на 3…5оС выше расчетной температуры наружного воздуха. Плотность воздуха, поступающего в помещение: 353 , 273 tďđ (2.2) Избыточное количество теплоты, подлежащей удалению из производственного помещения, определяют по тепловому балансу: 10 Q изб = Q пр - Qрасх, (2.3) где Q пр – теплота, поступающая в помещение от различных источников, кДжч, Qрасх - потери теплоты в помещении через конструкции зданий, кДж/ч. К основным источникам тепловыделений в производственных помещениях относятся: 1. Горячие поверхности оборудования (печи, сушильные камеры, трубопроводы и др.) 2. Оборудование с приводом от электродвигателей; 3. Солнечная радиация 4. Персонал, работающий в помещении; 5. Различные остывающие массы (металл, вода и др.) Поскольку перепад температур воздуха внутри и снаружи здания в теплый период года незначительный (3…5 С), то при расчете воздухообмена по избытку тепловыделений потери теплоты через конструкции зданий можно не учитывать. При этом некоторое увеличение воздухообмена благоприятно влияет на условия труда работающих в наиболее жаркие дни теплого периода года. С учетом изложенного формула (2.3) принимает следующий вид: Qизб= Q пр (2.4) В настоящем расчетном задании избыточное количество теплоты определяется только с учетом тепловыделений электрооборудования и работающего персонала: Qпр =Qэ.о. + Qр, (2.5) где Qэ.о.- теплота, выделяемая при работе электродвигателей оборудования, кДж/ч, Qр – теплота, выделяемая работающим персоналом, кДж/ч Теплота, выделяемая электродвигателями оборудования: Qэ.о.= 3528· ·N, (2.6) где - коэффициент, учитывающий загрузку оборудования, одновременность его работы, режим работы; = 0,25… 0,35; N – общая установочная мощность электродвигателей, кВт. Теплота, выделяемая работающим персоналом: Qр = n ·Kp , (2.7) где n – число работающих человек; Кр – теплота, выделяемая одним человеком, кДж/ч, принимается равной при легкой работе 300 кДж/ч, при работе средней тяжести 400 кДжч; при тяжелой работе 500 кДжч. 11 Расход приточного воздуха, м3ч, необходимый для поддержания концентрации вредных веществ в заданных пределах: L2 G , (qóä qďđ ) (2.8) где G – количество выделяемых вредных веществ, мг/ч, qуд – концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе, которая не должна превышать предельно допустимую, мг/м3, т.е. qуд qпдк; qпр – концентрация вредных веществ в приточном воздухе, мг/м3. qпр 0,3qуд. (2.9) Определение потребного воздухообмена. Для определения потребного воздухообмена L необходимо сравнить величины L1 и L2, рассчитанные по формулам (2.1) и (2.8) и выбрать наибольшую из них. Кратность воздухообмена, 1/ч: Ę L , Vń (2.10) где L – потребный воздухообмен, м3ч; Vc – внутренний свободный объем помещения, м3 Кратность воздухообмена помещений обычно составляет от 1 до 10 (большие значения для помещений со значительными выделениями теплоты, вредных веществ или небольших по объему). Для машино- и приборостроительных цехов рекомендуемая кратность воздухообмена составляет 1…3, для литейных, кузнечно-прессовых, термических цехов, химических производств – 3…10 [11]. Задание на практическую работу по теме «Расчет потребного воздухообмена при общеобменной вентиляции». Рассчитать необходимый расход приточного воздуха и кратность потребного воздухообмена помещения. Порядок выполнения задания. 1. Ознакомиться с методикой. 2. Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 2.1) 3. Выполнить расчет по варианту. 4. Определить потребный воздухообмен. 5. Сопоставить рассчитанную кратность воздухообмена с рекомендуемой и сделать соответствующий вывод. 6. Подписать отчет и сдать преподавателю. 12 Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет потребного воздухообмена при общеобменной вентиляции» Вариант длина ширина высота Таблица 2.1 Габаритные Устано- Число размеры цеха, вочная работам мощность ющих оборудования, кВт 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 190 180 170 160 150 150 160 170 180 190 20 30 40 40 60 70 80 90 100 100 1 12 13 14 15 16 17 18 19 20 100 200 300 100 200 300 100 200 300 400 50 60 70 70 90 100 110 120 130 140 10 15 20 25 30 10 20 30 40 50 Категория тяжести работы Легкая Средней тяжести Тяжелая Легкая Средней тяжести Тяжелая Легкая Средней тяжести Тяжелая Легкая Легкая Средней тяжести Тяжелая Тяжелая Средней тяжести Тяжелая Легкая Средней тяжести Тяжелая Легкая Легкая Легкая Легкая Легкая Легкая Средней тяжести Средней тяжести Средней тяжести Средней тяжести Средней тяжести Наименование Количество ПДК вредного выделяемо- вредвещества го вредного ного вещества, вещемг/ч ства Ацетон Ацетон Ацетон ацетон Ацетон Ацетон Ацетон Ацетон Ацетон Ацетон Древесная пыль Древесная пыль Древесная пыль Древесная пыль Древесная пыль Древесная пыль Древесная пыль Древесная пыль Древесная пыль Древесная пыль Аэрозоль свинца Аэрозоль свинца Аэрозоль свинца Аэрозоль свинца Аэрозоль свинца Аэрозоль свинца Аэрозоль свинца Аэрозоль свинца Аэрозоль свинца Аэрозоль свинца 20000 30000 40000 50000 60000 20000 30000 40000 50000 60000 50000 60000 50000 80000 90000 100000 110000 120000 130000 140000 20 30 40 50 60 20 30 40 50 60 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 2.2. РАСЧЕТ МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ Общие сведения Местная вытяжная вентиляция предназначена для удаления загрязненного воздуха непосредственно от источников образования вредных выделений. Местные отсосы в зависимости от технологического процесса и оборудо13 вания могут быть выполнены в виде полуоткрытых конструкций (с открытым проемом), внутри которых находятся источники вредных выделений. К местным отсосам относятся вытяжные шкафы, укрытия и т.п. Различают открытые отсосы, находящиеся за пределами источников вредных выделений (вытяжные зонты, бортовые отсосы и т.п.), и полностью закрытые, являющиеся составной частью кожуха машины или аппарата, имеющие отверстие или неплотности для поступления через них воздуха (барабаны для очистки литья, дробилки и т.п.). При местной вытяжной вентиляции отсос должен располагаться на линии распространения потока. Так как эффективность всасывания обратно пропорциональна расстоянию от отверстия, отсос должен быть максимально приближен к источнику вредного выделения, чтобы обеспечить максимальное улавливание вредных выделений. При проектировании местных отсосов следует учитывать, что удаляемый воздух не должен проходить через зону дыхания рабочего персонала и конструкция отсоса не должна мешать работе. При подаче приточного воздуха вблизи местного отсоса должна быть исключена возможность раздувания вредных выделений по производственному помещению. 2.2.1. Методика расчета бортовых отсосов Бортовые отсосы устанавливают главным образом у производственных ванн, представляющих собой открытые резервуары, чаще всего четырехугольной формы, наполненные разного рода растворами. Вредные вещества из производственных ванн могут выделяться в виде паров кислот, щелочей и различных газов. Наиболее действенным методом защиты персонала от вредных выделений является полное укрытие ванны. Однако по технологическим соображениям это возможно крайне редко. Большое распространение получили отсосы в виде щели. Принцип работы бортового отсоса состоит в том, что всасываемый с большой скоростью через узкую заборную щель отсоса воздух образует над зеркалом раствора сильную горизонтальную струю, которая сбивает с вертикального пути выбрасываемые из раствора газы и капли и этим заставляет основную массу капель упасть обратно в ванну, а газы и остальные капли увлекаются в отсос. Горизонтальная струя бортового отсоса быстро ослабевает с удалением от заборной щели, поэтому однобортный отсос делают только при ширине ванны не более 600 мм. На более широких ваннах устанавливают отсосы с двух противоположных сторон ванны (двубортные). В зависимости от типа ванн применяют местные отсосы с щелью всасывания в горизонтальной плоскости (опрокинутые) (рис. 1, а, б, в, г) и в вертикальной плоскости (простые или обычные) (рис. 1, д, е), кроме того используются бортовые отсосы с передувкой (рис. 1, в, г) [10]. Бортовые отсосы располагают по длинным сторонам ванн. Щель бортового отсоса обязательно должна быть расположена к краю ванны. Высоту щели бортового отсоса принимают в пределах 100 мм, высоту щели сдува - 0,0125 ширины ванны, но не менее 5 мм. Количество воздуха (м3/ч), удаляемого бортовыми отсосами без передув14 ки с щелью всасывания в горизонтальной или вертикальной плоскости, следует определять по формуле: V 1400 (0,53 BL H )1 / 3 BLk t k t k1 k 2 k 3 k 4 , BL (2.11) где В - внутренняя ширина ванны, м; L - внутренняя длина ванны, м; Н- расстояние от зеркала раствора до борта ванны, м; k t - коэффициент, учитывающий разность температур раствора и воздуха в помещении (табл. 2.2); k t - коэффициент, учитывающий токсичность и интенсивность выделения вредных веществ (табл. 2.3); k1 - коэффициент, учитывающий тип отсоса ( k1 =1 для двубортового; k1 = 1,8 для однобортового); k 2 - коэффициент, учитывающий воздушные перемешивания раствора ( k 2 = 1 без перемешивания; при наличии барботажа k 2 = 1,2); k 3 - коэффициент, учитывающий укрытие зеркала раствора поплавками (при отсутствии - k 3 = 1, при укрытии шариками k 3 = 0,75); k 4 - коэффициент, учитывающий укрытие зеркала пенным слоем путем введения добавок ПАВ (при отсутствии - k 4 = 1, при перемешивании - k 4 = 0,5). Рис. 1. Схемы бортовых отсосов: опрокинутые (а, в - двубортные; б, г однобортные); обычные (д - двубортный; е - однобортный) 15 Таблица 2.2 Коэффициент учета разности температур раствора и воздуха в помещении ∆t, °C 0 5 10 15 20 25 k t 1,0 1,03 1,16 1,24 1,31 1,39 ∆t, °C 30 35 40 45 50 55 ∆t, °C 60 65 70 75 80 - k t 1,47 1,55 1,63 1,71 1,79 1,86 k t 1,94 2,02 2,10 2,18 2,26 - Таблица 2.3 Коэффициент учета токсичности и интенсивности выделения вредных веществ Группа ванн (табл. 8) kt 1 2 2 1,6 3 1,25 4 1 5 0,5 Таблица 2.4 Удельное количество вредных веществ, удаляемых местным отсосом от гальванических ванн, группы ванн и рекомендации по очистке выбросов [10] № п/п 1 1 2 3 4 5 6 Технологический процесс нанесения гальванических покрытий 2 Электрохимическая обработка металлов в растворах, содержащих хромовую кислоту в концентрации 150...350 г/л, при силе тока более 1000 А (хромирование, анодное активирование, снятие меди и др.) То же, в растворах, содержащих хромовую кислоту в концентрации 30...60 г/л (электрополирование алюминия, стали и др.) То же, в растворах, содержащих хромовую кислоту в концентрации 30…100 г/л, при силе тока менее 500 А (анодирование алюминия и магниевых сплавов и др.), а также химическое Химическая обработка стали в растворах хромовой кислоты и ее солей при t ≥ 50 °С (пассивация, травление, снятие оксидной пленки, наполнение Химическая обработка металлов в растворах хромовой кислоты и ее солей при t 50 °С (осветление, пассивация и др.) Электрохимическая обработка в растворах щелочи (анодное снятие шлама, обезжиривание, лужение, цинкование в щелочных электролитах, снятие олова, оксидирование меди, снятие хрома и др.) 16 Определяющее вещество Максимальное количество, г/(м2·с) 4 Группа ванн Хромовый ангидрид Способ очистки Метод* Аппараты** 5 6 7 10 1 2 1; 6 Хромовый ангидрид 2 2 2 1; 6 Хромовый ангидрид 1 3 2 1; 6 Хромовый ангидрид 5,5·103 4 2 1; 6 Хромовый ангидрид 0 5 - - Щелочь 11 2 2 2; 6 3 Продолжение таблицы 2.4 1 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 2 Химическая обработка металлов в растворах щелочи (оксидирование стали, химическое полирование алюминия, рыхление окалины на титане, травление алюминия, магния и их сплавов и др.) при температуре раствора, °С: более 100 менее 100 Химическая обработка металлов, кроме алюминия и магния, в растворах щелочи (химическое обезжиривание, нейтрализация и др.) при температуре раствора, °С: более 50 менее 50 Кадмирование, серебрение, золочение и электрохимическое декапирование в цианистых растворах Цинкование, меднение, латунирование, химическое декапирование, амальгамирование в цианистых растворах Химическая обработка металлов в застворах, содержащих фтористоводородную кислоту и ее соли Химическая обработка металлов в концентрированных холодных и разбавленных нагретых растворах, содержащих соляную кислоту (травление, снятие шлама и др.) Химическая обработка металлов, кроме снятия цинкового и кадмиевого покрытия, в холодных растворах, содержащих соляную кислоту в концентрации до 200 г/л Электрохимическая обработка металлов в растворах, содержащих серную кислоту в концентрации 150..350 г/л, а также химическая обработка в концентрированных холодных и разбавленных нагретых растворах (анодирование, электрополирование, травление и т.д.) Меднение, лужение, цинкование и кадмирование в сернокислых растворах при t < 50°С, а также химическая активация Химическая обработка металлов в концентрированных холодных и разбавленных нагретых растворах, содержащих ортофосфорную кислоту (фосфатирование и др.) Химическая обработка металлов в концентрированных нагретых растворах и электрохимическая обработка в концентрированных холодных растворах, содержащих ортофосфорную кислоту (химическое полирование алюминия, электрополирование ста- 17 3 4 5 6 7 Щелочь Щелочь 55 55 2 3 2 2 2; 6 2; 6 Щелочь Щелочь Цианистый водород Цианистый водород Фтористый водород 0 0 4 5 - - 5,5 2 1 4 1,5 2 1 4 20 2 1 3 Хлористый водород 80 3 1 3 Хлористый водород 3·10-1 5 1 3 Серная кислота 7 2 2 1; 6 Серная кислота 0 5 - - Фосфорная кислота 6·10-1 3 2 1; 6 Фосфорная кислота 5 2 2 1; 6 ли, меди и др.) Продолжение таблицы 2.4 1 2 18 Химическая обработка металлов в разбавленных растворах, содержащих азотную кислоту (осветление алюминия, химическое снятие никеля, травление, декапирование меди, пассивация и др.) при концентрации раствора, г/л: более 100 менее 100 19 Никелирование в хлоридных растворах при плотности тока свыше 1 А/дм2 20 21 22 23 24 25 3 4 5 6 7 3 0 3 5 1 - 5 - 1,5·10-1 1 2 1; 6 3·10-2 2 2 1; 6 0 4 - - 0 4 - - 0 0 4 5 - - 0 4-5 - - Азотная кислота и оксиды азота Растворимые соли никеля То же в сульфатных растворах Растворимые соли никеля Меднение в этилендиаминовом электролите Этилендиамин Кадмирование и лужение в кислых электроФенол литах с добавкой фенола Крашение в анилиновом красителе Анилин Промывка в горячей воде Вода Безвредные технологические процессы при наличии неприятных запахов, например, аммиака, клея и др. *Методы очистки: 1 - абсорбционный; 2 - фильтрация. **Типы аппаратов очистки: 1 — фильтры-туманоуловители ФВГ-Т (корпус из титана); 2 — фильтрытуманоуловители ФВГ-С (корпус из стали); 3 - фильтры-туманоуловители ФВГ-Т с орошаемой приставкой; 4 фильтры-туманоуловители ФВГ-С-Ц; 5 - насадочный фильтр типа ВЦНИИОТ; 6 - сепараторы, встраиваемые в бортовой отсос. Выбор вентилятора производится с учетом необходимого напора и производительности. Потребная мощность (кВт) на валу электродвигателя рассчитывается по формуле: N VP , 3600 102 â ď где V- производительность, м3/ч; ∆Р - напор, Па; â - КПД вентилятора (0,6...0,85); ď - КПД передачи (0,9...1,0). Задание на практическую работу по теме «Расчет бортовых отсосов» 18 (2.12) Определить необходимую мощность электродвигателя вентилятора, обеспечивающего эффективную работу бортового отсоса выделяющихся из ванны газов для заданного технологического процесса. Порядок выполнения задания. 1. Ознакомиться с методикой. 2. Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 2.5) 3. Определить количество воздуха, которое должно удалятся бортовыми отсосами. 4. Определить потребную мощность электродвигателя вентилятора. 5. Подписать отчет и сдать преподавателю. Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет бортовых отсосов» Таблица 2.5 Исходные данные № Технологический вар. В, мм L, м Н, мм t â , °С t ď ,°С процесс по табл. k 2 2.4 1 750 1,2 200 85 25 1 1 2 750 1,2 200 75 15 2 1 3 750 1,5 80 80 20 3 1 4 1000 5 80 100 20 4 1 5 1250 5 80 95 20 5 1 6 1000 3,5 80 75 20 6 1,2 7 750 1,0 200 80 15 7 1,2 8 500 1,0 80 85 25 8 1,2 9 550 1,0 80 100 20 9 1 10 600 1,2 80 95 20 10 1 11 500 1,2 80 75 20 11 1,2 12 750 1,5 120 80 15 12 1,2 13 1000 8 200 95 25 13 1,2 14 750 1,5 200 85 25 14 1 15 650 1,5 80 70 15 15 1 16 600 2,0 80 95 20 16 1,2 17 1000 3 180 95 20 17 1,2 18 1000 3,5 200 100 20 18 1,2 19 500 1,0 80 80 15 19 1 20 750 1,2 80 95 20 20 1 21 500 2,0 80 95 20 21 1,2 22 650 3,0 80 100 25 22 1 23 700 1,5 120 70 15 23 1,2 24 1250 5 200 100 20 24 1,2 25 1000 5 200 80 20 25 1,2 26 750 1,2 80 95 20 1 1,2 27 750 1.5 200 80 20 2 1 28 1250 10 200 75 15 3 1 29 1000 8 200 80 20 4 1,2 19 k3 k4 1 0,75 1 0,75 1 0,75 1 0,75 1 0,75 1 0,75 1 0,75 1 0,75 1 0,75 0,75 1 1 0,5 1 0,75 1 0,75 1 0,75 1 1 0,5 1 0,5 1 1 0,5 0,5 1 0,5 0,5 1 0,5 1 0,5 1 0,5 0,5 1 1 0,5 1 1 0,5 0,5 0,5 1 0,5 0,5 ∆Р, Па â 300 350 450 400 350 500 450 350 400 450 350 450 300 550 600 550 600 600 350 600 350 350 600 650 650 400 450 500 550 0,6 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,6 0,65 0,7 0,6 0,65 0,7 0,8 0,75 0,8 0,75 0,6 0,65 0,7 0,8 0,6 0,85 0,6 0,85 0,6 0,85 0,85 0,05 ď 0,9 1,0 0,9 0,9 1,0 0,9 1,0 1,0 0,9 0,95 1,0 0,8 1,0 1,0 0,9 0,95 1,0 0,95 0,9 0,95 0,95 1,0 0,9 1,0 0,9 0,9 0,9 1,0 1,0 30 1000 5 200 75 20 5 1 0,75 1 300 0,85 0,95 2.2.2. Методика расчета вытяжных зонтов Вытяжные зонты устанавливаются над оборудованием с устойчивым конвективным потоком, а также над пылящим и газовыделяющим оборудованием. С поверхности источника вредных выделений, имеющего температуру выше температуры атмосферы цеха, поднимается конвективный поток, обусловленный разностью плотностей нагретых и холодных газов или паров. Эти потоки захватывают частицы пыли, пары и образующиеся газы и уносят их вверх от нагретой поверхности. На рис. 2. показана схема зонта для улавливания вредных выделений. Эффективность работы вытяжного зонта зависит от количества удаляемого воздуха L и скорости w отсасывания смеси газов и тонкодисперсной пыли (сравнение с рекомендованной w для определенной группы вредных веществ), а также от расстояния зонта от теплогазопылевыделяющей поверхности Н и угла раскрытия зонта а (обычно α < 60°). α Н В Dэкв Источник вредных выделений Рис. 2. Схема вытяжного зонта Экспериментально определено, что оптимальная высота установки рабочего сечения зонта от источника должна быть (0,2...0,4)Dэкв ( Dýęâ 1,13 Fčńň - эквивалентный диаметр источника выделений, м2; Fист - площадь поверхности последнего, м2). При установке вытяжных зонтов на высоте (0,4...0,8)Dэкв необходимо в расчетную формулу (2.13) вводить коэффициент, характеризующий подвижность воздуха помещения. Установка зонта на расстоянии более 0,8Dэкв (при любых расходах воздуха) сопровождается нерациональным режимом с частичным улавливанием конвективной струи и сопутствующих газов [19]/ Исходя из практических данных габаритные размеры зонта (длина и ширина) принимаются на 0,2 м больше размеров источника вредных выделений. Эффективная работа L (м3/ч) вытяжного зонта обеспечивается при расходе удаляемого воздуха от теплогазоисточника: 20 L (43 H / Dýęâ 0,65) Q1 / 3 D 5 / 3 Ę Ę , (2.13) где Ę - поправочный коэффициент на подвижность воздуха помещения; Ę - поправочный коэффициент на наличие газовой составляющей в конвективном потоке; Q - количество конвективной теплоты, теряемой источников теплогазовыделений: Q 2,67 Fčńň t 4 / 3 , (2.14) где ∆t - разность температур источника вредных выделений и воздуха рабочего помещения, °С. Коэффициент Ę можно определить по графику на рис. 3 зависимости от скорости движения воздуха в помещении wп и параметра А. Kv 5 1 4 2 3 3 2 4 5 6 1 0,2 0,4 0,8 0,6 1,0 w, м/с Рис. 3. Поправочный коэффициент Kv на подвижность воздуха в помещении при А: 1 - 2,0; 2 - 1,0; 3 - 0,5; 4 - 0,38; 5 - 0,25; 6 - 0,19 Ŕ Dýęâ 2 Q F (2.15) Зная значение коэффициента Ę из табл. 2.6, можно найти коэффициент Ę . Таблица 2.6 Значения коэффициента Ę в зависимости от Ę Ę 1 1,5 2,0 2.5 3,0 3,5 4,0 Ę 1,2 1.23 1,27 1,3 1,33 1,37 1,4 В зависимости от класса опасности выделяющихся газов должно меняться значение средней скорости в плоскости приемного сечения зонта wср (м/с), определяемой по формуле: wńđ L / Fçîíň , 21 (2.16) где Fзонт - площадь сечения зонта, м2, Fзонт = АВ. Рекомендованная скорость отсоса воздуха для различных вредных веществ представлена в табл. 2.7. Таблица 2.7 Рекомендованная скорость отсоса воздуха для различных вредных веществ Группа веществ I - чрезвычайно опасные II - особо опасные III - умеренно опасные IV - мало опасные ПДК, мг/м3 0,1 0,1...1,0 1,0...10,0 Более 10 w, м/с 1,75...2,0 1,5...1,75 1,0...1,5 0,75...1,0 Выбор вентилятора производится с учетом необходимого напора и мощности. Потребная мощность (кВт) на валу электродвигателя рассчитывается по формуле 2.12. Задание к практической работе по теме «Расчет вытяжного зонта». Определить необходимую мощность электродвигателя вентилятора, обеспечивающего эффективную работу вытяжного зонта, установленного над заданным источником пылегазовыделения. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Порядок выполнения работы Ознакомиться с методикой. Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 2.8) Определить габаритные размеры вытяжного зонта. Определить среднюю скорость в плоскости приемного сечения зонта и сравнить ее с рекомендованной. Определить эффективную работу вытяжного зонта и мощность электродвигателя. Начертить схему требуемого вытяжного зонта. Подписать отчет и сдать преподавателю. Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет вытяжного зонта» Таблица 2.8 № вар. 1 1 2 3 4 5 6 7 Температура, °С АВ или D, м Вещество источника воздуха помещения 2 3 4 5 484 24 1,4 Zn 504 24 Pb 0,91,2 1225 25 0,8 Ni 938 28 0,9 Mn 1128 28 Сu 1,41,6 524 24 1,2 Sn 526 26 1,2 Br 22 Н, м 6 0,3 0,47 0,5 0,45 0,34 0,9 0,8 wп м/с P, кПа 7 0,4 0,4 0,4 0,6 0,6 0,5 0,5 8 300 450 640 680 520 320 280 8 9 10 11 1103 693 1453 1286 23 23 23 26 0,81,0 24 0,60,8 1,82,0 Sb Al SiO2 HF 0,6 0,5 0,3 1,2 0,5 0,4 0,5 0,3 380 420 480 360 Продолжение таблицы 2.8 1 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 2 874 1223 1120 980 1154 928 726 824 768 823 942 634 823 652 987 861 1050 510 987 3 24 23 20 20 24 28 26 24 28 23 22 24 23 22 23 24 25 26 24 4 1,4 2,1 0,51,8 0,61,2 2,3 1,21,4 0,90,9 0,81,4 0,70,9 2,0 1,41,6 1,21,4 1,01,0 0,91,2 0,61,8 0,71,2 3,0 2,5 1,41,4 23 5 NO2 As Ag CS2 FeO SO2 CO СгО3 MgO TiCl4 Фенол НСl СО ПАМ Ni Mn Сu Sn Br 6 0,9 1,0 0,8 0,5 1,6 1,0 0,6 0,8 0,4 0,8 0,6 0,7 0,5 0,6 0,5 0,3 1,2 0,9 1,0 7 0,3 0,6 0,3 0,4 0,3 0,3 0,3 0,6 0,4 0,6 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,6 0,4 0,6 8 440 520 580 310 400 380 320 400 300 500 450 420 320 300 680 520 320 280 380 3. РАСЧЕТ АППАРАТУРЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ОТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ Общие сведения В результате проведения разнообразных производственных процессов атмосферный воздух может загрязняться взвешенными твердыми или жидкими частицами, которые подразделяют на пыль, дым и туман. Для улавливания взвешенных частиц применяют различную аппаратуру. Наиболее распространенные получили циклонные аппараты для сухого механического пылеулавливания. Цилиндрические циклоны предназначены для улавливания сухой пыли, золы и т.д. наиболее эффективно циклоны работают, когда размер частиц пыли превышает 20 мкм. Конические циклоны предназначены для очистки газовых и воздушных сред от сажистых частиц. Чем больше диаметр циклона, тем выше его производительность. В табл. 3.1 приведены некоторые технологические параметры циклонов [28]. Таблица 3.1 Значения оптимальной скорости газа в циклоне и дисперсный состав улавливаемой пыли Параметр Цилиндрические циклоны ЦН-15 ЦН-24 ЦН-11 3,5 4,5 3,5 0,283 0,308 0,352 6 8,5 3,65 Конические циклоны СДК-ЦН-33 СК-ЦН-34 Ск-ЦН-34м 2 1,7 20 0,364 0,308 0,34 2,31 1,95 1,13 Оптимальная скорость Дисперсный состав пыли Ň d 50 Примечание: для циклонов принят следующий ряд внутренних диаметров(мм): 200,300,400,500,600,700,800,900,1000,1200,1400,1600,1800,2000,3000. Методика расчета циклонов Для расчета циклона необходимо выбрать его тип. Задавшись типом циклона, определяют оптимальную скорость газа в циклоне Wопт, мс. Внутренний диаметр циклона, м, [5]: 4Q D Wîďň 1/ 2 , (3.1) где Q - производительность циклона (количество очищаемого газа). Полученное значение внутреннего диаметра циклона округляют до ближайшего типового значения в соответствии с рядом и все расчеты геометрических размеров циклона ведут по типовому значению D. Если расчетный диаметр циклона превышает его максимально допустимое значение, то необходимо применять два или более параллельно установленных циклона. По выбранному диаметру циклона определяют действительную скорость газа в циклоне: W 4Q , ď D 2 где n - число циклонов. 24 (3.2) Для оценки эффективности очистки газов в циклоне сначала необходимо рассчитать диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50 %, мкм: Ň ( D / 0,6) (3,5 / W ) d 50 d 50 1/ 2 (3.3) , где d 50Ň – диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50% для типового циклона. 1 0,875 0,75 Ф(Х) 0,625 0,5 0,375 0,25 0,125 0 -2,5 -1,5 -0,5 0 0,5 1,5 2,5 Х Рис. 4. Зависимость нормальной функции распределения Ф (Х) Далее определяют параметр Х: Ň [lg( d m / d 50 )] , Ő [(lg ) (lg m )]1 / 2 (3.4) где dm и lgm – дисперсный состав пыли, lg - дисперсный состав пыли для заданного типа циклона. По значению параметра Х определяют значение нормальной функции распределения Ф(Х). Эффективность очистки газов в циклоне: = 0,5 (1+ Ф (Х)). (3.5) Задание на практическую работу по теме «Расчет аппаратуры для защиты атмосферного воздуха от промышленных загрязнений» Для заданных условий определить тип и основные характеристики циклона для очистки атмосферного воздуха от промышленных загрязнений 25 Порядок выполнения задания Ознакомиться с методикой Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 3.2) Выбрать тип используемой аппаратуры Выполнять расчет выбранной аппаратуры Начертить схему выбранной и рассчитанной аппаратуры, оценить эффективность очистки. 6. Подписать отчет и сдать преподавателю. 1. 2. 3. 4. 5. Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет аппаратуры для защиты атмосферного воздуха от промышленных загрязнений» Таблица 3.2 Вариант 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Вид пыли Летучая зола Летучая зола Летучая зола Летучая зола Летучая зола Пыль красителей Пыль красителей Пыль красителей Пыль красителей Пыль красителей Силикозоопасные пыли Силикозоопасные пыли Силикозоопасные пыли Силикозоопасные пыли Силикозоопасные пыли Металлургические пыли Металлургические пыли Металлургические пыли Металлургические пыли Металлургические пыли Металлургические пыли Металлургические пыли Металлургические пыли Металлургические пыли Металлургические пыли Пыль от вагранок Пыль от вагранок Пыль от вагранок Пыль от вагранок Пыль от вагранок Дисперсный состав пыли dmмкм lgm 0,5 10 0,5 15 0,5 20 0,5 30 0,5 40 0,4 9 0,4 8 0,4 7 0,4 6 0,4 5 0,3 5 0,3 6 0,3 7 0,3 8 0,3 9 0,5 90 0,5 80 0,5 70 0,5 60 0,5 50 0,4 40 0,4 30 0,4 20 0,4 10 0,4 9 0,3 8 0,3 10 0,3 20 0,3 30 0,3 40 26 Количество очищаемого газа, Q, м3/с 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,4 1,3 1,2 1,1 1 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 2 1,9 1,8 1,7 1,6 4. РАСЧЕТ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ Общие сведения В настоящее время 90 % информации человек получает с помощью органов зрения. Нерациональное освещение на рабочем месте в цехе, в лаборатории, помещении ВЦ, офисе, дома при чтении приводит к повышенной утомляемости, снижению работоспособности, перенапряжению органов зрения и снижению его остроты. Рациональное освещение должно быть спроектировано в соответствии с нормами, приведенными в СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. [32], а также рекомендациями, изложенными в литературе[3, 7, 9, 35] и требованиям гигиенических нормативов [26]. Методика расчета искусственного освещения Учитывая заданные по варианту характеристики зрительной работы (наименьший размер объекта различения, характеристика фона и контраст объекта различения с фоном), с помощью таблицы определяют разряд и подразряд зрительной работы, а также нормируемый уровень минимальной освещенности на рабочем месте. Таблица 4.1 Нормы проектирования искусственного освещения (фрагмент) [32] Характе- Наименьший Разряд зриристика размер объекта тельной зрительной различения, работы работы мм Наивысшей точности Менее 0,15 1 Очень высокой точности 0,15-0,3 2 Высокой точности 0,3 3 Подраз- Контраст ХарактеОсвещенность, лк ряд зри- объекта с ристика Комбиниро- Общее тельной фоном фона ванное освещение работы освещение А Малый Темный 5000 1500 Б Малый Средний 4000 1250 Средний Темный В Малый Светлый 2500 750 Средний Средний Большой Темный Г Средний Светлый 1500 400 Большой Светлый Большой Средний А Малый Темный 4000 1250 Б Малый Средний 3000 750 Средний Темный В Малый Светлый 2000 500 Средний Средний Большой Темный Г Средний Светлый 1000 300 Большой Светлый Большой Средний А Малый Темный 2000 500 Б Малый Средний 1000 300 Средний Темный В Малый Светлый Средний Средний 750 300 Большой Темный Г Средний Светлый 400 200 Большой Светлый 27 Распределяют светильники и определяют их число. Равномерное освещение горизонтальной рабочей поверхности достигается при определенных отношениях расстояния между центрами светильников L, м (L = 1,75 Н) к высоте их подвеса над рабочей поверхностью Нр, м. Число светильников с люминесцентными лампами (ЛЛ), которые приняты во всех вариантах в качестве источника света: N S , LM (4.1) где S - площадь помещения, м2; М – расстояние между параллельными рядами, м. В соответствии с рекомендациями: M 0,6 H đ . (4.2) Оптимальное значение М = 2…3 м. Для достижения равномерной горизонтальной освещенности светильники с ЛЛ рекомендуется располагать сплошными рядами, параллельными стенам с окнами или длинным сторонам помещения. Для расчета общего равномерного освещения горизонтальной рабочей поверхности используют метод светового потока, учитывающий световой поток, отраженный от потолка и стен. Расчетный световой поток, лм, группы светильников с ЛЛ: Ô ë. đŕń÷.. Ĺí S Z K , N (4.3) где Ен – нормированная минимальная освещенность, лк; Z – коэффициент минимальной освещенности; Z = Eср / Eмин, для ЛЛ Z = 1,1; К – коэффициент запаса; - коэффициент использования светового потока ламп. Показатель помещения: i A B , Í đ ( Ŕ Â) (4.4) где А и В – длина и ширина помещения, м. Значения коэффициента запаса зависят от характеристики помещения: для помещений с большим выделением тепла К = 2, со средним К = 1,8, с малым К = 1,5. Значения коэффициента использования светового потока приведены в табл. 4.2. Таблица 4.2 Значения коэффициента использования светового потока Показатель помещения Коэффициент использования светового потока 1 2 3 4 5 0,28…0,46 0,34…0,57 0,37…0,62 0,39…0,65 0,40…0,66 28 По полученному значению светового потока с помощью табл. 4.3 подбирают лампы, учитывая что в светильнике с ЛЛ может быть больше одной лампы, т. е. n может быть равно 2 или 4. В этом случае световой поток группы ЛЛ необходимо уменьшить в 2 или 4 раза. Таблица 4.3 Характеристика люминесцентных ламп Тип и мощность, ВТ ЛДЦ 20 ЛБ 20 ЛДЦ 30 ЛБ 30 ЛДЦ 40 ЛД 40 ЛДЦ 65 ЛДЦ 80 ЛБ 80 Длина, мм 604 604 609 909 1214 1214 1515 1515 1515 Световой поток, лм 820 1180 1450 2100 2100 2340 3050 4070 5220 Световой поток выбранной лампы должен соответствовать соотношению: Ф л.расч. = (0,9…1,2) Ф л..табл,. (4.5) где Ф л.расч. – расчетный световой поток, лм; Ф л.табл. – световой поток, определенный по табл. 17, лм. Потребляемая мощность, Вт, осветительной установки: P = p·N·n, (4.6) где р – мощность лампы, Вт; N – число светильников, шт; n – число ламп в светильнике, для ЛЛ n равняется 2 или 4. Задание на практическую работу по теме «Расчет общего освещения» Определить нормы искусственного освещения для заданного производственного освещения, рассчитать необходимое число источников искусственного освещения, определить их местонахождение. Порядок выполнения работы. 1. Ознакомиться с методикой расчета 2. Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 4.4) 3. Определить разряд и подразряд зрительной работы, нормы освещенности на рабочем месте, используя данные варианта и нормы освещенности. 4. Рассчитать число светильников 5. Распределить светильники общего освещения с ЛЛ по площади производственного помещения. 29 6. Определить световой поток группы ламп в системе общего освещения, используя данные варианта и приведенные формулы. 7. Подобрать лампу по данным табл. 4.3. и проверить выполнение условия соответствия Ф л.расч. и Ф л. табл. 8. Определить мощность, потребляемую осветительной установкой. 9. Подписать отчет и сдать преподавателю. Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет общего освещения» Таблица 4.4 1 2 01 Вычислительный центр, машинный зал 02 Вычислительный центр, машинный зал 03 Дисплейный зал 04 Дисплейный зал 05 Архив хранения носителей информации 06 Лаборатория технического обслуживания ЭВМ 07 Аналитическая лаборатория 08 Оптическое производство; участок подготовки шихты 09 Участок варки стекла 10 Механизированный участок получения заготовок 11 Участок шлифовальных станков 12 Участок полировальных станков 13 Механический цех, металлорежущие станки 14 Прецизионные металлообрабатывающие станки Габаритные размеры помещения длина, А, м ширина, В, м высота, Н, м вариант Производственное помещение Наимень Контраст Харак- Характеристиший раз- объекта теристи- ка помещения мер объ- различе- ка фона по условиям екта раз- ния с среды личения, фоном мм 3 4 5 6 7 8 60 30 5 0,4 малый светлый 40 20 5 0,45 35 20 5 0,35 20 15 5 0,32 большой темный 25 10 5 0,5 средний светлый 25 12 5 0,31 средний средний 20 10 5 0,48 средний средний 36 12 5 0,49 большой средний 60 24 8 0,5 средний светлый 46 24 8 0,5 средний светлый 40 18 6 0,4 большой светлый 50 24 6 0,38 средний светлый 90 24 6 0,28 средний светлый 36 18 5 0,3 средний светлый 30 средний средний малый средний 9 Небольшая запыленность Небольшая запыленность Небольшая запыленность Небольшая запыленность Небольшая запыленность Небольшая запыленность Небольшая запыленность Большая запыленность Небольшая запыленность Небольшая запыленность Небольшая запыленность, высокая влажность Небольшая запыленность, высокая влажность Небольшая запыленность Небольшая запыленность Продолжение таблицы 4.4 1 2 15 Прецизионные металлообрабатывающие станки 16 Станки с ЧПУ 17 Автоматические линии 18 Инструментальный цех 19 Инструментальный цех 20 Участок сборки 21 Участок сборки 22 Производство печатных плат, гальванический цех: ванны (травление, мойка, металло-покрытие) 23 Автоматические линии металлопокрытий 24 Участок контрольноизмерительных приборов 25 Рабочие места ОТК с визуальным контролем качества изделий 26 Участок сварки 27 Участок контроля сварных соединений 28 Участок импульснодуговой сварки 29 Участок автоматизированных установок 30 Лаборатория для металлографических исследований 3 4 5 6 54 12 5 0,35 большой средний 60 24 5 0,2 средний светлый 80 36 5 0,34 большой светлый 60 18 5 0,18 средний светлый 76 24 6 0,23 большой средний 50 18 6 0,25 большой светлый 56 24 5 0,28 большой светлый 65 18 8 0,45 большой средний 60 24 8 0,48 средний средний 24 12 5 0,46 средний светлый 30 12 5 0,2 большой светлый 40 12 7 0,4 средний светлый 66 18 5 0,35 большой средний 56 18 8 0,4 средний светлый 90 24 8 0,45 большой средний 36 12 5 0,49 средний средний 31 7 8 9 Небольшая запыленность Небольшая запыленность Небольшая запыленность Небольшая запыленность Небольшая запыленность Небольшая запыленность Небольшая запыленность Высокая влажность, небольшая запыленность Высокая влажность, небольшая запыленность Небольшая запыленность Небольшая запыленность Средняя запыленность Небольшая запыленность Средняя запыленность Средняя запыленность Небольшая запыленность 5. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ ОТ ШУМА Общие сведения Шум - это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности, возникающих при упругих колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах. Снижение уровня шума, распространяющегося по воздуху, наиболее радикально может быть осуществлено устройством на пути его распространения звукоизолирующих преград. Принцип звукоизоляции заключается в том, что большая часть падающей на преграду звуковой энергии отражается и лишь незначительная ее часть проникает через преграду. Звукоизоляцией называется ослабление звуковой энергии при передаче ее через преграду. В процессе разработки проектов генеральных планов городов и детальной планировки их районов предусматривают градостроительные меры по снижению транспортного шума в жилой застройке [14, 29, 31]. При этом учитывают расположение транспортных магистралей, жилых и нежилых зданий, возможное наличие зеленых насаждений. Учет этих факторов помогает в одних случаях обойтись без специальных строительно-акустических мероприятий по защите от шума, а в других – снизить затраты на их осуществление. 5.1. МЕТОДИКА РАСЧЕТА УРОВНЯ ШУМА В ЖИЛОЙ ЗАСТРОЙКЕ Задача данного практического занятия – определить уровень звука в расчетной точке (площадка для отдыха в жилой застройке) от источника шума – автотранспорта, движущегося по уличной магистрали. Уровень звука в расчетной точке, дБА: Lрт = Lи.ш. - Lрас - Lвоз - Lзел - Lэ –Lзд , (5.1) где Lи.ш. – уровень звука от источника шума (автотранспорта); Lрас – снижение уровня звука из-за его рассеивания в пространстве; дБА; Lвоз – снижение уровня звука из-за его затухания в воздухе, дБА, Lзел – снижение уровня звука зелеными насаждениями, дБА; Lэ – снижение уровня звука экраном (зданием), дБА; Lзд - снижение уровня звука зданием (преградой), дБА. В формуле (5.1) влияние травяного покрытия и ветра на снижение уровня звука не учитывается. Снижение уровня звука от его рассеивания в пространстве: Lрас = 10·lg(rn / ro), (5.2) где rn – кратчайшее расстояние от источника шума до расчетной точки, м; ro – кратчайшее расстояние между точкой, в которой определяется звуковая характеристика источника шума, и источники шума, м; ro=7,5 м. Снижение уровня звука из-за его затухания в воздухе: 32 Lвоз = (воз· rn)/100, (5.3) где воз - коэффициент затухания звука в воздухе; воз = 0,5 дБА/м. Снижение уровня звука зелеными насаждениям: Lвоз = зел ·В, (5.4) где зел – постоянная затухания шума; зел = 0,1 дБА; В – ширина полосы зеленых насаждений; В = 10 м. Снижение уровня звука экраном (зданием) Lэ, зависит от разности длин путей звукового луча, м (табл. 5.1). Таблица 5.1. Зависимость снижения уровня звука от разности длин путей звукового луча. Lвоз 1 14 2 16,2 5 18,4 10 21,2 15 22,4 20 22,5 30 23,1 50 23,7 60 24,2 Расстоянием от источника шума и от расчетной точки до поверхности земли можно пренебречь. Снижение шума за экраном (зданием) происходит в результате образования звуковой тени в расчетной точке и огибания экрана звуковым лучом. Снижение шума зданием (преградой) обусловлено отражением звуковой энергии от верхней части здания: L зд = K·W, (5.5) где К – коэффициент, дБА/м; К = 0,8…0,9; W – толщина (ширина) здания, м. Допустимый уровень звука на площадке для отдыха – не более 45 дБА. Задание на практическую работу по теме «Расчет уровня шума в жилой застройке» Определить уровень звука в расчетной точке (площадка для отдыха в жилой застройке) от источника шума – автотранспорта, движущегося по уличной магистрали. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с методикой расчета 2. Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 5.2) 3. В соответствии с данными варианта определить снижение уровня звука в расчетной точке и, зная уровень звука от автотранспорта (источник шума), по формуле (5.1) найти уровень звука в жилой застройке. 4. Определив уровень звука в жилой застройке, сделать вывод о соответствии расчетных данных допустимым нормам. 5. Подписать отчет и сдать преподавателю. 33 Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет уровня шума в жилой застройке» Таблица 5.2 Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Расстояние до расчетной точки rn , м 70 80 85 90 100 105 110 115 125 135 60 65 75 80 100 95 105 110 115 120 65 70 80 85 95 100 110 115 120 125 Разность длин путей звукового луча δ, м 5 10 15 20 30 50 60 5 10 15 20 30 50 60 5 10 15 20 30 50 60 5 10 15 20 30 50 60 5 10 Толщина (ширина) здания W, м 10 10 12 12 14 14 16 16 18 18 10 10 12 12 14 14 16 16 18 18 10 10 12 12 14 14 16 16 18 18 Уровень звука от источника Lи. ш, дБа 70 70 70 70 70 75 75 75 75 75 80 80 80 80 80 85 85 85 85 85 90 90 90 90 90 70 70 70 70 70 5.2. РАСЧЕТ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ШУМА При колебаниях частиц среды в ней возникает переменное давление, называемое звуковым давлением Р (Па). Уровень звукового давления, измеряемый в децибелах (дБ), определяется по формуле Lp = 20 1g(P/ Р0), где Р0 = пороговое звуковое давление, равное 2·10-5 Па [17]. Для частотной характеристики шума звуковой диапазон разбивают на октавные полосы частот, где верхняя граничная частота fв равна удвоенной нижней частоте fн, т.е. fв / fн = 2. Октавная полоса характеризуется среднегеометрической частотой fср = f ńđ f í f â 34 Уровень звука - это измеренное значение шума с учетом коррекции, приближенно отражающей чувствительность человеческого уха (по шкале ампер шумомера), измеряемое в децибел-амперах (дБА). Уровни звука и звукового давления в октавных частотах для основного оборудования металлургического производства приведены в табл. 5.3 [18]. Таблица 5.3 Уровень звукового давления в рабочей зоне промышленного оборудования Уровни звукового давления, дБ, в октавных поло- Уровни сах со среднегеометрическими частотами, Гц Наименование оборудования звука, 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 дБА 1 ДСП (5 т) 107 118 119 112 116 111 103 97 65 118 2 Конвертер (100 т) 88 95 100 103 107 107 107 103 96 111 3 ДСП (200 т) 103 127 125 123 129 123 120 114 103 126 4 Молотковая дробилка 98 106 108 107 106 102 98 95 87 108 5 Вентиляция цеха 99 110 113 121 119 118 117 117 114 126 6 Мартеновская печь 300 т 97 103 103 107 104 107 102 95 81 109 7 Колпаковая печь 94 97 108 107 109 109 105 96 88 113 8 Нагревательная печь 97 100 104 104 97 95 88 81 71 107 9 Агрегат резки листа 94 105 108 110 11 112 113 115 114 116 10 Стан 450, клеть 92 108 110 110 108 105 101 94 95 114 11 Участок формовки 94 110 109 103 110 111 105 104 102 112 12 Участок очистки литья 93 101 103 107 113 116 113 106 96 109 13 Участок бегунов 93 100 103 102 97 90 88 85 79 97 14 Участок шаровых мельниц 98 101 103 104 107 110 109 104 95 112 15 Инерционная решетка 91 111 113 113 118 117 117 110 101 121 16 Термическая печь 94 103 110 108 107 99 85 81 80 108 17 Конвертор (350 т) 96 103 103 107 104 107 102 95 81 109 № п/п 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Мартеновская печь (600 т) Агрегат продольной резки Дробилка ДР-10 Вентиляционная камера цеха Осевой вентилятор Вентилятор 06-900 Вентилятор ВУП Радиальный вентилятор ВЦ-4-70 ВЦ-4-75 Вентилятор ВКР Вентилятор ВВД ДСП (10т) Бегуны смесительные Редуктор СМ-15 Шаровая мельница Редуктор СМ-174 ДСП (3 т) Выбивная решетка 99 91 88 91 88 83 82 85 87 82 84 98 86 95 94 91 98 95 102 115 106 110 97 95 96 97 98 90 88 109 108 101 99 99 107 108 103 114 108 113 98 97 93 88 92 92 93 111 104 103 115 101 105 115 102 115 107 121 93 94 89 89 92 89 90 109 104 104 117 102 107 111 102 118 106 119 101 98 94 91 93 91 92 110 113 107 123 107 106 113 101 115 102 118 96 95 92 87 90 88 87 100 99 110 123 99 101 112 100 114 98 117 88 83 88 84 85 81 82 97 95 109 121 98 100 113 101 106 95 117 89 82 81 79 79 80 78 91 86 104 117 88 97 106 100 108 87 114 90 85 83 78 76 77 75 85 79 95 107 89 88 96 109 116 108 126 98 96 99 96 97 94 95 112 109 113 121 112 108 118 СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочем месте, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» [29], устанавливают пре35 дельно допустимые уровни постоянного шума, который при действии на работающего в течение 8-часового рабочего дня не приносит вреда здоровью (табл. 5.4). Таблица 5.4 Предельно допустимые уровни звукового давления, уровня звука эквивалентные уровни для основных видов трудовой деятельности № п/п 1 2 3 4 5 Уровни звукового давления, дБ, в октав- Уровни ных полосах частот со среднегеометриче- звука, скими частотами, Гц дБА 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Вид трудовой деятельности Творческая деятельность, руководящая работа с повышенными требованиями, программирование, преподавание и обучение Высококвалифицированная работа, рабочие места в помещениях цехового управленческого аппарата, в лабораториях Рабочие места в помещениях диспетчерской службы, кабинетах и помещениях наблюдения и дистанционного управления с речевой связью по телефону, в помещениях мастеров, в залах обработки информации на вычислительных машинах Рабочие места за пультами в кабинах наблюдения и дистанционного управления без речевой связи по телефону, в помещениях лабораторий с шумным оборудованием Выполнение всех видов работ (за исключением перечисленных в пп. 1-4) на постоянных рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятий 86 71 61 54 49 45 42 40 38 50 93 79 70 68 58 55 52 52 49 60 96 83 74 68 63 60 57 55 54 65 103 91 83 77 70 68 66 66 64 75 107 95 87 82 78 75 73 71 69 80 Снижение уровня шума, распространяющегося по воздуху, наиболее радикально может быть осуществлено устройством на пути его распространения звукоизолирующих преград. Принцип звукоизоляции заключается в том, что большая часть падающей на преграду звуковой энергии отражается и лишь незначительная ее часть проникает через преграду. Звукоизоляцией называется ослабление звуковой энергии при передаче ее через преграду. Звукоизолирующая способность материала и конструкции оценивается в децибелах и определяется по формуле: R 10 lg Pďŕä Pďđ (5.6) где Рпад - акустическая мощность, падающая на преграду, Вт; Рпр - акустическая 36 мощность, прошедшая через преграду, Вт. Механизм передачи звука через ограждения состоит в том, что звуковая волна, падающая на ограждение, приводит его в колебательное движение с частотой, равной частоте звуковых колебаний. В результате ограждение становится источником звука и излучает его в окружающую среду. Количество прошедшей звуковой энергии растет с увеличением амплитуды колебаний. Кроме того, характер и значения звукоизоляции ограждения в значительной степени зависят от частоты падающего звука. Звукоизоляция двухслойных ограждений с воздушным промежутком между стенками эффективнее однослойной преграды равной массы. Звукоизоляция двойных ограждений помимо факторов, определяющих ее для однослойных ограждений, также зависит от толщины воздушного промежутка и соотношения поверхностной плотности каждого из ограждений. Под звукопоглощением понимают свойство поверхностей уменьшать интенсивность отраженных ими звуковых волн за счет преобразования звуковой энергии в тепловую. Коэффициент звукопоглощения характеризует потерю энергии при отражении звуковой волны от твердой поверхности. Коэффициент звукопоглощения зависит от свойств поверхности, частоты звука и угла падения звуковых волн. Наиболее распространенными звукопоглощающими материалами являются пористые волокнистые изделия и материалы, закрытые со стороны помещения перфорированными экранами, которые защищают звукопоглощающий материал от механических повреждений и обеспечивают удовлетворительный декоративный вид. Толщина звукопоглощающего материала составляет 50...100 мм. Звукопоглощающие облицовки обычно размещают на потолке и стенах. Площадь обрабатываемой поверхности для достижения максимально возможного эффекта должна составлять не менее 60 % общей площади поверхностей. При необходимости снижения шума преимущественно в области низких частот звукопоглощающие материалы следует располагать на расстоянии 100... 150 мм от поверхности стен, оставляя между потолком и стеной воздушный зазор. 5.2.1. Расчет звукоизолирующих устройств Звукоизоляция ограждений (стен, кожухов, экранов) должна обеспечивать снижение шума на рабочих местах до уровней, допустимых по нормам, во всех октавных полосах со среднегеометрическими частотами (см. табл. 22). Требуемая звукоизоляция Rтр рассчитывается отдельно для каждой конструкции помещения (стены, окна, перекрытия и др.) и для каждой из указанных октавных полос по следующим формулам [36]: - при проникновении шума из одного помещения в другое: Rňđ L 10 lg  10 lg S Läîď 10 lg ď ; (5.7) - при проникновении шума с прилегающей территории в помещение: Rňđ L 10 lg  10 lg S Läîď 10 lg ď 6 ; (5.8) - при проникновении шума из помещения на прилегающую территорию: 37 Rňđ L 10 lg S 15 lg r Läîď 10 lg ď 11 ; (5.9) - при использовании звукоизолирующих кожухов: Rňđ L Läîď 10 lg 5 , (5.10) где L - октавный уровень звукового давления в помещении, дБ; В - постоянная защищаемого от шума помещения, м2; S - площадь ограждающей конструкции, через которую проникает шум в помещение, м2; Lдоп - допустимый октавный уровень звукового давления в защищаемом помещении, дБ; п - общее число ограждающих конструкций или их элементов, через которые проникает шум (количество стен, окон, дверей); r- расстояние от ограждающей конструкции до источника шума; α- коэффициент звукопоглощения внутренних поверхностей кожуха (α = 0,5...0,7). Постоянная помещения В в октавных полосах частот определяется по формуле: В = В1000μ (5.11) где В1000 - постоянная помещения на среднегеометрической частоте 1000 Гц, определяемая по табл. 5.5 в зависимости от объема V и типа помещения; μ - частотный множитель, определяемый по табл. 5.6. Таблица 5.5 Определение постоянной помещения Описание помещения С небольшим числом людей (металлургическое производство, металлообрабатывающие цеха, машинные залы и т. п.) С жесткой мебелью и большим числом людей или с небольшим числом людей и мягкой мебелью (лаборатории, кабинеты, деревообрабатывающие цехи и т. п.) С большим числом людей и мягкой мебелью (конструкторские бюро, аудитории учебных заведений, операторские и т.п.) Помещения со звукопоглощающей облицовкой потолка и части стен В1000 V/20 V/10 V/6 V/1,5 Таблица 5.6 Значения частотного множителя μ Объем помещения, м3 Менее 200 200... 1000 Более 1000 Октавные полосы частот со среднегеометрическими частотами, Гц 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 0,82 0,8 0,75 0,7 0,8 1,0 1,4 1,8 2,5 0,67 0,65 0,62 0,64 0,75 1,0 1,5 2,4 4,2 0,52 0,5 0,5 0,55 0,7 1,0 1,6 3,0 6,0 Звукоизоляция сплошной преграды уменьшается при наличии в ней оконных и дверных проемов и определяется как: R 10 lg[ 1 ( S 0 / S ń )(10 0,1( Rń R0 ) 1] , (5.12) где Rc , Ro - звукоизоляция соответственно глухой части стены и окна или дверью в данной октавной полосе частот, дБ; So - площадь окна или двери, м2; Sc 38 площадь стены, включая окно или дверь, м2. Возможное снижение звукоизоляции необходимо учитывать при расчете звукоизолирующих устройств путем увеличения требуемой звукоизоляции на эту величину. Определяют толщину материала однослойного ограждения h для максимального значения требуемой звукоизоляции по формуле: Rтр = 20 lgh + 20 lgf- 47,5, (5.13) где f - частота звука, соответствующая максимальному значению требуемой звукоизоляции, ρ – плотность материала звукоизоляции, кг/м3. Задание на практическую работу по теме «Расчет звукоизолирующих устройств» Рассчитать толщину звукоизолирующих преград, обеспечивающей снижение шума на рабочем месте до допустимых величин. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с методикой расчета 2. Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 5.7) 3. В соответствии с данными варианта определить требуемую звукоизоляцию для заданного рабочего места. 4. Определить толщину звукоизолирующей преграды для заданных условий. 5. Подписать отчет и сдать преподавателю. Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет звукоизолирующих устройств» Таблица 5.7 № вар Источник шума Размеры изолируемого помещения, м 3 36186 1 1 2 Участок ДСП 2 Конвертор 84188 3 ДСП (200 т) 1866 4 5 6 Молотковая дробилка Вентиляционная конверторного цеха Мартеновская печь (300 т) Характер изолируемого помещения 4 Лаборатория Производственное помещение Административные службы 5 Кирпич Плотность материала г/см3 6 1,6 Железобетон 2,6 Кирпич 1,6 Окна S = 3 м2 Наличие двери S = 4 м2 Материал конструкции 24126 Операторская Кирпич 1,6 32248 Производственное помещение Железобетон 2,6 1896 Лаборатория Кирпич 1,6 7 Колпаковая печь 38219 Производственное помещение Кирпич 1,6 8 Нагревательная печь 1896 Диспетчерская служба Кирпич 1,6 9 Резка листа 864 Пульт управления Кирпич 1,6 1566 Кабина наблюдения Кирпич 1,6 10 Стан 450 39 Примечание 7 Окно S = 6 м2 Окно S =3 м2 дверь S = 2 м2 Окно S = 4 м2 Продолжение таблицы 5.7 1 2 11 Участок формовки Участок очистки 12 литья 13 Участок бегунов Участок шаровых 14 мельниц Инерционная ре15 шетка 38188 4 Конструкторское бюро Производственное помещение Диспетчерская служба 1264 Конструкторское бюро 16 Термическая печь 21128 17 Конверторный цех 18 19 20 21 22 23 24 Конвертор емкостью 350 т ДСП (200 т) Мартеновская печь (600 т) Агрегат продольной резки Участок дробления ДР-10 Вентиляционная конверторного цеха Агрегат резки 25 ДСП-5 26 Конверторный цех 27 Колпаковая печь Нагревательная 28 печь 3 1896 2196 5 Кирпич 6 1,6 Железобетон 2,6 Кирпич 1,6 Железобетон 2,6 7 Окно S = 8 м2 Кирпич 1,6 Железобетон 2,6 Наружные стены: 682110 Административное помещение Производственное помещение Заводская территория Железобетон 2,6 Окна S = 120 м2 2196 Пульт управления Кирпич 1,6 Окно S= 12 м2 1296 Лаборатория Кирпич 1,6 1566 Диспетчерская служба Железобетон 2,6 2196 Кабина наблюдения Кирпич 1,6 1294 Лаборатория Кирпич 1,6 36189 Производственное помещение Железобетон 2,6 18128 Диспетчерская Кирпич 1,6 21188 Лаборатория Кирпич 1,6 Наружные стены: 1002212 1566 Заводская территория Диспетчерская служба Производственное помещение Кабина наблюдения Производственное помещение Железобетон 2,6 Железобетон 2,6 Железобетон 2,6 Кирпич 1,6 Железобетон 2,6 966 23108 29 Резка листа 2196 30 Стан 450 36288 Дверь S = 3 м2 Окно S = 6 м2 Окно S = 20 м2 Дверь S = 3 м2 и окно S = 4 м2 Окна S = 140 м2 Окно S = 8 м2 5.2.2. Расчет звукопоглощающих устройств Снижение шума звукопоглощающим материалом определяется по формуле [8]: L 10 lg B1 1  (5.14) где В - постоянная помещения до обработки звукопоглощающим материалом, определяется по формуле (5.11); В1 - постоянная помещения после обработки помещения звукопоглощающим материалом; ψ и ψ1 - коэффициенты диффузности до и после обработки помещения, определяемые по рис. 5. В табл. 5.8 представлены коэффициенты звукопоглощения наиболее распространенных звукопоглощающих материалов. 40 Таблица 5.8 Коэффициент звукопоглощения различных материалов [36]. № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Материал, изделие, конструкция, размеры Плиты марки ПА/О с несквозной перфорацией размером 500500 мм Плиты марки ПА - С Минераловатные акустические плиты Акустические плиты «Акминит» Акустические плиты «Акмигран» Плита АГП гипсовая с заполнением из минеральной ваты Минераловатная плита Стеклоткань типа Э-01 Стальной войлок Просечно-вытяжной лист Просечно-вытяжной лист Супертонкое стекловолокно Гипсовая плита, перфорация по квадрату Просечно-вытяжной лист, перфорация 74 % Перфорированная алюминиевая панель Прошивные минераловатные маты Тол- Коэффициент звукопоглощения αобл при среднегеометрической частоте октавной полосы щина, мм 31 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 20 0,01 0,02 0,03 0,17 0,68 0,98 0,86 0,45 0,20 20 0,01 0,02 0,05 0,43 0,98 0,90 0,79 0,45 0,19 20 0,15 0,02 0,05 0,21 0,66 0,91 0,95 0,89 0,70 20 20 0,15 0,02 0,11 0,30 0,85 0,90 0,78 0,73 0,59 0,15 0,02 0,11 0,30 0,85 0,90 0,78 0,78 0,59 20 0,01 0 03 0,09 0,26 0,54 0,94 0,67 0 40 0,39 60 60 30 2 60 100 0,01 0,05 0,15 0,20 0,15 0,10 0,01 0,10 0,30 0,30 0,25 0,15 0,31 0,31 0,35 0,35 0,30 0,47 0,70 0,70 0,36 0,36 0,35 1,00 0,95 0,95 0,40 0,40 0,45 1,00 1,00 0,69 0,50 0,50 0,80 1,00 0,69 0,59 0,75 0,75 0,85 1,00 0,50 0,50 0,70 0,70 0,96 1,00 6 0,02 0,03 0,42 0,82 0,81 0,69 0,58 0,59 0,58 2 0,35 0,50 0,93 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 25 0,10 0,12 0,23 0,90 1,00 1,00 0,97 0,97 0,92 100 0,10 0,10 0,35 0,75 1,00 0,95 0,90 0,92 0,95 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0 0,4 0,30 0,30 0,68 0,68 0,95 0,96 1,2 0,8 1,6 2,0 B/Sогр Рис. 5. Зависимость коэффициента диффузности ψ от постоянной помещения В и площади ограждения Sогр 41 Постоянная помещения после обработки звукопоглощающим материалом определяют по формуле: Â1 Ŕ Ŕ , 1 1 (5.15) где А - суммарное звукопоглощение ограждающих конструкций, м2, определяется по формуле: Ŕ ( S îăđ S îáë ) , (5.16) где α - средний коэффициент звукопоглощения ограждающих конструкций; Soгp и Sобл - площади ограждающих и звукопоглощающих конструкций, определяемый по формуле:  / S îăđ  / S îăđ 1 , (5.17) ∆А - звукопоглощение звукопоглощающих конструкций: ∆А = αобл Sобл. (5.18) Значения коэффициента αобл представлены в табл. 26; α1 - коэффициент звукопоглощения помещения со звукопоглощающими конструкциями, рассчитывается по формуле: 1 (Ŕ Ŕ) / S îăđ (5.19) Задание на практическую работу по теме «Расчет звукопоглощающих устройств» Определить снижение шума в производственных помещениях при использовании звукопоглощающих материалов в заданных условиях. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с методикой расчета 2. Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 5.10) 3. Определяют значения всех составляющих снижения шума по формулам (5.14) - (5.19) и последовательно заносят их в табл. 5.9. 4. Делают вывод об эффективности звукопоглощающих устройств. 5. Подписать отчет и сдать преподавателю. 42 Таблица 5.9 Расчет снижения октавных уровней звукового давления звукопоглощающим материалом № п/п Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Величина 1 2 3 4 5 6 7 8 В1000 μ (табл. 5.6) Ви = В1000μ В/Soгp ψ (рис. 5.) αобл (табл. 5.8) ∆А = αобл Sобл (  / S îăđ ) /(  / S îăđ 1) 9 Ŕ ( S îăđ S îáë ) 10 1 (Ŕ Ŕ) / S îăđ 11 12 13 14 Â1 ( Ŕ Ŕ) /(1 1 ) В1/Soгp Ψ1 L 10 lg[( B1 1 ) /(  )] Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет звукопоглощающих устройств» Таблица 5.10 Расчет звукопоглощающих устройств № вар. (источник шума) 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Размеры производственного помещения, м Длина Ширина Высота 2 3 4 84 18 6,2 96 21 7,0 75 18 6,2 60 12 5,0 84 24 7,8 100 18 6,0 120 21 8,5 105 18 10,0 85 12 6,0 60 12 6,0 150 30 12,0 50 12 4,5 45 12 4,5 140 30 10,0 130 18 8,5 125 24 9,0 120 24 8,0 400 18 7,0 90 18 6,0 43 Площадь Звукопоглощающий материал облицовки, м2 (см. № п/п в табл. 5.8) 5 2400 2700 2048 1048 2200 2600 3100 3200 1902 1300 4010 1450 1200 3200 2500 2805 3300 3200 2600 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 2 4 6 Продолжение таблицы 5.10 1 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 2 85 100 130 110 100 130 200 110 125 120 400 3 18 24 30 16 18 24 30 16 24 24 18 4 5,0 6,5 10 10 8,2 12 10 10 9,0 8,0 7,0 5 3000 2900 4200 2100 2500 3800 4000 2100 2805 3300 3200 6 8 10 12 10 12 10 5 6 7 8 9 Примечание. Номер варианта соответствует источнику шума, указанного в табл. 5.3. 44 6. РАСЧЕТ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ВИБРАЦИИ Основные понятия и определения Вибрация, возникающая при работе машин, механизмов и их элементов, носит характер сложного (иногда импульсного) колебания. Сложный периодический колебательный процесс можно представить в виде суммы гармонических функций: t ő(t ) Ŕ0 Ŕi cos 2i i , T i 1 (6.1) где Ai, φi - амплитуда и фаза i-й гармоники; t -время; Т- период колебаний. Вибросмещение на основной (несущей) частоте: x(t) = Asin(ω0t +φ), (6.2) где ω0 = 2πf0 = 2π/T - угловая частота колебаний. Виброскорость и виброускорение соответствуют первой и второй производным по времени вибросмещения. Амплитудные значения виброскорости и виброускорения соответственно равны: Vm = 2πf0A; am 4 2 f 02 Ŕ . (6.3) Для оценки воздействия вибраций на организм человека проводят спектральный анализ, рассматривая зависимости средних квадратических значений амплитуд виброскоростей и виброускорений от частоты. Для удобства построения спектрограмм вибрации весь интересующий интервал делят на октавные или третьоктавные полосы частот. Октавная полоса частот (октава) - это полоса частот, верхняя/в и нижняя/н частоты которой связаны соотношением fв = 2 fн. Третъоктавная полоса частот (третъоктава) - такая полоса частот, верхняя и нижняя частоты которой связаны соотношением f â 3 2 f í . Средняя частота полосы определяется как среднегеометрическая из значений граничных частот. Ввиду широких пределов изменения параметров вибраций используют логарифмические уровни (в дБ) виброскорости Lv и виброуокорения La: Lv = 20lgV/V0; Lа = 20lgа/а0 (6.4) где V0 =5·10-8 м/с и а0 = 10-6 м/с2 - опорные значения виброскорости и виброускорения. Гигиеническую оценку вибрации, воздействующей на человека в производственных условиях, необходимо производить согласно ГОСТ 12.1.012-90 [16]. По способу передачи на человека вибрация подразделяется на: а) общую, передающуюся через опорные поверхности сидящего или стоящего человека; б) локальную, передающуюся через руки человека. 45 Для санитарного нормирования и контроля используются средние квадратичные значения виброскорости V или виброускорения а и их логарифмические уровни - для локальной вибрации в октавных полосах частот, а для общей вибрации в октавных или третьоктавных полосах частот. Общую вибрацию в зависимости от условий труда подразделяют на три категории (см. ГОСТ 12.1.012-90 [16]). В табл. 6.1 приведены допустимые параметры общей вибрации категории 3а (технологической) на постоянных рабочих в производственных помещениях. Для общей вибрации категории 3в на рабочих местах в помещениях для работников умственного труда допустимые значения должны быть умножены на коэффициент 0,14, а уровни уменьшены на 17 дБ. Вибрация, удовлетворяющая гигиеническим нормам, ни в одной из третьоктавных (или октавных) полос не должна превышать приведенных значений. Вредное воздействие вибрации на человека зависит от времени действия. Нормы вибрации установлены для производственных помещений при длительности воздействия на человека 480 мин. При времени фактического воздействия 10 мин < Т < 480 мин значения нормируемых параметров вибрации и или их уровней Lu определяются по формулам: ut u480 480 / t ; Lt L480 10 lg( 480 / t ) (6.5) Для снижения параметров вибрации оборудования до нормируемых величин применяют следующие методы виброзащиты: виброизоляция, динамическое гашение колебаний, демпфирование и др. Одним из наиболее эффективных является виброизоляция. Этот метод реализуется введением дополнительной упругой связи между источником вибрации и защищаемым объектом. Степень реализации виброзащиты можно охарактеризовать коэффициентом динамичности æ: æ cx0 c Í 2 , F0 F0 0 12 (6.6) Зависимость æ от частотного отношения η = ω1/ω0 имеет вид: æ 1 2 и графически представлена на рис. 6. 46 1 , (6.7) Таблица 6.1 Допустимые значения параметров общей вибрации категории 3а Виброускорения Среднегео2 м/с дБ метрическая ТретьТретьчастота, Гц Октава Октава октава октава 1,6 0,090 99 2,0 0,080 0,14 98 103 2,5 0,071 97 3,15 0,063 96 4,0 0,056 0,10 95 100 5,0 0,056 95 6,3 0,056 95 8,0 0,056 0,11 95 101 10,0 0,071 97 12,5 0,090 99 16,0 0,112 0,20 101 106 20,0 0,140 103 25,0 0,180 105 31,5 0,220 0,40 107 112 40,0 0,285 109 50,0 0,355 111 63,0 0,455 0,80 113 118 80,0 0,560 115 Виброскорости м/с·10 ТретьОктава октава 0,90 0,64 1,30 0,46 0,32 0,23 0,45 0,18 0,14 0,12 0,22 0,12 0,12 0,12 0,20 0,12 0,12 0,12 0,20 0,12 0,12 0,12 0,20 0,12 дБ -2 Третьоктава 105 102 99 96 93 91 89 87 87 87 87 87 87 87 87 87 87 87 Октава 108 99 93 92 92 92 3 2 1 1 2 2 Рис. 6. Зависимость коэффициента динамичности от частотного отношения Из графика следует: 1) если ω1 < ω0, то æ → 1, т.е. вынуждающая сила действует как статическая, полностью передаваясь основанию; 2) при ω1 = ω0 имеет место резонанс, который может стать причиной аварийной или предаварийной ситуации; 3) при ω1 > 2 ω0, æ ≤ 1 и эффективность виброизолятора возрастает с увеличением η. Поэтому условием хорошей работы виброизоляторов является ω1/ω0 > 2 . Опытом установлено, что при η = 2,5...5 эффективность виброизоляторов составляет 81...96%. Приближенно эффективность виброизоляторов U (%) определяют через 47 коэффициент динамичности æ: U = 100(1 - æ), (6.8) ослабление уровня вибрации ∆L (дБ) оценивают по формуле: L 20 lg 1 , æ (6.9) демпфирующие свойства неидеально упругого виброизолятора характеризуются относительным демпфированием ν = b / ω0. Серийно выпускаемые виброизоляторы классифицируются по виду материала упругого элемента или способу введения демпфирования. Различают резинометаллические, пружинные и цельнометаллические виброизоляторы с сухим трением, а также недемпфированные. К последним относят виброизоляторы, демпфирующие свойства которых определяются внутренним трением в материале упругого элемента. Упругим элементом резинометаллических виброизоляторов является фасонный резиновый массив, соединенный с деталями металлической арматуры с помощью вулканизации. Достоинства виброизоляторов этого типа заключаются в простоте их конструкции, в широком диапазоне изменения их упругих характеристик, определяющихся как маркой применяемой резины, так и конфигурацией упругого элемента. Свойства резины определяют ограничения на применение этих виброизоляторов при неблагоприятных условиях эксплуатации: повышенная или пониженная температура и влажность, наличие масел, паров бензина, кислот, щелочей. Упругий элемент пружинных виброизоляторов представляет собой фасонную пружину - коническую или экспоненциальную. По сравнению с резинометаллическими виброизоляторами пружинные обладают большим ресурсом работы, их упругие характеристики гораздо меньше зависят от внешних условий, могут работать в агрессивных средах. Демпфирование в виброизоляторах этого типа создается искусственно. Кроме того, они рекомендуются для виброизоляции оборудования, имеющего скорость вращения п < 1800 об/мин, резинометаллические - п > 1800 об/мин. Методика расчета резинометаллических виброизоляторов Расчет сводится к определению параметров плоского резинового массива комплекта виброизоляторов технологического оборудования. 1. Определяются частота колебаний вынуждающей силы f1 (Гц) по известному значению п: f1 = п/60 и частота собственных колебаний f0 (Гц) по заданному или вычисленному значению частного отношения η: f0 = f1 / η 2. Статическая осадка виброизолятора хст (м) под действием нагрузки массой т определяется по формуле: őńň g 02 , где g - ускорение свободного падения, м/с2; ω0 = 2πf0, с-1. 48 (6.10) 3. Для выбранного (например, из табл. 6.2) материала упругого элемента виброизолятора рассчитывается его толщина h (м): h xńň Ĺ , (6.11) где Е - динамический модуль упругости материала, Н/м2; σ - допустимая нагрузка на сжатие материала, Н/м2. Таблица 6.2 Упругие свойства виброизолирующих материалов Материал Резина марки 112А Резиновые ребристые плиты Резина средней мягкости Резина мягкая Войлок мягкий Резина губчатая E·105,Н/м2 43 49 200...250 50 20 30 σ 105, Н/м2 1,17 0,98 3...4 0,80 0,25 0,30 Е/σ 25 50 64 63 80 100 4. Толщина упругого элемента должна удовлетворять условиям: а) h < 0,5λ, (6.12) где ń~ / f1 - длина волны колебаний, м; б) h < a/4, (6.12а) где а - меньшая сторона (диаметр) одного виброизолятора, м, так как при h ≥ а/4 виброизолятор начинает давать сдвиг в горизонтальной плоскости. 5. Площадь (м2) одного из комплекта N виброизоляторов: S1 mg N (6.13) Если параметры упругого элемента виброизоляторов с выбранным материалом оказываются неприемлимыми, то выбирается другой материал или изменяется число виброизоляторов. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с методикой расчета 2. Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 6.3) для задания 1. 3. В соответствии с данными варианта определить требуемые параметры виброизоляторов в задании 1. 4. По аналогии выполнить задание 2. 5. Подписать отчет и сдать преподавателю. 49 Задания на практическую работу по теме «Расчет резинометаллических виброизоляторов» Задание 1. Электровентилятор системы кондиционирования воздуха, имеющий массу m и скорость вращения п, создает в помещении программистов вибрацию, заданную одним из параметров а, V или LV (табл. 6.3) в третьактавном спектре. Рассчитать виброизоляторы под электровентилятор, снижающие вибрацию в помещении программистов до нормативных значений. Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет резинометаллических виброизоляторов» Задание 1. Таблица 6.3 № вар. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 т, кг 110 180 150 170 130 110 80 120 130 160 170 180 160 140 120 200 180 100 190 120 200 160 90 100 110 100 160 130 140 200 п, Гц 924 2160 1470 2352 1323 2448 1050 2646 1272 2226 1008 2400 1542 2268 1440 2100 1029 2703 1890 900 1134 2310 1470 2520 1176 2646 1272 2226 1008 2400 а, м/с - 2 0,126 0,190 0,118 0,210 0,120 0,300 0,1125 0,28 0,118 0,210 50 V, м/с·10 0,080 0,150 0,084 0,080 0,150 0,084 0,1344 0,1344 0,084 0,080 - -2 LV, дБ 92,8 84 91,0 85,6 89,0 91,0 89,0 92,8 84,0 85,6 - Задание 2. Рассчитать виброизолятор под агрегат металлургического производства массой т, имеющий силовое возбуждение с основной частотой f1. Необходимо при устройстве виброизоляции снизить вибрацию, заданную в третьоктавном спектре, до нормативных значений, если время фактического воздействия вибрации на рабочем месте t ч. Варианты заданий приведены в табл. 6.4. Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет резинометаллических виброизоляторов» Задание 2. Таблица 6.4 № вар. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14* 15 16* 17 18 19 20 21 22* 23 24 25* 26 27 28 29 30* т, кг 140 500 160 2000 120 1000 200 2000 300 500 40 3000 120 200 100 300 160 200 3000 80 200 150 50 700 100 3000 120 200 100 300 f1 , Гц 56 19,6 60,0 7,0 35,5 12,0 40,0 6,0 47,7 13,0 72,0 9,8 42,0 36,0 49,0 46,2 44,1 25,0 5,0 70,0 45,0 36,5 54,0 12,6 50,4 25,0 5,0 70,0 45,0 36,5 а, м/с 2,4 1,9 2,47 0,45 9,11 1,0 7,3 1,0 2,4 1,9 - 2 * - агрессивная среда 51 V, м/с·10 0,8 0,7 1,12 6,89 1,79 1,62 3,08 2,92 0,7 - -2 LV, дБ 108 110 103 99,6 104,6 112,3 94,5 114,8 106,0 110 103 t, ч 8,0 4,5 6,5 8,0 6,5 4,0 5,0 8,0 6,0 4,0 5,5 5,0 6,5 8,0 1,5 4,5 3,5 7,0 8,0 1,5 7,0 2,0 5,0 5,0 8,0 8,0 1,5 4,5 3,5 7,0 7. РАСЧЕТ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ, ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ Основные понятия и определения В зависимости от вида электроустановки, номинального напряжения, режима нейтрали, условий среды помещения и доступности электрооборудования применяют определенный комплекс необходимых защитных мер, обеспечивающих достаточную безопасность. Применение защитных мер регламентируется Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [23]. Различают электроустановки напряжениям до 1000 В и выше 1000 В; с изолированной и заземленной нейтралью. В электроустановках применяют следующие технические защитные меры: 1) защитное заземление, 2) зануление, 3) выравнивание потенциалов, 4) защитное отключение, 5) малое напряжение и др. Наиболее распространенными техническими средствами для защиты людей при появлении напряжения на нетоковедущих частях оборудования из-за повреждения изоляции являются защитное заземление и зануление. Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Безопасность обеспечивается заземлением корпуса системой заземлителей, имеющих малое сопротивление. Защитное заземление применяют в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и в сетях напряжением свыше 1000 В как с изолированной, так и с заземленной нейтралью [27]. По расположению заземлителей относительно заземленных корпусов заземления делят на выносные и контурные. В первом случае заземлители располагаются на некотором удалении от заземляемого оборудования, во втором - по контуру вокруг заземленного оборудования на небольшом (несколько метров) расстоянии друг от друга. В качестве искусственных заземлителей используют вертикально расположенные стержни из уголковой стали или стальных труб. Заземлители соединяют стальной полосой, которую приваривают к каждому заземлителю. Заземлители с заземляемым оборудованием соединяют металлическими проводниками. Сопротивления заземления, согласно ПУЭ, нормируются в зависимости от напряжения электроустановки. В электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземления должно быть не выше 4 Ом. Если же суммарная мощность источников (трансформаторов, генераторов), подключенных к сети, не превышает 100 кВА, сопротивление должно быть не больше 10 Ом. В электроустановках напряжением выше 1000 В с малым током замыкания (менее 500 А) допускается сопротивление заземления не более 10 Ом, а с большим (более 500 А) - не выше 0,5 Ом. Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Цель зануления — обеспечить быстрое отключение установки от сети при замыкании фазы (или фаз) на ее корпус, а также снизить напряжение на корпусе в аварийный период. Это достигается превращением замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание с созданием 52 в этой цепи тока, достаточного для срабатывания защиты. Зануление применяется в трехфазных четырехпроводных сетях напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью. Согласно ПУЭ ток однофазного короткого замыкания должен превышать не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки или ток срабатывания автоматического выключателя с обратной зависимой от тока характеристикой. При защите сети автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель, коэффициент кратности тока выключателей с номинальным током до 100 А следует принимать равной 1,4, а для прочих - 1,25. Полная проводимость нулевого провода во всех случаях должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода. Если эти требования по каким-либо причинам не удовлетворяются, отключение при замыкании на корпус должно обеспечиваться специальными защитами, например, защитным отключением. 7.1. РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ Цель расчета заземления - определить число и длину вертикальных элементов (стержней), длину горизонтальных элементов (соединительных полос) и разместить заземлители на плане электроустановки исходя из значений допустимых сопротивления и максимального потенциала заземлителя [27]. Расчет проводится в следующем порядке: 1. Определяют норму сопротивления заземления Rн (по ПУЭ) в зависимости от напряжения, режима работы нейтрали, мощности и других данных электроустановки. 2. Определяют расчетное удельное сопротивление грунта с учетом климатического коэффициента расч = таблψ где табл - удельное сопротивление грунта по табл. 7.1; ψ - климатический коэффициент по табл. 7.2. Таблица 7.1 Значения удельных сопротивлений грунтов при влажности 10...12 % к массе грунта Грунт Глина Суглинок Чернозем Удельное сопротивление, Ом·м 40 100 200 Грунт Супесок Песок Скалистый Удельное сопротивление, Ом·м 300 700 2000 Таблица 7.2 Значения климатических коэффициентов и признаки зон Тип заземлителя I Климатические зоны II III Вертикальные стержни длиной lс = 2...3 м 1,8…2,0 1,6...1,8 при глубине заложения Н0 = 0,5…0,8 м Горизонтальные полосовые заземлители при 4,5…7,0 3,5...4,5 глубине заложения Н0 = 0,8 м Признаки климатических зон Средняя температура января, °С -20….-15 -14...-10 Средняя температура июля, °С 16….18 18...22 IV 1,4...1,6 1,2...1,4 2,0 - 3,5 1,5 - 2,0 -10...0 22...24 0...5 24...28 3. Определяют сопротивление одиночного вертикального заземлителя Rc 53 с учетом удельного сопротивления грунта: ń đŕń÷ 2l ń 1 4 Í l ń ln , Rń ln 2 4 Í l ń 2 l ń d (7.1) где d - диаметр стержня, м; Н = Н0 +l/2; lc , Н0 - см. табл. 34. 4. Учитывая норму сопротивления заземления Rн, определяют число вертикальных заземлителей без учета взаимного экранирования: n Rń / Rí . (7.2) 5. Разместив заземлители на плане и задавшись отношением η расстояния между одиночными заземлителями S к их длине lc, определяют с учетом коэффициента использования вертикальных стержней (табл. 7.3) окончательно их число nl = n/ηс и сопротивление заземлителей - без учета соединительной полосы Rcc = Rc /(n1ηс). Таблица 7.3 Коэффициенты использования ηс вертикальных заземлителей Число заземлителей п Отношение расстояния между заземлителями к их длине 2 4 6 10 20 40 Заземлители располагаются в ряд 1 0,85 0,73 0,65 0,59 0,48 2 0,91 0,83 0,77 0,74 0,67 Заземлители располагаются по контуру 1 - 0,69 0,61 0,55 0,47 0,41 2 - 0,78 0,73 0,68 0,63 0,58 3 - 0,85 0,80 0,76 0,71 0,66 60 100 - - 0,39 0,36 0,55 0,52 0,64 0,62 6. Определяют сопротивление соединительной полосы: Rď ď đŕń÷ 2l ď2 ln , 2 l ď bH 1 (7.3) где lп = 1,05(n1 - 1)S - длина соединительной полосы; b, Н1 - ширина и глубина заложения полосы. С учетом коэффициента использования полосы ηп (табл. 7.4) уточняют Rď Rď / ηď . 7. Определяют общее сопротивление заземляющего устройства и соединявшей полосы: R Rńń Rď Rńń Rď и проверяют, соответствует ли оно нормативному значению Rн. 54 (7.4) Таблица 7.4 Коэффициенты использования ηп горизонтальной полосы, соединяющей вертикальные заземлители Число вертикальных заземлителей п Отношение расстояния между заземлителями к их длине 2 4 6 10 20 40 60 100 Вертикальные заземлители располагаются в ряд 1 0,85 0,77 0,72 0,62 0,42 2 0,94 0,89 0,84 0,75 0,56 Вертикальные заземлители располагаются по контуру 1 - 0,45 0,40 0,34 0,27 0,22 0,20 0,19 2 - 0,55 0,48 0,40 0,32 0,29 0,27 0,23 3 - 0,70 0,64 0,56 0,45 0,39 0,36 0,33 Задание на практическую работу по теме «Расчет резинометаллических виброизоляторов» Спроектировать защитное заземление оборудования лаборатории (ЛАБ) или понижающей подстанции (ПП) 6/0,4 кВ, от которой питается лаборатория. Заземляющее устройство заглублено: Н0 = 0,5...0,8 м. Для вертикальных заземлителей длиной lс = 2,0...3,5 м использовать стальные трубы диаметром не менее 25 мм или уголок с полкой не менее 25 мм. Для соединительной полосы использовать стальную шину сечением 404 мм. Варианты остальных исходные данных приведены в табл. 7.5. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с методикой расчета 2. Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 7.5) 3. Рассчитать параметры защитного заземления. 4. Построить схему расположения заземлителей. 5. Подписать отчет и сдать преподавателю. 55 Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет защитного заземления» Таблица 7.5 Параметры трансформатора № Объект Соединение вар. защиты Мощность, кВА обмоток 1 ЛАБ 40 ∆/∆н 2 ЛАБ 100 ∆/∆н 3 ПП 630 Y/∆н 4 ЛАБ 250 ∆/∆н 5 ПП 400 Y/∆н 6 ЛАБ 63 Y/∆н 7 ПП 100 ∆/∆н 8 ЛАБ 63 Y/∆н 9 ПП 160 Y/∆н 10 ЛАБ 400 ∆/∆н 11 ПП 1000 Y/∆н 12 ЛАБ 300 ∆/∆н 13 ПП 630 Y/∆н 14 ЛАБ 160 ∆/∆н 15 ПП 630 Y/∆н 16 ПП 40 ∆/∆н 17 ЛАБ 250 Y/∆н 18 ПП 160 Y/∆н 19 ЛАБ 63 ∆/∆н 20 ПП 400 Y/∆н 21 ЛАБ 100 ∆/∆н 22 ПП 400 Y/∆н 23 ЛАБ 160 ∆/∆н 24 ПП 630 Y/∆н 25 ЛАБ 400 ∆/∆н 26 ПП 1000 Y/∆н 27 ПП 300 Y/∆н 28 ЛАБ 630 ∆/∆н 29 ПП 160 Y/∆н 30 ЛАБ 630 ∆/∆н Климатическая зона I III I IV III II IV I II III II IV III I IV III II I IV II III II I IV II IV II III II I Грунт Суглинок Чернозем Супесок Песок Суглинок Глина Чернозем Песок Супесок Глина Суглинок Супесок Песок Суглинок Супесок Чернозем Глина Песок Чернозем Глина Суглинок Супесок Глина Песок Суглинок Суглинок Супесок Чернозем Глина Глина Расположение вертикальных заземлителей В ряд Вряд По контуру Вряд По контуру Вряд По контуру Вряд По контуру Вряд По контуру Вряд По контуру В ряд По контуру По контуру В ряд По контуру В ряд По контуру В ряд По контуру В ряд По контуру В ряд По контуру По контуру В ряд По контуру В ряд 7.2. РАСЧЕТ ЗАНУЛЕНИЯ Цель расчета зануления - определить сечение защитного нулевого провода, удовлетворяющее условию срабатывания максимальной токовой защиты, при известных остальных параметрах сети и заданных параметрах автоматического выключателя или плавкой вставки [8]. Принципиальная схема зануления представлена на рис. 7. 56 Тр l C В Iк А Н Iн n Iз R0 Rп Рис. 7. Схема зануления установки При замыкании на зануленный корпус электроустановки ток короткого замыкания Iк проходит через следующие участки цепи: фазный провод В, обмотки трансформатора Тр, нулевой проводник Н, а также по параллельной ветви: заземление нейтрали R0, участок грунта, повторное заземление Rп. Сопротивление петли "фаза-нуль" обычно не превышает 2 Ом, а сопротивление R0+ Rп, согласно ПУЭ, должно быть в пределах 7...28 Ом в зависимости от напряжения сети. Поэтому ток Iз, протекающий через землю, много меньше тока Iн, проходящего по нулевому проводнику, и можно считать Iк = Iн. Тогда: Iк ≥ kIном , (7.5) где Iном - номинальный ток срабатывания устройства защиты П; k - коэффициент кратности номинального тока. Значение Iном определяется мощностью подключенной электроустановки и выбирается из условия несрабатывания при протекании рабочих токов электроустановки. Например, для электродвигателей ток Iном плавких вставок предохранителей должен в 1,6 - 3 раза превышать номинальные токи. Расчетный ток короткого замыкания с учетом полного сопротивления петли "фаза-нуль" Zп: Ií Uô Zň Zí 3 , (7.6) где Uф - фазное напряжение сети; Zт - сопротивление трансформатора. Значения Zт в зависимости от мощности трансформатора Р и схемы соединения обмоток "звезда-звезда" Y/Yн или "треугольник-звезда" ∆/Yн с четвертым нулевым защитным проводником с низкой стороны трансформатора приведены в табл. 7.7. 57 Таблица 7.7 Расчетные сопротивления трансформаторов при вторичном напряжении 380/220 В Zт Р, кВА ∆/Yн 0,906 0,562 0,360 0,266 0,141 Y/Yн 3,11 1,95 1,24 0,80 0,487 25 40 63 100 160 Zт Р, кВА Y/Yн 0,312 0,195 0,129 0,081 0,054 250 400 630 1000 1600 ∆/Yн 0,090 0,056 0,042 0,029 0,017 Для трансформаторов с вторичным напряжением 220/128 В Zт следует уменьшить в 3 раза. Полное сопротивление проводников петли "фаза-нуль": Z ď ( Rô Rí ) 2 ( őô őí őď ) 2 , (7.7) где Rф, Rн - активные сопротивления фазного и нулевого провода; xф, хн - внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого проводов; хп - внешнее индуктивное сопротивление петли "фаза-нуль". Для медных и алюминиевых проводников фаз по известным данным: сечению Sф (мм2), длине l (м) и удельному сопротивлению проводника (Ом·мм2/м) (для меди = 0,018, а для алюминия = 0,028) - определяется сопротивление: Rô l / S ô . (7.8) Значение xф для медных и алюминиевых проводников мало, поэтому в формуле (7.7) им можно пренебречь. Если нулевой защитный проводник выполнен из стали прямоугольного или круглого сечения, то Rн = rll, хп = xll, где rl и xl - активное и внутреннее индуктивное сопротивление I км проводника, значения которых указаны в табл. 7.8. Они зависят от его профиля и площади сечения Sн, а также от ожидаемой плотности тока в проводнике iн (А/мм2): ií I í / Sí . (7.9) При выборе сечения нулевого проводника следует обеспечить iн = 0,5…2,0 А/мм. Таблица 7.8 Значения rl и xl Ом/км, стальных проводников при переменном токе (f= 50 Гц) Размеры сечения, мм 204 304 305 404 604 505 605 Sн, мм2 80 120 150 160 200 250 300 iн = 0,5 rl 5,24 3,66 3,38 2,80 2,28 2,10 1,77 xl 3,14 2,20 2,03 1,68 1,37 1,26 1,06 iн =1,0 rl 4,20 2,91 2,56 2,24 1,79 1,60 1,34 58 xl 2,52 1,75 1,54 1,34 1,07 0,96 0,80 iн =1,5 rl 3,48 2,38 2,08 1,81 1,45 1,28 1,08 xl 2,09 1,43 1,25 1,09 0,87 0,77 0,65 iн = 2,0 rl xl 2,97 1,78 2,04 1,22 1,60 0,98 1,54 0,92 1,24 0,74 - Материал и сечение разных проводников выбирают исходя из мощности потребителей энергии, а материал и сечение нулевого защитного проводника должны удовлетворять условию: Zн 2 Zф, (7.10) где Zн и Zф - полные сопротивления соответственно нулевого и фазного проводника. Внешнее индуктивное сопротивление хп , Ом, петли "фаза-нуль", если используется воздушная линия электропередачи и частота тока f = 50 Гц, можно определить по формуле: őď 0,1256l ln( 2D / d ) , (7.11) где l - длина линии, км; D - расстояние между проводниками линии, м; d - диаметр проводников, м. Для грубых расчетов используют формулу хп = 0,6l , что соответствует D = 1 м. Для уменьшения значения хп нулевой защитный проводник следует прокладывать рядом с фазным. Если нулевой проводник является четвертой жилой кабеля или металлической трубой, в которой расположены фазные проводники, то хп мало по величине и им можно пренебречь в формуле (7.7). Если источник питания и линия электропередачи заданы, то необходимо выбрать соответствующий автоматический выключатель, используя приведенные выше рекомендации. Если автоматический выключатель задан, тогда необходимо определить сечение нулевого провода. В обоих случаях проводится расчет на срабатывание выключателя. Если в результате расчета условие (7.5) выполняется, то расчет окончен, а если нет, то его повторяют, выполнив одно из мероприятий: изменяют параметры выключателя; утолщают нулевой защитный проводник; измеряют параметры фазных проводников. Задание на практическую работу по теме «Расчет резинометаллических виброизоляторов» Рассчитать параметры зануления распределительного щитка лаборатории, к которому подведена линия от понижавшего трансформатора 10/0,4 кВ. Определить либо параметры нулевого защитного проводника из стали (например, вариант 1), удовлетворяющие условию срабатывания максимальной токовой защиты при заданных параметрах устройства защиты; сечение нулевого проводника выбирать в пределах, указанных в табл. 7.8, либо подобрать параметры устройства защиты (например, вариант 2); номинальные токи вставок автоматических выключателей - 20...80 А, номинальные токи плавких вставок предохранителей - в пределах 40... 160 А. Варианты остальных исходных данных приведены в табл. 7.9. 59 Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с методикой расчета 2. Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 7.9) 3. Рассчитать параметры нулевого защитного проводника, либо параметры устройства защиты (по вариантам). 4. Подписать отчет и сдать преподавателю. Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет защитного зануления» Таблица 7.9 Параметры трансформатора Параметры "фазы" № Длина Мощность Соединение Напряжение Сечение, мм2 вар. линии, м Р, кВА обмоток U ф, В из Сu из Аl 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 400 630 160 400 100 1000 160 63 250 630 40 160 630 400 1000 250 63 630 100 630 400 250 100 630 400 40 630 100 250 630 Y/Yн ∆/Yн ∆/Yн Y/Yн ∆/Yн Y/Yн Y/Yн ∆/Yн Y/Yн Y/Yн ∆/Yн ∆/Yн Y/Yн ∆/Yн Y/Yн ∆/Yн ∆/Yн Y/Yн ∆/Yн Y/Yн Y/Yн ∆/Yн ∆/Yн Y/Yн Y/Yн ∆/Yн Y/Yн Y/Yн ∆/Yн ∆/Yн 400 300 200 450 250 325 150 375 200 125 175 300 150 250 375 125 350 400 125 200 275 400 125 100 275 200 400 125 100 400 380 380 220 380 220 380 220 220 380 220 220 220 380 220 380 220 220 380 220 380 220 380 220 380 220 220 380 220 380 380 60 12 10 15 16 12 10 16 17 14 12 10 10 5 12 10 - 15 10 30 8 14 5 20 16 10 12 8 10 8 14 5 Параметры "нуля" Параметры устройства защиты Sн, мм2 D, м Тип Iном А П 160 120 0,6 0,3 АВ П 150 300 0,4 0,5 - 0,6 0,8 - 0,4 0,2 - 0,5 0,3 120 60 - П АВ 160 120 120 80 П АВ 200 120 70 145 П АВ 250 300 30 150 АВ П - 0,6 0,3 140 50 - П АВ 300 - 0,2 0,3 250 300 70 140 АВ П 200 160 80 - 0,4 150 70 - 8. РАСЧЕТ ПЛОЩАДИ ЛЕГКОСБРАСЫВАЕМЫХ КОНСТРУКЦИЙ Общие сведения Требуемую площадь легкосбрасываемых элементов наружных ограждающих конструкций на 1 м3 объема помещения (К, м2/м3) следует определять по формуле [33]: Ę 0,0032 ĂÝ đ 3 (Ý đ 1) ( Đđ Đ0 ) Đđ 3 Đđ Ď , (8.1) где К обозначается при определении площади: горизонтальных элементов - Кг, вертикальных элементов – Кв , оконного листового стекла – Кст; Г – нормальная скорость горения взрывоопасной смеси, м/с, принимаемая по табл. 18; Эр - расчетная степень расширения продуктов горения; Рр- воздействие взрыва на легкосбрасываемые элементы: горизонтальные - ĐđĂ , вертикальные - Đđ , оконное 2 листовое стекло ĐŃŇ đ ; Ро - атмосферное давление, равное 104 кгс/м ; П - объем помещения, м3, определяемый в пределах внутренних поверхностей ограждающих конструкций (без вычета объемов оборудования и несущих конструкции - колонн, балок, прогонов, пилястр и т. п.). Легкосбрасываемые элементы наружных ограждающих конструкций, поверхность которых отклоняется от вертикали не более чем на 15º, относятся к вертикальным, при большем отклонении от вертикали - к горизонтальным. В зданиях с естественным освещением (с окнами, световыми или светоаэрационными фонарями) в качестве легкосбрасываемых элементов наружных ограждающих конструкций в первую очередь должно использоваться листовое стекло [23]. Расчетную степень расширения продуктов горения Эр следует определять по формуле: Ý đ Ýŕ 1 , (8.2) где Э - максимальная степень расширения продуктов горения, принимаемая по табл. 8.1; а - коэффициент заполнения объема помещения взрывоопасной смесью, принимаемый по табл. 8.2, в зависимости от объема взрывоопасной смеси В, м3, определяемого по формуле: B = E/C, (8.3) где Е - количество поступивших в помещение веществ, г; С - стехиометрическая концентрация взрывоопасной смеси, г/м3, принимаемая по табл. 8.1. Воздействие взрыва па горизонтальные легкосбрасываемые элементы (за исключением листового стекла) наружных ограждающих конструкций ( ĐđĂ , кгс/м2) определяется по формуле: ĐđĂ ĐĂ [1 0,25 (Ô 1) ] , 61 (8.4) где Рг - воздействие взрыва на горизонтальную поверхность, кгс/м2, определяемое по прил. 1, а при значениях нормальной скорости горения (Г), не предусмотренных в прил. 1, определяется по формуле: ĐĂ 285 Ă 2 Ä 0,75 ĂÄ 7 10 4 Ď 110 , (8.5) где Г, Д и П – то же что в формуле 8.1 и прил. 1; Ф – площадь лекгосбрасываемого элемента ограждающей конструкции, м2, принимаемая по чертежам, а для элементов площадью менее 1 м2 – условно равной 1 м2. Таблица 8.1 Характеристики взрывоопасных веществ Наименование вещества Стехиометрическая концентрация взрывоопасной смеси (С), г/м3 93,1 98,2 104,9 90,1 94,2 40,4 91,4 91,7 99,1 91,4 124,5 90,1 94,2 92,1 140,0 Максимальная степень расширения продуктов горения (Э) 8 8 8 8* 8* 7,3 7,5 8* 8* 8* 8* 8* 8* 8* 8* Нормальная скорость горения взрывоопасной смеси (Г), м/с 0,426 1,570 0,478 0,379 0,432 2,670 0,385 0,424 0,545 0,359 0,498 0,349 0,375 0,346 0,415 Амилен Ацетилен Бензол н-Бутан Бутилен Водород н-Гексан Гептан Давинил Диизопропил Диэтиленовый эфир Изобутан Изобутилен Изооктан Изопропиловый спирт 16. Метан 91,5 7,5 0,338 17. Метиловый спирт 155,0 8* 0,572 18. Окись этилена 177,5 8* 0,895 19. н-Пентан 90,8 7,5 0,885 20. Пропан 89,2 8 0,455 21. Пропилен 94,2 8,5 0,683 22. Циклогексан 141,2 7,5 0,436 23. Этилен 94,4 8 0,740 24. Этиловый спирт 155,0 8* 0,556 * Степень расширения принята ориентировочно равной 8. Примечание. Характеристики веществ, не приведенных в табл. 8.1, следует принимать по официальным справочникам или данным министерств и ведомств. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Воздействие взрыва на горизонтальную поверхность (Рг) при заданном значении нормальной скорости горения взрывоопасной смеси (Г) в пределах от 0,3 до 1 м/с, но отличном от указанных округленных значений этой скорости на чертежах прил. 1, определяется интерполяцией значений воздействия взрыва полученных по чертежам для двух ближайших (к заданному) округленных значений нормальной скорости горения взрывоопасной смеси. 62 Таблица 8.2 Коэффициенты заполнения объема помещения взрывоопасной смесью Содержание смеси в объеме по мещения , % Ď 1 1,5 2,5 3 4 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Коэффициенты заполнения объема помещения взрывоопасной смесью (а) при максимальной степени расширения продуктов горения (Э) 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 0,04 0,05 0,05 0,06 0,06 0,07 0,07 0,08 0,10 0,03 0,07 0,07 0,08 0,09 0,11 0,11 0,11 0,12 0,10 0,11 0,12 0,13 0,13 0,14 0,16 0,17 0,18 0,12 0,13 0,14 0,16 0,16 0,18 0,19 0,19 0,20 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0,28 0,29 0,30 0,35 0,36 0,38 0,39 0,41 0,42 0,44 0,45 0,47 0,47 0,48 0,50 0,51 0,52 0,53 0,55 0,56 0,58 0,55 0,56 0,58 0,59 0,60 0,61 0,63 0,64 0,65 0,66 0,68 0,70 0,71 0,72 0,73 0,74 0,75 0,76 0,75 0,76 0,77 0,78 0,79 0,79 0,80 0,80 0,82 0,82 0,83 0,84 0,85 0,85 0,86 0,86 0,86 0,87 0,87 0,87 0,88 0,88 0,89 0,89 0,90 0,90 0,91 0,91 0,91 0,91 0,91 0,92 0,92 0,93 0,93 0,94 0,94 0,94 0,95 0,95 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,97 0,97 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Воздействие взрыва на вертикальные легкосбрасываемые элементы (за исключением листового стекла) наружных ограждающих конструкций ( Đđ , кгс/м2) определяется по формуле: Đđ 0,75ĐĂ [1 0,25 (Ô 1) ] , (8.6) где Рг и Ф - то же, что в формуле (8.4). 2 Воздействие взрыва на листовое оконное стекло ( ĐŃŇ đ , кгс/м ) определяется независимо от расположения стекла в пространстве (вертикальное, горизонтальное, наклонное) по формуле: ŃŇ ĐŃŇ đ Đ Ó, (8.7) где Рст - воздействие взрыва, кгс/м2, разрушающее листовое оконное стекло (при двойном остеклении) с соотношением сторон листа стекла 1 : 1 и принимаемое по табл. 8.3, У – коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 8.4. Таблица 8.3 Толщина стекла, мм 3 4 5 Воздействие взрыва, разрушающее стекло Воздействие взрыва, разрушающее стекло, кгс/м2, при площади одного листа Ф, м2 0,8 1 1,2 1,5 2 350 250 200 180 110 380 300 230 180 380 310 63 Таблица 8.4 Соотношение сторон листа стекла 1:1 1 : 1,33 1 : 1,5 Значение коэффициента условий работы Коэффициент Соотношение условий работы, сторон листа У стекла 1 1 : 1,75 1,04 1:2 1,08 1 :3 Коэффициент условий работы У 1,16 1,25 1,38 Примечания: 1. Площадь одного листа стекла, принимаемого в качестве легкосбрасываемого элемента, толщиной 3,4 и 5 мм должна быть не менее соответственно 0,8, 1 и 1,5 м2. 2. Воздействие взрыва, разрушающее листовое оконное стекла при одинарном остекленении, следует принимать равным 0,85 Рст. Общую площадь остекления (оконного листового стекла в окнах и фонаŃŇ рях) Ô ŇĐ , м2, следует определять по формуле: ŃŇ Ô ŇĐ Ę ŃŇ Ď , (8.8) где Кст - по формуле (8.1); П - то же, что в формуле (8.1). Если проектом нельзя предусмотреть полностью требуемую площадь остекления, определенную по формуле (8.8), необходимо предусмотреть дополнительно горизонтальные (в покрытии) или вертикальные (в стенах) легкосбрасываемые элементы наружных ограждающих конструкций, площадь которых соответственно Ô ÄĂ или Ô Ä , м2, следует определять по формулам: Ô (Ô Ă Ä ŃŇ ŇĐ ŃŇ Ô Ä (Ô ŇĐ ĘĂ Ô ) ŃŇ , Ę Ę ŃŇ Ô ĎĐ ) ŃŇ , Ę ŃŇ ĎĐ (8.9) (8.10) ŃŇ ŃŇ где Ô ŇĐ - по формуле (8.8); Ô ĎĐ - площадь остекления в ограждающих конструкциях, предусмотренная проектом, м2. Кг, Кв и Кст по формуле (8.1). В зданиях без естественного освещения (без окон и фонарей) площадь легкосбрасываемых элементов наружных ограждающих конструкций – гориĂ Â зонтальных Ô ŇĐ или вертикальных Ô ŇĐ - определяется в зависимости от конструктивного решения здания по формулам (8.8, 8.9 и 8.10) с соответствующей ŃŇ ŃŇ заменой в них значений Ô ŇĐ , Ô ĎĐ и Кст. 64 Задание на практическую работу по теме «Расчет площади легкосбрасываемых конструкций» Определить требуемую площадь легкосбрасываемых элементов наружных ограждающих конструкций. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с методикой расчета 2. Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 8.5) 3. Рассчитать требуемую площадь легкосбрасываемых конструкций, и сравнить 4. Подписать отчет и сдать преподавателю. Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет площади легкосбрасываемых конструкций» Таблица 8.5 Вариант Вещество 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Циклогексан Этиловый спирт Диизопропил Водород Гептан Амилен Бензол Бутилен Давинил Диэтиловый спирт Изобутан Изооктан Метан Метиловый спирт Окись этилена Пропан Пропилен Этилен н-Пентан н-Гексан н-Бутан Изобутилен Изооктан Изопропиловый спирт Циклогексан Водород Бензол Бутилен Изобутан Пропан 24 25 26 27 28 29 30 Объем Размер плиты Толщина здания, покрытия, м стекла, м3 мм Площадь листов стекла, м2 2000 80000 4500 3000 50000 45000 75000 85000 2500 2250 95000 5000 7000 100000 6500 30250 120000 2250 3450 5150 10750 3150 150000 1,5×6 3×12 1,5×6 1,5×6 1,5×6 1,5×6 3×12 3×12 1,5×6 1,5×6 3×12 1,5×6 1,5×6 3×12 1,5×6 3×12 3×12 3×12 3×12 3×12 3×12 1,5×6 3×12 3 3 3 3 3 4 4 4 4 3 3 5 3 3 5 4 4 5 3 3 3 4 4 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1:1,5 1:1,5 1:1,5 1:1,5 1:1,5 1:1,5 1:1,75 1:1,75 1:1,75 1:1,75 1:1,75 1:1,5 1:1,5 1:1,75 1:1,5 1:1,75 1:1,75 1:1,5 1:1,5 1:1,5 1:1,5 1:2 1:1,5 80 4000 90 70 2500 2300 3325 3500 65 60 4150 75 70 5250 175 1350 5500 43 34 58 2450 55 3000 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 4 5 3 6 5 8 5 4 2 2 4 3 3 6 4 3 7 4 4 4 5 3 7 125000 3×12 3 1,5 1:2 2800 1,27 70 7 2350 87000 3200 7200 50000 25000 1,5×6 3×12 1,5×6 1,5×6 3×12 3×12 3 4 4 3 3 4 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1:2 1:1,5 1:1,75 1:1,5 1:1,5 1:2 30 2900 48 230 1748 685 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 1,27 70 70 70 70 70 70 3 5 3 4 6 6 65 Соотношение Площадь остек- Площадь Вес легсторон стекла ления из условия легкокоестественной сбрасывае- сбрасыосвещенности, м2 мого эле- ваемого мента, м2 элемента, Н/м2 Количество легкосбрасываемых элементов, шт. 9. РАСЧЕТ НАГРУЗОК, СОЗДАВАЕМЫХ УДАРНОЙ ВОЛНОЙ Общие сведения Нагрузки, создаваемые ударной волной в результате взрыва емкостей со сжатым газом, взрыва газовоздушной смеси, воздушного и наземного ядерных взрывов, приводят к разрушениям зданий, сооружений, оборудования, установок и т. д. [36]. В результате разрушения объектов возникают чрезвычайные ситуации с соответствующими степенями разрушения, опрокидывания и смещения оборудования и установок. Для принятия решений по проведению восстановительных работ на объектах, подвергшихся разрушению, необходимо провести оценку степени разрушения [1]. Методика расчета Взрыв емкости со сжатым газом. Тротиловый эквивалент, кг: q A / 3,8 , (9.1) где А — работа взрыва (работа газа при адиабатическом расширении), МДж. A ( p1V ) 1 ( p2 / p1 ) ( 1) / , 1 (9.2) где р1 - начальное давление в сосуде, МПа; V— начальный объем газа, м3; р2 — конечное давление, МПа; р2 = 0,1 p1; μ — показатель адиабаты; μ = 1,4. Безопасное расстояние, м, от места взрыва для человека: Rmin 16q1 / 3 , (9.3) Безопасное расстояние, м, от места взрыва для жилой застройки: Rmin 5q1 / 2 , (9.4) Взрыв газовоздушной смеси. Избыточное давление при взрыве газовоздушной смеси, кПа: pčçá mH T p0 z , VĎ cT0 RH 66 (9.5) где m - масса горючего газа, кг; Hт — теплота сгорания, кДж/кг; Hт = 40·103кДж/кг; р0 - начальное давление, кПа; р0 = 101кПа, z - доля участия взвешенного дисперсного продукта при взрыве; z = 0,5; Vп - объем помещения, м3; с — теплоемкость воздуха, кДж/кг; с = 1,01 кДж/кг; ρ - плотность воздуха, кг/м3; ρ = 1,29 кг/м3; Т0 - температура в помещении, К; T0 = 300 К; RH - коэффициент негерметичности помещения; RH = 3. Ядерный взрыв и взрыв емкости. Избыточное давление, кПа, во фронте ударной волны наземного и воздушного ядерного взрыва, а также при взрыве емкости со сжатым газом: Pčçá 1053 0,5q 4103 (0,5q) 2 1370 (0,5q) , R R2 R3 (9.6) где R — расстояние от центра взрыва, м. Степень разрушения объекта воздействия (здания, сооружения и т. д.) оценивают по критерию физической устойчивости (сильное, среднее, слабое), а объекты воздействия (оборудование, установки и т. д.) — по критерию опрокидывания и смещения. Если под воздействием ударной волны с избыточным давлением элементы производственного комплекса разрушаются полностью, разрушение оценивается как сильное; если элементы производственного комплекса в этих условиях могут быть восстановлены в короткие сроки, разрушение оценивается как среднее или слабое. Степень разрушения производственных комплексов в зависимости от избыточного давления может быть оценена следующим образом: для промышленного здания с металлическим или железобетонным каркасом: при избыточном давлении 50...60 кПа — сильное, 40...50 кПа — среднее, 20...40 кПа — слабое; для кирпичного многоэтажного здания с остеклением: при избыточном давлении 20...30 кПа — сильное, 10...20 кПа — среднее, 8...10 кПа — слабое; для кирпичного одно- и двухэтажного здания с остеклением: при избыточном давлении 25...35 кПа — сильное, 15...25 кПа — среднее, 8...15 кПа — слабое; для приборных стоек: при избыточном давлении 50...70кПа — сильное, 30...50 кПа — среднее, 10...30 кПа — слабое; для антенных устройств: при избыточном давлении 40 кПа — сильное, 20...40 кПа — среднее, 10...20 кПа — слабое; для открытых складов с железобетонным перекрытием: при избыточном давлении 200 кПа — сильное. Степень опрокидывания и смещения антенного устройства или приборной стойки. Скоростной напор взрыва, кПа: 2 Đńę 2,5 đčçá /( đčçá 7 đ 0 ) , 67 (9.7) где р0 — начальное атмосферное давление, кПа. Допустимый скоростной напор взрыва, кПа, при опрокидывании антенного устройства или приборной стойки: îďđ đ ńę (ŕ / b)G /(C x S ), (9.8) где a и b — высота и ширина объекта, м; G — масса объекта, Н; Сх — коэффициент аэродинамичного сопротивления; S - площадь поперечного сечения приборной стойки, м2. Если скоростной напор взрыва больше допустимого при опрокидывании, то антенное устройство или приборная стойка опрокинется. Допустимый скоростной напор взрыва при смещении антенного устройства или приборной стойки: ńě đńę ( fG) /(C x S ) , (9.9) где f - коэффициент трения. Если скоростной напор взрыва больше допустимого при смещении, то антенное устройство или приборная стойка сместится. Задание на практическую работу по теме «Расчет нагрузок, создаваемых ударной волной» Определить избыточное давление при взрыве, создаваемое взрывной волной и степени разрушения, опрокидывания или смещения объектов в заданных условиях. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ 1. Ознакомиться с методикой расчета. 2. Выбрать вариант (см. таблицу 9.1). 3. Определить избыточное давление. 4. Определить степень разрушений. 5. Подписать отчет и сдать преподавателю. 68 Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет нагрузок, создаваемых ударной волной». Воздушный ядер07 ный взрыв Емкость со сжатым 08 газом Наземный ядерный 09 взрыв 2 5 0,01 0,1 0,05 1 Объект воздействия 69 Коэффициент аэродинамического сопротивления Воздушный ядер06 ный взрыв 10 Коэффициент трения Емкость со сжатым 05 газом 1 Масса объекта, кг Воздушный ядер04 ный взрыв 0,5 5 Многоэтажное кирпичное здание с 100 остеклением Приборная стойка Приборная стойка - Двухэтажное кирпичное здание с остеклением Складское кирпичное здание 0,05 Антенна спутникового телевидения Многоэтажное кирпичное здание с остеклением Приборная стойка Двухэтажное кирпичное здание с 5 остеклением Приборная стойка Многоэтажное кирпичное здание с остеклением Приборная стойка Промышленное здание с металли- ческим и железобетонным каркасом Приборная стойка Кирпичная стена многоэтажного до100 ма с остеклением Приборная стойка Многоэтажное кирпичное здание с остеклением Приборная стойка Площадь поперечного сечения объекта, м2 Емкость со сжатым 03 газом 4 Высота и ширина объекта, м Наземный ядерный 02 взрыв 3 Расстояние от центра взрыва, м 2 Емкость со сжатым 01 газом Объем емкости, м3 1 Начальное давление, МПа, или тротиловый эквивалент, кг Источник разрушения Вариант Таблица 9.1 6 7 8 9 10 11 100 - - - - - 10 105 1,5×0,3 1,4×0,5 0,3 0,28 30 100 0,3 0,5 0,85 0,85 3000 - - - - - 10 - - - - - 15 1,5×1,5 1,8 10 0,16 1,6 4000 - - - - - 4010 2×0,5 0,4 20 0,4 0,85 10 - - - - - 10 1,5×0,3 0,3 30 0,3 0,85 4000 - - - - - 4005 0,5×0,3 0,01 5 0,4 0,85 2000 - - - - - 2000 0,5×0,4 0,1 30 0,3 0,85 10 - - - - - 15 0,9×0,4 0,18 20 0,5 0,9 3000 - - - - - 3000 1,4×0,5 0,4 20 0,4 0,9 Продолжение таблицы 9.1 1 2 Емкость со сжатым 10 газом Воздушный ядер11 ный взрыв Наземный ядерный 12 взрыв 3 4 1 0,5 0,5 1 - - Взрыв газовоз10 кг го13 душной рючего 100 смеси вещества Воздушный ядер14 ный взрыв Емкость со сжатым 15 газом Наземный ядерный 16 взрыв Емкость со сжатым 17 газом Емкость со сжатым 18 газом Воздушный ядер19 ный взрыв Емкость со сжатым 20 газом Наземный ядерный 21 взрыв 0,1 20 0,01 1 1 0,01 1 0,01 - 0,8 - 1 10 - 5 - 5 Многоэтажное кирпичное здание с остеклением Приборная стойка Кирпичная стена многоэтажного дома с остеклением Приборная стойка Многоэтажное кирпичное здание с остеклением Приборная стойка Промышленное здание с металлическим и железобетонным каркасом Приборная стойка Промышленное здание с железобетонным каркасом Приборная стойка Одноэтажное кирпичное здание с остеклением Антенное устройство Одноэтажное кирпичное здание с остеклением Антенное устройство Многоэтажное кирпичное здание с остеклением Приборная стойка Одноэтажное кирпичное здание с остеклением Приборная стойка Многоэтажное кирпичное здание с остеклением Приборная стойка Одноэтажное кирпичное здание с остеклением Приборная стойка Многоэтажное кирпичное здание с остеклением Приборная стойка 70 6 7 8 9 10 11 20 - - - - - 20 0,9×0,6 0,18 30 0,3 0,85 4000 - - - - - 4015 0,9×0,4 0,18 20 0,5 0,9 1000 - - - - - 1000 0,9×0,6 0,18 30 0,5 0,85 2 - - - - - 2 0,9×0,3 0,18 20 0,5 0,85 10000 - - - - - 0,18 20 - 0,5 10000 0,9×0,3 10 - - - - - 10 0,5×0,4 0,1 30 0,9 0,4 2000 - - - - - 2000 0,5×0,4 0,1 10 0,9 0,4 15 - - - - - 18 0,9×0,4 0,18 30 0,6 0,4 10 - - - - - 10 0,5×0,3 0,1 10 0,85 0,4 5000 - - - - - 5000 0,9×0,4 0,18 30 0,6 0,4 8 - - - - - 8 1,6×0,4 0,3 30 1,2 0,5 4000 - - - - - 4000 0,5×0,3 0,1 50 0,4 0,85 Продолжение таблицы 9.1 1 2 Наземный ядерный 22 взрыв 3 4 0,1 - Взрыв га50 кг гозовоз23 рючего 500 душной вещества смеси Наземный ядерный 24 взрыв 0,5 Взрыв газовоз10 кг го25 душной рючего 100 смеси вещества Взрыв газовоз10 кг го26 душной рючего 100 смеси вещества Взрыв га10 кг гозовоз27 рючего 100 душной вещества смеси Емкость со сжатым 28 газом 0,4 80 Наземный ядерный 29 взрыв Емкость со сжатым 30 газом 1 10 - 0,05 5 Промышленное здание с металлическим и железобетонным каркасом Приборная стойка Одноэтажное кирпичное здание с остеклением Приборная стойка Одноэтажное кирпичное здание с остеклением Приборная стойка Промышленное здание с металлическим и железобетонным каркасом Приборная стойка Промышленное здание с металлическим и железобетонным каркасом Приборная стойка Кирпичная стена многоэтажного дома с остеклением Приборная стойка Многоэтажное кирпичное здание с остеклением Приборная стойка Двухэтажное кирпичное здание с остеклением Антенная стойка с усилителем Складское кирпичное здание Антенна спутникового телевидения 71 6 7 8 9 10 11 2000 - - - - - 2000 0,5×0,3 0,1 10 0,85 0,4 5 - - - - - 5 1,4×0,2 0,2 5000 - - 5000 1,4×0,2 0,2 2 - - - - - 2 0,9×0,3 0,18 20 0,85 0,5 2 - - - - - 2 0,5×0,4 0,1 10 0,85 0,3 2 - - - - - 2 0,9×0,4 0,18 30 0,9 0,5 100 - - - - - 100 1,6×0,6 0,32 100 0,5 0,4 3000 - - - - - 3000 2×0,03 0,08 20 - 0,85 10 - - - - - 15 1,6×1,6 0,32 10 0,16 1,4 100 0,85 - - 100 0,85 0,4 0,4 10. ОЦЕНКА ТЯЖЕСТИ ТРУДОВОГО ПРОЦЕССА Общие сведения Количественная оценка тяжести и напряженности трудового процесса проводится в соответствии с Руководством Р 2.2.755-99 «Гигиенические критерии оценки и классификация условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса» [25]. Тяжесть труда – характеристика трудового процесса, отражающая преимущественно нагрузку на опорно-двигательный аппарат и функциональные системы организма (сердечно-сосудистую, дыхательную и др.), обеспечивающие его деятельность [20]. Уровни факторов тяжести труда выражены в эргометрических величинах, характеризующих трудовой процесс независимо от индивидуальных особенностей человека, участвующего в процессе. Основными показателями тяжести трудового процесса являются: физическая динамическая нагрузка; масса поднимаемого и перемещаемого груза; общее число стереотипных рабочих движений; величина статической нагрузки; рабочая поза; степень наклона корпуса; перемещения в пространстве. Напряженность труда – характеристика трудового процесса, отражающая нагрузку преимущественно на центральную нервную систему, органы чувств, эмоциональную сферу работника. К факторам, характеризующим напряженность труда относятся: интеллектуальные нагрузки; сенсорные нагрузки; эмоциональные нагрузки; степень монотонности нагрузок; режим работы. Гигиенические критерии оценки условий труда по показателям тяжести трудового процесса. Оценка тяжести трудового процесса представлена соответственно в табл. 10.1 [25]. 72 Таблица 10.1. Классы условий труда по показателям тяжести трудового процесса. Класс условий труда Оптимальный Допустимый Вредный Показатели тяжести трудового (легкая (средняя (тяжелый труд) процесса физическая физическая 1 степени 2 степени нагрузка) нагрузка) 1 2 3.1 3.2 1 2 3 4 5 1.Физическая динамическая нагрузка (единицы внешней механической работы за смену, кг м) 1.1. При региональной нагрузке (с преимущественным участием мышц рук и плечевого пояса) при перемещении груза на расстояние до 1 м: для мужчин до 2500 до 5000 до 7000 Более 7000 для женщин до 1500 до 3000 до 4000 Более 4000 1.2. При общей нагрузке (с участием мышц рук, корпуса, ног): 1.2.1. При перемещении груза на расстояние от 1 до 5 м для мужчин до 12500 до 25000 до 35000 Более 35000 для женщин до7500 до 15000 до 25000 Более 25000 1.2.2. При перемещении груза на расстояние более 5 м для мужчин до 24000 до 46000 до 70000 Более 70000 для женщин до 14000 до 28000 до 40000 Более 40000 2. Масса поднимаемого и перемещаемого груза вручную, кг 2.1. Подъем и перемещение (разовое) тяжести при чередовании с другой работой (до 2 раз в ч): для мужчин до 15 до 30 до 35 Более 35 для женщин до 5 до 10 до 12 Более 12 2.2. Подъем и перемещение (разовое) тяжести постоянно в течение рабочей смены: для мужчин до 5 до 15 до 20 более 20 для женщин до 3 до 7 до 10 более 10 2.3. Суммарная масса грузов, перемещаемых в течение каждого часа смены: 2.3.1. С рабочей поверхности для мужчин до 250 до 870 до 1500 более 1500 для женщин до 100 до 350 до 700 более 700 2.3.2. С пола для мужчин до100 до 435 до 600 более 600 для женщин до 50 до 175 до 350 более 350 73 Продолжение таблицы 10.1. 1 2 3 4 5 3. Стереотипные рабочие движения (количество за смену) 3.1. При локальной нагрузке (с участием мышц кистей и до 20000 до 40000 до 60000 более 60000 пальцев рук) 3.2. При региональной нагрузке (при работе с до 10000 до 20000 до 30000 более 30000 преимущественным участием мышц рук и плечевого пояса) 4. Статическая нагрузка - величина статической нагрузки за смену при удержании груза, приложении усилий, кгссек) 4.1. Одной рукой: для мужчин до 18000 до 36000 до 70000 более 70000 для женщин до11000 до 22000 до 42000 более 42000 4.2. Двумя руками: для мужчин до 36000 до 70000 до 140000 более 140000 для женщин до 22000 до 42000 до 84000 более 84000 4.3. С участием мышц корпуса и ног: для мужчин до 43000 до 100000 до 200000 более 200000 для женщин до 26000 до 60000 до120000 более 120000 5. Рабочая поза 5. Рабочая поза Свободная, удобная поза, возможность смены рабочего положения тела (сидя, стоя). Нахождение в позе стоя до 40% времени смены. Периодическое , до 25% времени смены, нахождение в неудобной (работа с поворотом туловища, неудобным размещением конечностей и др.) и/или фиксированно й позе (невозможност ь изменения взаимного положения различных частей тела относительно друг друга). Нахождение в позе стоя до 60% времени смены. Периодическое, до 50% времени смены, нахождение в неудобной и/или фик сированной позе; пребывание в вынужденной позе (на коленях, на корточках и т.п) до 25% времени смены. Нахождение в позе стоя до 80% времени смены Периодическое, более 50% времени смены, нахождение в неудобной и/или фиксированной позе; пребывание в вынужденной позе (на коленях, на корточках и т.п.) более 25% времени смены. Нахождение в позе стоя более 80% времени смены . 6. Наклоны корпуса 6. Наклоны корпуса свыше 300 (вынужденные более 30О), до 50 51-100 101-300 количество за смену 7. Перемещения в пространстве , обусловленные технологическим процессом, км 7.1. По горизонтали до 4 до 8 до 12 более 12 7.2. По вертикали до 2 до 4 до 8 более 8 74 Методика оценки тяжести трудового процесса Указанные в табл. 10.1 факторы трудового процесса требуют оценки и количественного измерения, осуществляемых в соответствии с приведенной ниже методикой. Физическая динамическая нагрузка Физическая динамическая нагрузка выражается в единицах внешней механической работы за смену (кг·м). Для подсчета физической динамической нагрузки (внешней механической работы) определяется масса груза, перемещаемого в ручную в каждой операции, и путь его перемещения в метрах. Подсчитывается общее количество операций по переносу груза за смену, и суммируется величина внешней механической работы (кг·м) за смену в целом. По величине внешней механической работы за смену в зависимости от вида нагрузки (общая или региональная) и расстояния перемещения груза определяют, к какому классу условий труда относится данная работа. Если расстояния перемещения груза разные, то суммарная механическая работа сопоставляется со средним расстоянием перемещения. Пример. Рабочий (мужчина) поворачивается, берет с конвейера деталь (масса 2,5 кг), перемещает ее на свой рабочий стол (расстояние 0,8 м), выполняет необходимые операции, перемещает деталь обратно на конвейер и берет следующую. Всего за смену рабочий обрабатывает 1200 деталей. Для расчета внешней механической работы вес деталей умножаем на расстояние перемещения и еще на 2, так как каждую деталь рабочий перемещает дважды (на стол и обратно), а затем на количество деталей за смену. Итого: 2,5 кг · 0,8 м · 2 · 1200 = 4800 кг·м. Работа региональная, расстояние перемещения груза до 1 м, следовательно, по показателю 1.1 работа относится ко 2-му классу. Масса поднимаемого и перемещаемого груза вручную Для определения массы (кг) груза (поднимаемого или переносимого рабочими на протяжении смены, постоянно или при чередовании с другой работой) его взвешивают на товарных весах. Регистрируется только максимальная величина. Массу груза можно также определить по документам. Для определения суммарной массы груза, перемещаемого в течение каждого часа смены, масса всех грузов суммируется, а если переносимый груз одной массы, то она умножается на число подъемов или перемещений в течение каждого часа. Пример. Рассмотрим предыдущий пример. Масса груза 2,5 кг, следовательно, по пункту 2.2 работа относится к 1-му классу. За смену рабочий поднимает 1200 деталей, по 2 раза каждую. В час он перемещает 150 деталей (1200 : 8 ч). Каждую деталь рабочий берет в руки 2 раза, значит, суммарная масса груза, перемещаемая в течение каждого часа смены, составляет 750 кг (150 · 2,5 кг · 2). Груз перемещается с рабочей поверхности, поэтому эту работу по п. 2.3 можно отнести ко 2-му классу. Стереотипные рабочие движения (количество за смену) Понятие «рабочее движение» в данном случае подразумевает движение элементарное, т.е. однократное перемещение тела или части тела из одного по75 ложения в другое. Стереотипные рабочие движения в зависимости от нагрузки делятся на локальные и региональные. Работы, для которых характерны локальные движения, как правило, выполняются в быстром темпе (60-250 движений в минуту), и за смену количество движений может достигать нескольких десятков тысяч. Поскольку при этих работах темп, т.е. количество движений в единицу времени, практически не меняется, то, подсчитав, вручную или с применением какого-либо автоматического счетчика, число движений за 10 - 15 мин, рассчитываем число движений в 1 мин, а затем умножаем на число минут, в течение которых выполняется эта работа. Время выполнения работы определяется путем хронометражных наблюдений или по фотографии рабочего дня. Число движений можно определить также по дневной выработке. Пример. Оператор ввода данных в персональный компьютер выполняет за смену около 55000 движений. Следовательно, по п-3.1 его работу можно отнести к классу 3.1. Региональные рабочие движения выполняются, как правило, в более медленном темпе, поэтому легко подсчитать их количество за 10-15 мин или за 1-2 повторяемые операции, несколько раз за смену. После этого, зная общее количество операций или время выполнения работы, подсчитывается общее количество региональных движений за смену. Пример. Маляр выполняет около 120 движений большой амплитуды в минуту. Всего основная работа занимает 65% рабочего времени, т.е. 312 мин за смену. Количество движений за смену равно 37440 (312 · 120), что по п. 3.2 позволяет отнести его работу к классу 3.2. Статическая нагрузка Статическая нагрузка, связанная с поддержанием человеком груза или приложением усилия без перемещения тела или его отдельных частей, рассчитывается путем перемножения двух параметров: величины удерживаемого усилия и времени его удерживания. В производственных условиях статические усилия встречаются в двух видах: удержание обрабатываемого изделия (инструмента) и прижим обрабатываемого инструмента (изделия) к обрабатываемому инструменту (изделию). В первом случае величина статического усилия определяется весом удерживаемого изделия (инструмента). Вес изделия определяется путем взвешивания на весах. Во втором случае величина усилия прижима может быть определена с помощью тензометрических, пьезокристаллических или каких-нибудь других датчиков, которые необходимо закрепить на инструменте или изделии. Время удерживания статического усилия определяется на основании хронометражных измерений или по фотографии рабочего дня. Пример. Маляр (женщина) промышленных изделий удерживает в руке краскопульт весом 1,8 кгс в течение 80% времени смены, 23040 секунд. Величина статической нагрузки будет составлять 41427 кгс·с (1,8 кгс · 23 040 с). Работа по п. 4 относится к классу 3.1 Рабочая поза Характер рабочей позы (свободная, неудобная, фиксированная, вынужденная) определяется визуально. Время пребывания в вынужденной позе, позе 76 с наклоном корпуса или другой рабочей позе определяется на основании хронометражных данных за смену. Пример. Врач-лаборант около 40% рабочего времени проводит в фиксированной позе - работает с микроскопом. По этому пункту его работу можно отнести к классу 3.1. Наклоны корпуса Число наклонов за смену определяется путем их прямого подсчета или определением их количества за одну операцию и умножением на число этих операций за смену. Глубина наклонов корпуса (в градусах) измеряется с помощью любого приспособления для измерения углов (например, транспортира). Перемещение в пространстве (переходы, обусловленные технологическим процессом, в течение смены по горизонтали или вертикали - по лестницам, пандусам и др., км) Самый простой способ определения этой величины - с помощью шагомера, который можно поместить в карман работающего или закрепить его на поясе, определить количество шагов за смену (во время регламентированных перерывов и обеденного перерыва шагомер снимается). Количество шагов за смену умножить на длину шага (мужской шаг в производственной обстановке в среднем равняется 0,6 м, а женский - 0,5 м) и полученную величину выразить в км. Пример. По показателям шагомера, работница при обслуживании станков делает около 12 000 шагов за смену. Проходимое ею расстояние составляет 6000 м или 6 км (12 000 · 0,5 м). По этому показателю тяжесть труда относится ко второму классу. Общая оценка тяжести трудового процесса Общая оценка по степени физической тяжести проводится на основе всех приведенных выше показателей. При этом вначале устанавливается класс по каждому измеренному показателю и вносится в протокол, а окончательная оценка тяжести труда производится по показателю, отнесенному к наибольшей степени тяжести. При наличии двух и более показателей класса 3.1 и 3.2 общая оценка устанавливается на одну ступень выше. Задание на практическую работу по теме «Оценка тяжести трудового процесса» Провести оценку тяжести трудового процесса заданного работника. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с методикой оценки 2. Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 10.2) 3. Оформить исходные данные в виде таблицы. 4. Определить тяжесть труда для каждого фактора. 5. Определить общую категорию тяжести труда и дать ее определение. 6. Подписать отчет и сдать преподавателю. 77 Варианты заданий к практической работе по теме «Оценка тяжести трудового процесса». Таблица 10.2 № номер варианта 01 02 Профессия Инженер – разработчик Инженер – исследователь 03 Инженер – конструктор 04 Контроллер продукции 05 Токарь 06 Токарь 07 Токарь 08 Оператор ПЭВМ 09 Сотрудник вычислительного центра 10 Программист 11 Лаборант 12 Грузчик 13 Грузчик 14 Грузчик 15 Шлифовальщица 16 Шлифовальщица Описание трудового процесса Рабочая поза свободная; подъем и перемещение грузов до 5 кг, до 2 раз в час, на расстояние до 5 метров; перемещение в пространстве до 4 км Рабочая поза свободная; подъем и перемещение грузов до 2 кг, до 2 раз в час, на расстояние до 5 метров; перемещение в пространстве до 4 км Рабочая поза несвободная, до 10% времени в наклонном положении; подъем и перемещение грузов до 2 кг, до 2 раз в час, на расстояние до 5 метров; перемещение в пространстве до 6 км Рабочая поза свободная; подъем и перемещение грузов до 10 кг, до 10 раз в час, на расстояние до 5 метров; монотонные повторяющиеся движения до 800 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 5 км Рабочая поза несвободная – до 10% времени в наклонном состоянии; подъем и перемещение грузов до 10 кг, до 20 раз в час, на расстояние от 1 до 5 метров; удержание груза до 10 кг на время до 10 секунд, двумя руками; монотонные повторяющиеся движения до 2000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 4 км Рабочая поза несвободная – до 10% времени в наклонном состоянии; подъем и перемещение грузов до 1 кг, до 60 раз в час, на расстояние от 1 до 5 метров; удержание груза до 1 кг на время до 10 секунд, двумя руками; монотонные повторяющиеся движения до 2000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 5 км Рабочая поза несвободная – до 10% времени в наклонном состоянии; подъем и перемещение грузов до 5 кг, до 20 раз в час, на расстояние от 1 до 5 метров; удержание груза до 5 кг на время до 5 секунд, двумя руками; монотонные повторяющиеся движения до 1000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 3 км Рабочая поза несвободная – до 20% времени в наклонном состоянии; монотонные повторяющиеся движения до 60000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 3 км Рабочая поза несвободная – до 20% времени в наклонном состоянии; монотонные повторяющиеся движения до 40000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 3 км Рабочая поза несвободная – до 30% времени в наклонном состоянии; монотонные повторяющиеся движения до 50000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 3 км Рабочая поза несвободная – до 10% времени в наклонном состоянии; монотонные повторяющиеся движения до 1000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 4 км Рабочая поза несвободная – до 10% времени в наклонном состоянии; подъем и перемещение грузов до 50 кг, до 50 раз в час, на расстояние от 1 до 100 метров; удержание груза до 50 кг на время до 5 секунд, двумя руками; перемещение в пространстве до 12 км Рабочая поза несвободная – до 10% времени в наклонном состоянии; подъем и перемещение грузов до 25 кг, до 100 раз в час, на расстояние от 1 до 100 метров; удержание груза до 25 кг на время до 10 секунд, двумя руками; перемещение в пространстве до 12 км Рабочая поза несвободная – до 20% времени в наклонном состоянии; подъем и перемещение грузов до 50 кг, до 80 раз в час, на расстояние от 1 до 20 метров; удержание груза до 50 кг на время до 10 секунд, двумя руками; перемещение в пространстве до 8 км Рабочая поза несвободная – до 20% времени в наклонном состоянии; подъем и перемещение грузов до 5 кг, до 100 раз в час, на расстояние от 1 до 5 метров; удержание груза до 5 кг на время до 15 секунд, двумя руками; монотонные повторяющиеся движения до 7000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 3 км Рабочая поза несвободная – до 20% времени в наклонном состоянии; подъем и перемещение грузов до 1 кг, до 100 раз в час, на расстояние от 1 до 5 метров; удержание груза до 1 кг на время до 10 секунд, двумя руками; монотонные повторяющиеся движения до 8000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 2 км 78 Продолжение таблицы 10.2 17 Контролер качества подшипниковых колец 18 Автослесарь 19 Фрезеровщик 20 Фрезеровщица 21 Фрезеровщица 22 Охранник 23 Наладчик оборудования 24 Электромонтер 25 Уборщица производственных помещений 26 Уборщица производственных помещений 27 Маляр (мужчина) 28 Маляр (женщина) 29 Водитель 30 Паяльщик Рабочая поза несвободная – до 40% времени в наклонном состоянии; подъем и перемещение грузов до 1 кг, до 20 раз в час, на расстояние до 5 метров; удержание груза до 1 кг на время до 5 секунд, двумя руками; монотонные повторяющиеся движения до 800 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 4 км Рабочая поза неудобная – до 50% времени в неудобном положении; подъем и перемещение грузов до 10 кг, до 20 раз в час, на расстояние до 20 метров; удержание груза до 10 кг на время до 10 секунд, двумя руками; перемещение в пространстве до 7 км Рабочая поза несвободная – до 20% времени в наклонном состоянии; подъем и перемещение грузов до 15 кг, до 20 раз в час, на расстояние от 1 до 5 метров; удержание груза до 15 кг на время до 2 секунд, двумя руками; монотонные повторяющиеся движения до 1500 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 5 км Рабочая поза несвободная – до 20% времени в наклонном состоянии; подъем и перемещение грузов до 3 кг, до 60 раз в час, на расстояние от 1 до 5 метров; удержание груза до 3 кг на время до 5 секунд, двумя руками; монотонные повторяющиеся движения до 2000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 3 км Рабочая поза несвободная – до 30% времени в наклонном состоянии; подъем и перемещение грузов до 1 кг, до 80 раз в час, на расстояние до 1 метра; удержание груза до 1 кг на время до 3 секунд, одной рукой; монотонные повторяющиеся движения до 2000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 2 км Рабочая поза стоя – до 80 % рабочего времени; перемещение в пространстве до 15 км Рабочая поза неудобная – до 20 % рабочего времени; подъем и перемещение грузов до 5 кг, до 2 раз в час, на расстояние от 1 до 20 метров; удержание груза до 5 кг на время до 10 секунд, двумя руками; перемещение в пространстве до 5 км Рабочая поза неудобная – до 30 % рабочего времени; подъем и перемещение грузов до 4 кг, до 5 раз в час, на расстояние от 1 до 100 метров; удержание груза до 4 кг на время до 10 секунд, двумя руками; перемещение в пространстве до 7 км Рабочая поза неудобная – до 20 % рабочего времени в наклонном состоянии; подъем и перемещение грузов до 6 кг, до 5 раз в час, на расстояние от 1 до 20 метров; монотонные повторяющиеся движения до 20000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 6 км Рабочая поза неудобная – до 30 % рабочего времени в наклонном состоянии; подъем и перемещение грузов до 7 кг, до 10 раз в час, на расстояние от 1 до 10 метров; монотонные повторяющиеся движения до 30000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 8 км Рабочая поза неудобная – до 20 % рабочего времени; подъем и перемещение грузов до 3 кг, до 10 раз в час, на расстояние от 1 до 30 метров; удержание грузов до 1 кг в течении 80% рабочего времени; монотонные повторяющиеся движения до 40000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 5 км Рабочая поза неудобная – до 20 % рабочего времени; подъем и перемещение грузов до 3 кг, до 10 раз в час, на расстояние от 1 до 30 метров; удержание грузов до 1 кг в течении 70% рабочего времени; монотонные повторяющиеся движения до 30000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 4 км Рабочая поза фиксированная – до 80 % рабочего времени; монотонные повторяющиеся движения до 30000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 1 км Рабочая поза неудобная – до 30 % рабочего времени; подъем и перемещение грузов до 1 кг, до 30 раз в час, на расстояние до 1 метра; удержание груза до 0,3 кг в течении 70% рабочего времени; монотонные повторяющиеся движения до 10000 за рабочую смену; перемещение в пространстве до 2 км 79 11. КАТЕГОРИРОВАНИЕ ПОМЕЩЕНИЙ ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ Основные понятия и определения Категорирование - это установление категории помещений и зданий (или частей зданий между противопожарными стенами - пожарных отсеков) производственного и складского назначения в соответствии с номенклатурой категорий и методикой их определения, регламентированными НПБ 105-03 [21], в зависимости от количества и характеристик пожаровзрывоопасности находящихся (обращающихся) в них веществ и материалов с учетом особенностей технологических процессов размещенных в них производств. Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности принимаются в соответствии с табл. 11.1. Как правило, в любом лабораторном помещении имеются горючие материалы (мебель, бумага, покрытие пола и т.п.), поэтому они относятся, как минимум, к категории В. Таблица 11.1 Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности [21] Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С в таком количестве, что могут образовывать А взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении котоВзрывопожароопасная рых 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 Б образовывать взрывоопасные пыле- или паровоздушные смеси, при Взрывопожароопасная воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества В1-В4 и материалы, способные при воздействии с водой, кислородом воздуПожароопасные ха 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 Г выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива Д Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии Категория помещений Для расчета избыточного давления взрыва необходимо знать количество веществ, принимающих в нем участие. При определении количества вещества, принимающего участие во взрыве, считается, что происходит расчетная авария одного из аппаратов, все содержимое которого поступает в помещение, происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов в течение времени, необходимого для их отключения, происходит испарение с поверхности разлив80 шейся жидкости или с любых других открытых поверхностей. Если результат расчета избыточного давления взрыва для помещений, в которых обращаются горючие газы или легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) с температурой вспышки менее 28 °С, дает значение более 5 кПа, то они относятся к категории А. В противоположном случае проводится проверка возможности отнесения помещений к категории Б, если в них обращаются горючие жидкости с более высокой температурой вспышки или горючие порошки и пыли. Предполагается, что во взрыве участвует пыль, поступающая из аппаратов в момент аварии; из трубопроводов, если они имеются; накопившаяся пыль в помещении на поверхности оборудования и строительных конструкций. Если в помещении одновременно присутствуют горючие пыли и ЛВЖ или горючие жидкости, избыточные давления взрыва каждого вида материалов суммируются и сопоставляются с граничным значением 5 кПа. В случае, когда обоснован вывод об отнесении помещения к категории В, необходимо решить вопрос о выборе разновидностей пожароопасной категории В1-В4. Пожароопасная категория помещения определяется сравниванием максимального значения удельной временной пожарной нагрузки на любом из участков с величиной удельной пожарной нагрузки, приведенной в табл. 11.2. Таблица 11.2 Определение категории пожароопасных помещений Категория В1 В2 В3 В4 Удельная пожарная нагрузка, МДж/м2 Менее 2200 1401...2200 181...1401 1...181 Пожарная нагрузка помещений может включать в себя различные сочетания горючих и трудногорючих жидкостей и твердых материалов в пределах пожароопасного участка. Пожарная нагрузка (МДж) определяется по формуле: Q G j Q íj , P (11.1) где G j - количество j – го материала пожарной нагрузки, кг; QíjP - низшая теплота сгорания j – го материала пожарной нагрузки, МДж/кг (табл. 11.3). Удельная пожарная нагрузка (МДж/м2) определяется по формуле: q Q/S , (11.2) где S - площадь размещения пожарной нагрузки, м (но не менее 10 м ). Если по указанной методике помещение отнесено к категориям В2 или В3, то проверяется выполнение условия: 2 Q 0,64qH 81 2 (11.3) где H – высота помещения, м. Если это условие не выполняется, помещение относят соответственно к категориям В1 или В2. Таблица11.3. Теплота сгорания пожароопасных материалов Материал или вещество Алюминий Ацетон Бензин Бензол Бумага Дерево Керосин Кремний Магний Толуол Резина Фенол Этанол Полиэтилен Низшая теплота сгорания материалов, кДж/кг 31087 31360 45700 40630 20000 19000 42900 32430 25104 40936 27000 31790 30608 46582 Определив категорию помещения, принимают проектные решения по обеспечению взрывопожаробезопасности помещения и здания. При этом учитывается также категория здания в целом. Если она неизвестна, то принимается, что здание имеет ту же категорию взрывопожароопасности, что и помещение лаборатории. Расчет избыточного давления взрыва Избыточное давление взрыва для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F, определяется по формуле: Đ ( Pmax P0 )mZ 100 , Vńâρă ŃńňĘ í (11.4) где Pmax - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое по справочным данным [3]; при их отсутствии принимается равным 900 кПа; Р0 - начальное давление, принимаемое равным 101 кПа; т - масса горючего газа, паров ЛВЖ или горючих жидкостей, вышедших при расчете в помещение, кг; Z - коэффициент участия горючего во взрыве, принимаемый равным 1 для водорода, 0,5 для других горючих газов, 0,3 - для ЛВЖ и горючих жидкостей, 0,5 - для горючих пылей; Vcв - свободный объем помещения, м, принимаемый равным 80 % объема помещения; ρг - плотность газа или пара при расчетной температуре, кг/м3; Сст - стехиометрическая концентрация горючего, % об., вычисляемая по формуле: Ńńň 100 , 1 4,84 82 (11.5) где nŃ n Í n ő n0 - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции 4 2 сгорания (пС, пН, п0, пх- число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего); Кн - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, принимаемый равным 3. Расчет избыточного давления взрыва (кПа) для остальных горючих веществ и для их смесей может быть выполнен по формуле: Đ ňÍ Ň Đ0 Z , Vńâρâ Ń đŇ0 Ę í (11.6) где Нт - теплота сгорания, кДж/кг; ρв - плотность воздуха до взрыва при температуре Т; Ср - теплоемкость воздуха, принимается равной 1,01кДж/(кг·К); Т0 начальная температура воздуха, К. Если в помещении ведется работа с использованием горючих газов, то производится расчет избыточного давления по формуле (11.4) или (11.6), причем масса (кг) поступившего в помещение при расчетной аварии газа определяется по формуле: т = (Vа + Vт) ρг, (11.7) где Vа - объем газа, вышедшего из аппарата, м3; Vт - объем газа, вышедшего из трубопроводов, м3. При этом: Vа = 0,01Р1V, (11.8) где Р1 - давление в аппарате, кПа; V- объем аппарата, м3; Vт = V1т + V2т, (11.9) где V1т - объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3: V1т = qt, (11.10) где q - расход газа в трубопроводе, м3/с; t - время отключения трубопровода; V2т - объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3: V2т = 0,01πР2 r2L, (11.11) где Р2 - давление в трубопроводе, кПа; r - внутренний диаметр 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. При проведении работ с ЛВЖ и горючими жидкостями избыточное давление взрыва в помещении также определяется по формуле (11.4) или (11.6). 83 Масса (кг) паров жидкости, поступивших в помещение при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом при окраске, промывке или покрытии, поверхность открытых емкостей), определяется по формуле: т = тр + тот + тс , (11.12) где тр - масса паров, поступивших с поверхности разлива, кг; тот - масса паров, поступивших с открытых поверхностей, кг; тс - масса паров, поступивших с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг. При этом каждое из слагаемых в формуле (11.12) определяется по формуле: m = WFjt, (11.13) где W — интенсивность испарения, кг/(с·м2); Fj - площадь испарения, м2; t время испарения, с. Интенсивность испарения W, кг/(с·м2) определяется по справочным или экспериментальным данным. Для ЛВЖ при комнатной температуре расчет производится по формуле: W 10 6 ηĐí Ě , (11.14) где η - коэффициент, принимаемый по табл. 11.4 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 11.4 Значения коэффициентов для расчета интенсивности испарения ЛВЖ Скорость воздушного потока в помещении, м/с 0 0,1 0,2 0,5 1,0 Значение коэффициента η при температуре t, °С, в помещении 10 15 20 30 35 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 3,0 2,6 2,4 1,8 1,6 4,6 3,8 3,5 2,4 2,3 6,6 5,7 5,4 3,6 3,2 10,0 8,7 7,7 5,6 4,6 Площадь испарения F в случае пролива ЛВЖ и горючих жидкостей определяется исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих по массе 70 % и менее растворителей, разливается по площади 0,5 м2, а остальных жидкостей - на 1 м2 пола помещения. Длительность испарения жидкости t принимается равной времени полного испарения, но не более 3600 с. Как правило, количество дисперсных горючих материалов, которые имеются в лаборатории и могут перейти в ее объем с образованием взрывоопасных аэровзвесей при авариях, недостаточно для развития избыточного давления более 5 кПа. Чтобы убедиться в этом, достаточно произвести обратный расчет по 84 уравнению (9.5), решив его относительно m - массы материала, участвующего во взрыве, и сопоставив полученное значение этой массы, необходимое для создания избыточного давления в 5 кПа, с реальным количеством материала, который может принять участие во взрыве. Если первая величина заведомо больше второй, то помещение относят к категории В. Расчет избыточного давления (кг) при взрыве горючих порошков и пылей производится по формуле: Đ ňÍ Ň Đ0 Z , Vńâρâ Ń đŇ0 Ę í (11.15) где Нт - теплота сгорания материала, Дж/кг; ρв - плотность воздуха до взрыва, кг/м3, при начальной температуре Т0 ; Ср - теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К) (допускается принимать равной 1,01 кДж/(кг·К); Z - коэффициент участия взвешенной горючей пыли во взрыве, следует принимать равным 1 для порошков металлов и сплавов (в том числе и порошков кремния, употребляемого в полупроводниковом производстве); Кн следует принимать равным 3, если рассчитывается избыточное давление в большом помещении (например, здании мастерской или цеха, имеющем большую площадь проемов), и равным 2, если расчет ведется для относительно небольшого помещения (камеры вентиляционных установок, помещение для установки фильтров или циклонов и т.п.); m расчетная масса взвешенной в объеме помещения пыли при аварийной ситуации, кг, определяемая по формуле: т = твз + тав , (11.16) где твз - расчетная масса взвихрившейся пыли, кг: твз = Квз тп , (11.17) где Квз - доля отложившейся в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации (при отсутствии экспериментальных сведений, допускается принимать Квз = 0,9), тп - масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг; тав - расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг: тав = (тап + qτ)Кп , (11.18) где тап - масса горючей пыли, выбрасываемой в помещение из аппарата, кг; q количество пылевидных веществ, поступающих в аварийный аппарат по трубопроводам до момента их отключения, кг/с; τ - время отключения, равное 120 с при автоматическом отключении и 300 с при отключении вручную; Кп - коэффициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение (при отсутствии экспериментальных сведений о величине Кп допускается принимать для пылей с дисперсностью не менее 350 мкм Кп = 0,5, для пылей с дисперсностью менее 350 мкм Кп = 1,0); тп - масса отложившейся в помещении пыли к момен85 ту аварии, кг: тп = Кг (т1 + т2) / Ку, (11.19) тi = Мi (1 - α) βi , (11.20) где тi (i = 1,2) - масса пыли, оседающей на различных поверхностях в помещении за межуборочный период; т1 - масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях помещения в период между генеральными уборками, кг; т2 - масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между текущими уборками, кг; М1 - масса пыли, выделяющейся в объем помещения за период времени между генеральными уборками, кг; М2 - масса пыли, выделяющейся в объем помещения за период времени между текущими уборками, кг; β1, β2 - доли выделяющейся в объем помещения пыли, оседающей соответственно на труднодоступных и доступных для уборки поверхностях помещения (β1 + β2 = 1; допускается принимать β1 = 1, β2 = 0); Ку - коэффициент эффективности пылеуборки (принимается при сухой пылеуборке равным 0,6); Кг -доля горючей пыли в общей массе отложений пыли. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с методикой категорирования помещений по взрывопожарной и пожарной опасности. 2. Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (см. табл. 11.5) 3. Провести расчеты. 4. Определить избыточное давление взрыва или удельную пожарную нагрузку, а затем категорию здания по взрывопожарной и пожарной опасности (если нужно), описать данную категорию зданий. Сделать выводы. 5. Подписать отчет и сдать преподавателю. Задания на практическую работу по теме «Категорирование помещений по взрывопожарной и пожарной опасности» Задание 1. Провести категорирование по взрывопожарной и пожарной опасности помещения, в котором находится аппарат, работающий в проточном режиме в атмосфере водорода, при аварии аппарата и поступлении водорода в воздух. При расчете учесть, что весь водород, выходящий из аппарата, сжигается в факеле, других горючих или взрывоопасных веществ и материалов в помещении нет, подача газа отключается автоматически. Варианты заданий приведены в табл. 11.5. При расчетах учесть, что плотность водорода при 20 °С ρвод = 0,083 кг/м3. 86 Варианты заданий к практической работе по теме «Категорирование помещений по взрывопожарной и пожарной опасности» Задание 1. Таблица 11.5 № вар. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Vап, м3 2 2,5 3 2,5 3,5 2,5 2,5 2 3 4 4 3 2,5 5 4 3 2,5 2 3,7 3,2 3,3 2,7 1,6 1,9 6,0 P1, кПа 160 150 200 150 150 120 160 150 200 180 150 200 180 150 170 120 130 140 165 160 145 150 120 140 150 P2, кПа 200 200 300 220 250 150 300 200 250 220 200 250 190 200 200 130 160 170 185 180 195 190 200 160 200 r, м 0,03 0,02 0,02 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03 0,02 0,02 0,03 0,03 0,02 0,015 0,015 0,02 0,04 0,02 0,015 0,025 0,03 0,025 0,03 0,02 0,05 L, м 20 10 20 15 15 10 12 15 20 15 20 15 10 10 15 12 14 10 15 22 7 8 12 17 20 Объем помещения, м3 250 300 400 350 350 400 450 800 700 600 500 450 400 450 500 250 600 700 650 750 420 450 500 450 1000 q, м3 0,01 0,005 0,02 0,003 0,01 0,02 0,03 0,004 0,05 0,003 0,02 0,005 0,002 0,003 0,006 0,004 0,05 0,02 0,005 0,01 0,005 0,002 0,01 0,005 0,04 Задание 2. Рассчитать избыточное давление взрыва в помещении, в котором производится размол кремния в порошок с размером частиц менее 100 мкм. В помещении отсутствуют какие-либо другие взрывоопасные и горючие вещества и материалы. Дробильно-размольное оборудование периодического действия. Исходные данные: теплота горения кремния Нт = 3,24·107Дж/кг; температура воздуха 293К, плотность воздуха 1,206 кг/м3. Варианты заданий приведены в табл. 11.6. 87 Варианты заданий к практической работе по теме «Категорирование помещений по взрывопожарной и пожарной опасности» Задание 2. Таблица 11.6 № вар. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Количество пыли кремния Количество пыли кремния, оседающей в в аппаратах, кг помещении между пылеуборками, кг 100 15 60 10 80 20 40 10 30 5 20 5 25 5 30 6 50 4 60 10 120 20 100 16 80 15 75 9 55 6 60 4 70 5 50 5 40 4 35 6 45 8 65 9 100 10 120 15 110 20 88 Объем помещения, м3 15000 12000 15000 20000 10000 12000 12000 10000 13000 15000 20000 25000 60000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000 50000 40000 35000 Задание 3. По исходным данным, приведенным в табл. 11.7, определить категорию пожароопасности В1 - В4 помещений для разных площадей размещения нагрузки. Варианты заданий к практической работе по теме «Категорирование помещений по взрывопожарной и пожарной опасности» Задание 3. Таблица 11.7 № вар 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Вид и количество материала, кг Дерево 100 85 90 70 90 95 100 85 50 60 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 70 75 80 85 90 Бумага 50 45 40 35 30 25 40 30 35 40 45 50 55 60 55 50 45 40 35 30 35 40 45 50 55 50 45 40 35 30 Полиэтилен 2 5 3 4 10 2 5 9 8 7 20 10 5 5 5 4 6 9 10 3 3 2 1 6 4 3 4 10 2 5 Резина 10 15 20 15 10 5 7 9 11 13 15 17 19 21 20 18 16 14 12 10 8 13 15 18 20 15 10 5 7 9 89 Высота помещения, м 3,5 3,3 3,5 4,0 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 3,7 3,9 4,0 3,5 3,0 2,5 3,5 3,3 3,5 3,5 3,5 3,5 3,3 3,5 3,5 4,0 2,5 2,7 2,9 3,1 Площадь размещения нагрузки, м2 S1 S2 15 30 10 30 15 40 12 35 14 40 16 45 18 50 20 20 18 25 17 30 15 35 13 40 11 45 10 50 12 55 14 20 16 25 18 28 20 30 22 33 24 35 26 40 28 45 30 50 35 60 15 30 12 33 14 35 16 40 18 60 Приложение 1 Определение воздействия взрыва на горизонтальную поверхность (Рг кгс/м2) в зависимости от нормальной скорости горения взрывоопасной смеси (Г, м/с), объема помещения (П, м3) и веса 1 м2 легкосбрасываемого элемента ограждающих конструкций (Д, кгс) с учетом постоянных и временных длительных нагрузок Рис. 1. Нормальная скорость горения 0,3 м/с Рис. 2. Нормальная скорость горения 0,4 м/с 90 Рис. 3. Нормальная скорость горении 0,5 м/с Рис. 4. Нормальная скорость горении 0,6 м/с 91 Рис. 5. Нормальная скорость горении 0,7 м/с Рис. 6. Нормальная скорость горении 0,8 м/с 92 Рис. 7. Нормальная скорость горении 0,9 м/с Рис. 8. Нормальная скорость горении 1 м/с 93 Приложение 2 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет» Кафедра « Безопасность жизнедеятельности» Отчет к практической работе ____________________________________________________________________ Ф.И.О. студента ______________________________________________ Группа_______________________ Вариант ________________________ Ф.И.О. преподавателя __________________________________________ Дата _________________________________ Ижевск 2006 94 Список литературы. 1. Атаманюк В. Г., Ширшев Л. Г., Акимов Н. И. Гражданская оборона. — М.: Высшая школа, 1986.— 207 с. 2. Батурин В.Б. Основы промышленной вентиляции. - М.: Профиздат, 1990.448 с. 3. Безопасность жизнедеятельности в металлургии: Учеб. для вузов/ Л.С. Стрижко, Е.П. Потоцкий, И.В. Бабайцев и др./ Под ред. Л.С. Стрижко. - М.: Металлургия, 1996. - 416 с. 4. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств (Охрана труда): Учебное пособие для вузов. П.П. Кукин, В.Л. Лапин, Н.Л. Пономарев и др. - 2-е изд., исп. и доп. М.: Высшая Школа, 2001. – 319 с. 5. Безопасность жизнедеятельности. Практические занятия. И. Г. Гетия, С. И. Гетия, В. Н. Емец и др. М., Колос, ИПР СПО, 2002. – 104 с. 6. Безопасность жизнедеятельности. С. В. Белов, В. А. Девисилов, А. Ф. Козьяков и др.; Под общ. ред. С. В. Белова. — М.: Высшая школа, НМД СПО, 2000. – 360 с. 7. Безопасность жизнедеятельности. С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др.,: Под общ.ред. С.В. Белова – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высшая школа 1999.- 448 с. 8. Безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие/ В.Я. Бычков, А.Н. Варенков, А.В. Власюк и др.; Под ред. Б.С. Мастрюкова. - .: МИСиС, 2004.-108 с. 9. Безопасность и охрана труда: Учебное пособие для вузов. Под ред. О.Н. Русака. СПб: Изд-во МАНЭБ, 2001. – 279 с. 10. Виноградов С. С. Организация гальванического производства. Оборудование, расчет производства, нормирование. - М.: Глобус, 2002. - 191с. 11. Водивилина Т.Ю. Теплотехника, теплоснабжение и вентиляция. - Барнаул: Алтайский гос. ун-т им. И. И. Ползунова, 1997. Т. 3. Вентиляция. - 418 с. 12. ГН 2.1.6.1338-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. 13. ГН 2.2.5.1313-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. 14. ГОСТ 12.1.003.-83. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. 15. ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. 16. ГОСТ 12.1.012-90. ССБТ, Вибрационная безопасность. Общие требования. 17. ГОСТ 12.1.050-86. ССБТ. Методы измерения шума на рабочих местах. 18. Заборов В.И., Клячко Л.Н., Росин Г.С. Защита от шума и вибрации в черной металлургии. М.: Металлургия, 1988. - 216 с. 19. Килин П.И. Расчет и устройство вытяжных зонтов // Черная металлургия. 1996 № 9. С. 69-73. (Изв. высш. учеб. заведений). 20. Межотраслевые методические рекомендации. Количественная оценка тяжести труда. — М.: Экономика, НИИТруда, 1999.— 116 с. 95 21. НПБ 105-03. Нормы пожарной безопасности. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. 22. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ, изд.: 2 кн./ Под ред. А.Н. Баратова и А.Я. Корольченко. - М.: Химия, 1990. Кн.1.496с.;Кн. 2.- 384 с. 23. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 24. Прилепская И. В., Гетия И. Г. Методические указания по выполнению раздела «Охрана труда» в дипломных проектах. — М.: МИП, 1990. — 30 с. 25. Руководство Р 2.2.755–99. Гигиенические критерии оценки и классификация условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса. 26. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий. 27. Сибикин Ю. Д. Электробезопасность при эксплуатации электроустроустановок промышленных предприятий. – М.: Академия, 2003. – 240 с. 28. Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности. Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2000. - 385 с. 29. СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. 30. СНиП 21-01-97. Пожарная безопасность зданий и сооружений. 31. СНиП 23-03-2003. Защита от шума. 32. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. 33. СНиП 31-03-01. Производственные здания. 34. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. 35. Справочная книга по охране труда в машиностроении. Г. В. Бектобеков, Н. Н. Борисова, В. Н. Короткое и др.; Под общ. ред. О. Н. Русака. — Л.: Машиностроение, 1989. — 541с. 36. Средства защиты в машиностроении: Расчет и проектирование: Справ. / Белов С.В., Козьяков А.Ф., Партолин О.Ф. и др.; Под ред. С.В. Белова. – М.: Машиностроение, 1989. – 368 с. 96
