автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Разработка средств индивидуальной защиты органов дыхания при обслуживании и ремонте авиационной техники в условиях низких температур

институт инженеров гражданской авиации

2 1 MAP 199'f

На правах рукописи

ТИМОФЕЕВ Владимир Дмитриевич

РАЗРАБОТКА СВДСТВ ИНЬЯЩУАЛЫЮЙ ЗАЩН ОРГАНОВ даХАНШ ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ И РИЮНТЕ АВИАЦЖПЮЙ ТЕХНИКИ В УСЛОВШХ НИЗКИХ ТЕ''ПЕРАТУР

Специальность: 05.22.14 - Эксплуатация воздупного

транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев 1994

Диссертация является рукописью. Работа выполнена в Киевской институте инженеров гражданской авиации и в Санкт-Петербургском институте точной механики и оптики.

Научные руководители

доктор медицинских наук, профессор Науменко Я.И., доктор физико-математических наук, профессор Заричняк iO.il.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор ^омзяков Л. И.,

доктор технических налги, профессор Федоров В.Г,

Ведущая организация - Институт проблем материаловедения Академии 11аук Украины.

Защита состоится 25 марта 1994 года в 4Ь часов на заседании специализдрованлопо Совета Д 072.04.01 при Киевском институте инженеров гражданской авиации по адресу: 252601, ГСЛ, Киев, проспект Космонавта Комарова,!.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Киевского инси 'уга инженеров гражданской авиации.

Автореферат разослан февраля 1994 года.

Ученый секретарь специализированного Совета,

доктрр технических наук I ^ Н.Ф.Дмитриченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблема.Развитая сать авиационных линий высоких широт требует дальнейшего совершенствования надежной материально-технической базы, обеспечения приемлемых условий труда при эксплуатации авиационной техники на холоде, •

Природао-климатические условия Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера характеризуется длительным периодом времени с низкими температурами окружавшей среды, опускающейся до -50°.., -55°С. Средние температуры ~30°..,-35°С является обычными и регистрируются на протяжении до 150 дней и более. Низкие температура нередко сопровождаются ветрами и метелями. Жесткие климат тические условия предопределили низкие температуры, как ведущий неблагоприятный фактор. В связи с чем защита человека от холода в этик районах приобретает первосгепеняое значение,

Специфика гражданской авиации делает проблему охраны труда в оуровых условиях особо актуальной. Эксплуатационные требования предусматривают возможность технического обслуживания воздушных судов в короткие ороки при минимальных трудовых затратах /Черненко 1,С. ДЬ85/. Ванную роль в обеспечении выполнения работ, связанных с авиационной техникой, играет специфика влияния климаго-географичзекпх особенностей региона на здоровье персонала авиационяо-техническйх баз аэропортов. Обслуживание и ремонт •воздушных судов производится на открытых площадках при постоянном контакте "работающие с охлажденным металлом, вынужденных неудобных рабочих позах, сопровождающихся длительным статистическим напряжением различных трупп мышц. ОхладЦелие организма человека является причиной заболеваний радикулитами, невралгиями, пневмониями, острыми респираторными заболеваниями /Авцын А.П., 1905/.

В авиациоино-технических базах северных аэропортов эти заболевания с временной утратой нетрудоспособности звнимаш? ведущую роль, особенно в осенне-зимний, зиший и зимне-весенний периоды, достигая ликоаых значений во время установления средних минимальных величин температуры окрунаюцего воздуха. M окно пред-пашетть, что оклавдениа организма человека является причиной некачественного выполнения операций но техническому обслуживание или ремонту летательных аппаратов, о чем свидетельствует тенденция повышения количества авиационных происшествий и предпосылок к ним по вине обслуживающего персояала в зиший период года.

Проблеме защиты человека от холода посвящены работы отече-. ственных и зарубежных исследователей /Еартон А., Эдхолм Û..IS57; U.K.Витте, 1956; И.С.Нандрор, 1Ь68; И.Ы.Науменко, B.C.Ко-

щеев, 1У81 и другие/. На основа их исследований разработана теплозащитная одежда различной степени эффективности, которая уменьшает конвективные, кондуктивныэ и радиационные теплопотери организма. В авиации широко используется маховая зшняя одекда с суммарным тепловым сопротивлением не ниже 4,5 - 5.0 КД0 Д КДОь = 0,15°сл2/Вт /, такде применяется утепленная обувь, меховые головные уборы.

Однако, как показали многочисленные исследования,возможности создания аффективной теплозащитной одежды из широко используемых в производстве материалов ограничены. При этом следует . учесть, что одззда с предельной толщиной теплозащитного слоя обладает значительным весом и не удобна для практического применения, Невозможность компенсации теплопотарь организма путем применения даже самой элективной одежды обьясвяется тем, что примерно ¡25-40$ общих теплопотерь организма /в зависимости от тягости работы/ вдет через органы дыхания /Кандрор И.О.,1968; Якименко М.А.,1Ь82 и другие/.

Известна различные? способа защита органов дыхания, простейшими из которых являются шарфа иди подшлемники. Разработанные в настоящее время зврубзяаыа и отечественныо средства индивидуальной защиты органов дыхания от низких температур обладает зпачи-телышм» коветруктивпими недостатками, что негативно влияет на их эксплуатационно-гигиенические характеристики. 3 связи о атан.разработка подобиях устройств, согревающих впадений воздух и облегчающих дыхание человека при низких температурах воздуха,является важной и актуальной.

Цель работы. - разработка устройства с утилизатором метаболического тепла для подогрева холодного вдыхаемого воздуха.

Основные задачи исследования:

I/ изучить условия труда авиатехников ара низких температурах окружающей среда;

2/ проанализировать заболеваемость болезнями холодовой этиологии среди персонала авшционно-техничеоких баз аэропортов высоких широт;

3/ моделирование и исследование т^плофизичеоких процессов в 'теплообменника-утилизатора; -

4/ разработать, иогштать и оргаггазовать выпуск полупромышленной партии масон,для защити органов дыхания.

Методы исследований. Для решения лоставлашшх задач были применена методы математического и физического моделирования, тепло-метрии, хронометрии, изучения топографии конных температур человека /тепловизор А6А-780,. металлические и полупроводниковые термометры сопротивления по ГОСТ 6651-78, ГОСТ 8.157-78, автоматические электронные потенциометра, уравновешенные а неуравновешенные мости унифицированной системы КС по ГОСТ 7164-79/ и определения средневзвешенной температура тела /система Яатапв^аи /, измерения перепадов давления с классом точности не пиле 2,5 /гягонапорометр

типа ТАШ-2 но ГОСТ 2648-78/, анализа здыхаумого и выдыхаемого воздуха /газоанализаторы на С02 и масс-спектрометр МХ-6202/, эргономш:и; определения степени механического давления маски на лицо /многоканальный прибор ПЛД-5/ модулей местной упругости, определений поля зрения /периграф универсальный/, математической отатистики.

Научная новизна. Впервые установлены'особенности теплообмена авиатехников при обслуживании а ремонте авиационной техники в условиях низких температур, дающие объяснение характеру их заболеваемости и определяющие направленность мер профилактики.

Методами математического и физического моделирования теплообмена .человека с окружающей средой, а также проведенных обобщений данных литература обоснована возможность утилизации метаболического тепла вдыхаемого воздуха. Создано программное обеспечение расчета с помощь» ЭВМ параметров теплообменника.

Современными методами инструментальнвх исследований доказаны преимущества предлокешпй конструкции рекуператора и маски, что позволяет коренным образом оздоровить условия труда на холоде.

Сформулированы научно обоснованные требования к средствам индивидуальной защиты органов дыхания от действия низких температур, разработан и изготовлен теплообменник - утилизатор метаболического тепла и маски Д-"я защиты челонека от действия низких температур.

На защиту выносятся:

1. Математическая и физическая модель для расчета те ал физических свойств теплообменника.

2. Результаты экспериментальных исследований теллофиэических характеристик теплообменника в зависимости от его конструктивных особенностей, внешних воздействий.'

5. Результаты изучения условий труда и заболеваемости быеаыш

с

холодовой этиологии персонала авиационно-техничеоких баз аэропортов высоких широт.

4. Результаты лабораторных и натурных испытаний теплозащитной маски.

Вклад автора состоит.в: 1

разработке математической и физической модели для расчета геплофизических свойств теплообменнику ;

разработке программного обеспечения для расчета теплофизиче-оких свойств рекуператора;

разработке конструкции и проведении экспериментальных, лабораторных и натурных испытанна теплозащитной маски;

разработке медико-технических требовании и технологии изготовления маска;

обсуждении и публикации результатов исследований по данной проблеме.

Практическая значимость работы. Разработаны научно обоснованные методы расчета характеристик теплообменников, используемых при создании средств индивидуальной защиты органов дыхания при работе в условиях холода.

На основе проведенных исследований разработана маска для подогрева вдыхаемого воздуха, обеспечивающая комфортные характеристики вдыхаемого воздуха з диапазоне наружных температур минуо 25°...55°С.

Разработанное программное обеспечение позволяет расчитывать конструктивные параметры теплообменников для обеспечения требуемых теплофизичеоких характеристик.

Разработана технология изготовления теплообменника и теплозащитной маоки. которая внедрена в авиационно-технических базах авиапредприятий Якутии и других северных регионов.

' Социальный эффект заключается в коренном оздоровлении условий

груда на колоде и снижения количества респираторных заболеваний холодовой этиологии.

Экономический эффект составляет 35 рублей в год на одну мао-ку в ценах 1991 года.

Апробация работа. Основные результаты работы доложены и' обсуждены на Ш Всесоюзной конференции "Экстремальная физиология,гигиена и средства иадивадульной защита человека" /Москва, 1990/, Всесоюзной конференции "Система терморегуляции при адаптации,организма к факторам среды" /Новосибирск, 1990/, проблемной семинаре кафедры охраны труда а окруаавдей среды КНИГА /1991/.

Публикации по работе. Результаты диссертационной работы опубликованы в Ч печатных работах.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит аз введения, обзора литературы /I глава/, описания методов и объекта исследования, обсуждения результатов работы /3 главы/, заключения, выводов, списка использованной литературы и прилояелия.

Диссертация содерягт 166 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 12 таблиц. Библиографический указатель включает 145 наименований литературы. Приложение содержит технические условия на тепло?ащитнуо лиску для подогрева воздуха, 14 актов испытаний и внедрения маски, программное обеспечение расчета параметров рекуператора.

ССШШАНИВ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы. Условия труда при обслуживании и ремонте авиационной техники резко ухудшаются в зимний и переходный периоды года в связи с воздействием холодового фактора. Однако, как показала многочисленные исследования, возможность ооздания высокоэффективных средств индивидуальной защиты человека от холода ограничены. Развитая поверхность легких является причиной высоких теплопотерь, дэстигаю-

е

тих 40,? суммарных таплодогарь организма, Вдыхание холодного воздуха усугубляет этот процесс и приводит к холодопому травматизму легких, в связи о чём защита органов дыхания приобрела оообуи актуальность.

Сформулированы цель и ооновные задачи исследований, их научная новизна и практическая ценность.

В первой главе сделан обзор отечественной и зарубежной литература по физиологии теплообмена человека в условиях охлавдвдего микроклимата, в котором отражены основные теоретические и практические аспекты поддержания температурного гомеостазиса, Подробно рассмотрен характер теолообыанних процессов, пройоходших в органах дыхания. Установлено, что при вдыхании внешний воздух,проходя через носоглотку, гортань, трахею, бронхи и бронхиолы,оогрештоя до температуры равной температуре тола, за счет теплоотдачи о внутренних стенок этих органов, механизм-теплообмена оозосавдаотся теплоаккумулирущей саособностьЪ'ресцйраТорвргр тракта И ЙШШ циркулируощей крови в их сосудах. На массообмзшшз процесса плия-ет слизистая оболочка, выступающая кондиционирующим аппаратом, р-лакняюцим поступавший воздух до концентрации влаги, необходимой для поддержания нормальной скорости тодлообмана, При ввдоха да пути по респираторному тракту, - особенно в верхних отдела:.,температура ив лаки ость альвеолярного воздуха значительно снижаются»

Теплоотдача чероз органы дыхания является .одним из путай АО-терь тепла организма и может достигать значительных величин /35 -4СЙ от общих геплодотзрь/ в зависимости от. температурч и влажности воздуха, а такяу от интенсивности производимого дыхания, что зависит от энергозатрат человека «а ваяолйвйиз оарздзлеадюй работа, Этот процесс является одним из тгочнтез яаяряхзкия оксдамы терморегуляции и повышения аростудноЯ забояштшп, Я.8» физиологи-чаокиа механизмы защиты органов духани/ от воздействия низких

температур недостаточны. Возрастание теплопотерь с верхних дыхательных путей, особенно в условиях высокой физической активности, способно привести к холодовому поражение легких. Значительно охлажденный воздух гигроскопичен, поэтому доля его влияния ад слизистую воздухоносного отдела легких будет возрастать в связи'о необходимости его увлажнения, приводя к еще более вырадэнному повреждению клеток. Из-за действия холодового фактора и резкого увеличения общей теплоотдачи, организм испытывает повышенную потребность в кислороде для соответствующего увеличения теплопродукции, что приводит к гипоксии. Следовательно, возникает необходимость разработки средств и метод он крмпенсации недостаточных защитных механизмов организма от холода.

Одним аз путай достижения этой цели является применение технических устройств о теплообменниками, утилизирующими метаболическое тепло организма. Анализ современных тедлообманшх аппаратов, известных в техника,позволяет обосновать выбор конструкции теплообменника.

В настоящее время известен рад средств ивдиведуальной защиты органов дыхания, согревающих вдыхаемый воздух. Все эти средства снабжены теплообменниками различных видов о различными характеристиками подогрева вдыхаемого воздуха. Однако, все существувщиа средства индивидуальной защиты органов дыхания /СИЗ ОД/ от низких температур имеет ряд недостатков конструктивного и теолофизическо-го характера, резко снижавших не только эффективность, но и саму возможность их широкого применения. Актуальным в связи о -втим является усовершенствование прежде всего теплообменного устройства защитных масок. '.

Вторая глава посвящена разработке математической модели и та-оретическрму расчету рекуператора. Теплообменник теплозащитной маски представляет собой цшшщричэскоа тело с внутренними сквозными

каналами, расположенным» симметрично вдоль оси, через которые попеременно пропускается холодный и Теплый воздух, а передаваемое более нагретым воздухом аккумулируется стенками каналов и при поступлении холодного отбирается от них.

Для получения полной картины, отражающей качественные и количественные признаки, необходимо поставить задачу, в которой нукно зафиксировать условия ее однозначности в вида гаомотрических условий /формы а размеры тэла/, физических услоний /чиоленные значения теплофизических характеристик Я , с), , § , Ц и др./, а также задать краевые условия.

С этой целью совместно с кафедрой теплофизики Санкт-Пзгар-бургского института точной механики и оптики /СПОТМО/ составлена математическая модель системы "окружающий воздух-рекуператор-чэло-ввк" с последующим его решением на ПЭВМ.

В состав краевых условий к уравнена» теплопроводности входят временные услоиия /начальное раопредвленио температуры в обьгмэ тела/ и граничные условия, определявшие условия теплообмена на границах твла. Начальное распределение температур в толе может быть различным. Например, в начальный момент нагревания пли охлаждения /1- - 0/ тело может иметь одинаковую температуру по всей-своза массе:

Т(эс,у,/г) в Тсг

В общем случав начальное распределение температур в теле может быть задано уравнением Т —${х,)),2) при 9- = 0.

Граничные условия в нашем случав заключаются в зрцан::и темпе-■ ратури срэдыХв* о.мшзающой Поверхность тела и интенсивности теплообмена /теплоотдачи/ между этой срадой ч поверхностью тола. Процесс теплоотдачи описывается законом-Ньотоиа-Рихмана, согласпо которому количество теплоты, отдаваемой пли получаемой телом,от окружающей среди, пропорционально площади поверхности тела, разности

И,

«емператур иоверхяоова тела /очвнт/ ^ и орады а длительностью адоцеоса! .

или •

"¡х- Т)Г . (»>

Мерой интенсивности теплоотдачи даляетоя коэффициент теплоотдача. В сбоем олучае втот коэффициент завиоит от окорооти движения Ц, , формы и ориентации поверхности твердого тела в пространстве, ЯИйеШшх размеров тела / , , .../, режима движения, температура а теплофизичеоких характеристик среды, е в отдельных случаях а от некоторых других, величин, напрвмэр, темпера -туры напора

Наиболее сильно на конвективный теплообмен влияет следующие теплофизические характеристики: коэффициент теплопроводности X , теплоемкость Ср , динамический коэффициент вязкости , плотность у , коэффициент объемного расширения |> ,

Если положить; в уравнении /2/ р а Ь равными единице, то

коэффициент теплоотдачи с/ = .. ^ - представит собой величи-

т _ т

Ав чи? - • -ну, численно равную количеству теплоты, которой обмениваются в

единицу времени единична/, поверхность тела со средой при единичной разности температур ыззду нами. В общей случае .коэффициент теплоотдачи отражает совместное действие конвекции и теплопроводности ореды и поэтому зависит от многих факторов.

Для решения поставленной задачи необходимы следующие допущения:

1. Теплообменник по наружной цилиндрической поверхности теплоизолирован от окружающей среды. •• ■

2. Все калалы имеет близью по вяличияе ялощадь аоаерь щшгО

сечения, форма канала - круговой цилиндр.

В этом случае процеоо теплообмена между воздухом и каналом в каждом из каналов можно считать одинаковым и дальнейший анализ проводить на одном канале о учетом расхода воздуха через этот единичный канал, наружные стенки которого в силу тепловой симметрии, можно очатагь адаабатичеокими.

3. Высокая теплопроводность аломиная позволяет считать иоле температур стенок канала однородным.

4. Температуру воздуха в поперечном сечении канала будем считать равномерной. Изменение температура воздуха происходит лишь при движении вдоль канала /вдоль оси X/.

Как уже излагалось выше, теплоотдача а каналах описываатоя законом Ньотона-Рихмана Д/ и в конечно-разностной форме будет иметь ввд:

с„сд; - *пп;-тьх~о . (3)

где Сст - удельная теплоамкооть материала отеиок канала, Дд/кг»К;

б - массовый расход воздуха, кг/о; Тв - изменение температуры газа,проходящего через канал; о(. - коэффициент теплоотдача, Вт/м2,К; П - периметр внутренней поверхности канала, м; Тот.Тл - средние температуры станки канала а газа в поперечном оечении канала,соотнэтственно, К.

Согласно допущению, что температура высоко теплопроводной стенки по длине практически постоянна, можно оценить изменение температур« газа по мерз его движения по каналу. Для этого необходимо уравнение /3/ преобразовать в дифферешиальнус форму, в результате полечим уравнение

- «гкх-рсЬс^о (4)

Интегрируя /4/ по длине канала X находится решение в ввдо:

где 41 - начальная температура газа.

* "о

Уравнение /5/ ыозшо записать в другом ввде i ,

"IJ3*- Тст + (Tfe- isa)

■ n ®

ы Пэр

где - темп разогрева /охлаждения/ стенки канала с

массой М.

.. М-кШ*.

где Í) - диаметр канала, и; [_, - длина канала, м; [-] - толщина стенки канала, и; J> - плотность материала канала, кг/м3.

В случае» когда производится дыхание человека через этот канал, изменение температуры стенки за о чет ее разогрева или охлаждения в процесс е. вед оха или вдоха соответственно описывается- следующими уравнениями.

Дыхательный цикл начинается о вадоха» при этом выдыхаемый воздух имеег температуру близку» й температуре тела

Т>Ь.Т, 4- Дт- Тт) ехрС-^ст *i>

где Тт - тешаратура тела, .К; начальная температура стен-

ки, К; 'ci -длительность ввдоха, с.

При неограниченной длительности выдоха fx->oo температура стенки стремится к температуре тела "J^*) ^Тт* ® действительности выдох длится короткое время, в пределах 1-3 сек. и температура стенки изменится до значения П^Ч^ььи.,' >

Далее ввдох сменяется вдохом и уравнение /6/ преобразуется к виду, учитывающему температуру среды, с которой поступает воздух

По окончании вдоха температура стенки будет иметь значение

Если циклы выдоха и вдоха будут повторяться, то через определенное число циклов температура отеяок будет периодически изменяться в определенном диапазоне значений.

. Для расчета температуры стенок канала а газа, необходимо зв-

I

цзть;

Х„ Режимные характеристики дыхательного цикла - длительность стадий ввдоха и вдоха, обьем вдыхаемого воздуха.

2. Конструктивные характеристики теплообменника - число, длину и диаметр каналов,^ толщину стенки, плотность Материала*

3. Тепло^изическиэ свойства воздуха и стенок канала.

Для решения системы уравнений /5 - 7/ необходимо определить ¡величину коэффициента теплоотдачи 0( на внутренней отенке канала, которая вычисляется по формула:

о('« А/М АД> (з)

ГДв., - теплопроводность воздуха, Вт/м-К; //и - критерий Нус-С8льтв„ ' - ■

Численное значение критерия Иуссельта д/и для данного случая мояно. определить по выражении

(9)

^""чигда гРейнольдса, = К • О/т? Ц- скорость газа, м/с; <9 -вязкость газа, м2/с:/кинемати-ческая/.

Скорость газа в канале К, оценивается через объемный расход V

где, V - обьем выдоха /вдоха/, м3; - длительность выдоха

/вдоха/, с; л/к - число каналов в теплообменника. Учитывая площадь сечения канала. скорость газа

и - к

Таким образом, найдены все искомые величины, необходимые для численного расчета температуры вдыхаемого воздуха. Для расчета на ЭВМ. составлена программа. I

Экспериментальная проверка результатов проводилась на кафедре теплофизики СПИТЫО, Сущность метода лабораторных исследований сводилась к измерению температуры вдыхаемого воздуха /после рекуператора/ и окружаощей среды после /до рекуператора/. Условием подогрева /охлаждения/ воздуха теплообменником является градиент температур малду вдыхаемым воздухом и окружающей средой. Вследствие затруднительности получения низкотемпературного воздуха в стационарных условиях, был сделан выбор в пользу положительного градиента температур. В этих условиях рекуператор работал как охладитель.

На описанной установке была проведена серия экспериментов с 5 видами рекуператоров при нагревающем микроклимате с температурой воздуха Т = 60°С, Частота дыхания при этом составляла II вдохов в минуту. Минутный объем дыхания /средневзвешенная величина/ был равен 14,4 ± 0,4 л/ит.

Для проворки адекватности математической модели были оопо-ставлена результат теоретических расчетов и лабораторных исследований. /Рис. К/

Проведенная проверка адекватности подтверждает правильность выбора математической модели, а расхождение в 6,12%' получено за счет тепломассообмешшх процессов на подогрев и охлалдениа, связанное с градиентом междуТСрада иТвд в конДенсациеЙ водяных паров выдыхаемой смеси на внутренних поверхностях каналов, сопровождающейся додолнительяым выделением тепла при подогреве вдыхаемого воздуха.

В третье^ глава на основе анализа заболеваемости и услпий

труда дано обоснование создания теплозащитной маски для авиатех-йиков, а такке представлены разработанные медико-технические требования и технология изготовления теплозащитной маски.

Авиатехники являются наиболее многочисленной и малоизученной Группой обслуливаюдей самолетный и вертолетный парк. Качественное выполнение функциональных обязанностей данной группы напрямую влияет на безопасность полетов воздушных судов. В регионах с суровыми зимними условиями на качество проводимой работы дополнительно оказывает влияние комплексное воздействие на человека ме-Неврологических факторов внешней среды /температура, влажность и Скорость движения воздуха/.

Изучение условий труда указанной специальности проводилось в йроизводсгвенных условиях в зимнее время года, при температурах Ьоздуха -40...-4В°С в подразделениях авиациойао-техиических баз

I

Якутского, Батагайского ОАО, Усть-Нерского ОАЭ компании "Сахаавиа" й Игарского ОАО, Ванаварского ОАЭ концерна "Красноярские авиалинии". В ходе исследованйй анализировались в зависимости от проводимых работ по обслуживанию самолетов Ан-24, Ан-26, Ан-2 и вертолетов Ыи-8, характерные движения, выполняемые человеком, степень тяжести работ, трудоемкость, использование штатного оборудования, инструментов и материалов, а такке вредные производственные факторы.

Было выяснено, что основные операции выполняются в неудобных положениях тела и з малоподвижном оостоянии, что усугубляет воздействие низких температур. Кроме того, они ведутся на высоте. Ветровые нагрузка уввличиваит конвективную теплоотдачу. Работа без использования перчаток вызывает значительные потери тепла организмом, которые имея всего 6% поверхности тела, играот ваасную роль и в поддержании Температурного гомаоотазиса /Н.П.Иванов, 1373, И.М.Науменко, 1975/. Таким образом, выполнение регламентных работ

/Г

по технической эксплуатации воздушных судов до специфике работы сопровождается воздействием на организм человека холода, который является профессиональным неблагоприятным {актором для авиатехников в условиях низких темаератур.

Применяемая теплозащитная спецодезда в полной море не способствует выполнению работ с большей продолжительностью, высоким качеством и с меньшими затратами времени на обогрев.

Оздоровительные мероприятия должны бить направлены на защиту органов дыхания. В условиях Севера человек выяузден превде всего адаптироваться к холоду, т.е. происходит перестройка органов дыхания. и соответствующие реакции сердечно-сосудистой и периферической нервной систем. Это основные приспособительные изменения организма, направленные на обеспечение нормальной жизнедеятельности, Соответственно, основная нагрузка при воздействии низких температур распределяется на эти системы организма. Следовательно, причиной простудных заболеваний органов дыхания периферической нервной системы является охлаздение организма»

В настоящее время, частота заболеваний болезнями холодовой этиологии /ОРЗ, пневмония, невралгия/ занимает одно из первых мест среди других болезней. По потерям рабочего времени на производстве данная патология дает больше, чем вое другие заболевания вместе взятые.

Анализ заболеваемости холодовой этиологии проводился на ? предприятиях концами "Сахаавиа" и охватывал период с 1585 по 1991 . /Рис.2/. По распределению заболеваемости на 100 чел. по кварталам ясно прослеживаются максимальные значения в I и 1У кв„ года и минимальное во П и Ш кв., что отражает колебания климата данного региона, в частности, температуры воздуха» Прослеживается определенная связь количества случаев заболеваний простудными болезнями с перепадами температуры воздуха. Была проведена статистическая

/В

Рис.1. Зависимость теоретических и экспериментальных

Рис. 2 . Динамика заболеваемости болезнями холодовой этиологии персонала АТБ по компании "Сахаавиа>1 /на 100 чел./.

—годовая; ----- I кв.;

........- П кв.;—— - Ш кв.;

- 1У кв.

обработка данных заболеваемости персонала АТБ компании "Сахаавйа" в результате которого были рассчитаны и построены графики зависимости болезнями холодовой этиологии и температуры воздуха. Обнаружена тесная корреляционная связь, наиболее значимые обнаружены в показателях аэропортов: Чульман - /-0,812/, Нюрба - /-0,786/, Алдан - /-0,774/ и Наган - /-0,755/, в остальных аэропортах эти значения колебались в пределах /-0,735 - 0,554/. Коэффициент корреляции свидетельствует, что изменение температуры воздуха /пони-.ленне или повышение/ вызывают изменения /рост или снижение/ количества случаев заболеваемости данными болезнями в зависимости от величины коэффициента. Например, снижение средяеавартальяой температуры воздуха на 3°С вызовет в АТБ Якутского ОАО увеличение количества случаев яа 5,8; Чульманского - 1,44. Тля выявления влйт яния именно низкой температуры воздуха на частоту заболеваемости было проведено разделение персонала на рабочих, находящихся длительное время вне помещений, и работающих внутри а оглашений, при котором выявились значительные расхождения по количеству случаев заболеваний ыедду этими группами.

Проведенный анализ заболеваемости среди персонала авиатехников АТБ компании'"СэхаавИа" подтвердил значительное влияние (климата на их здоровье и позволил сделать вывод, что в условиях Севера организм человека испытывает значительное напряжение не поддержание температурного гомеостазиса и основная доля приходится на дыхательну систему. Требуется искусственная защита органов дыхания посредством предварительного согревания вдыхаемого воздуха» Этому требование отвечают устройства, подогревающие воздух, относящиеся к СИЗ ОД, в которых используются теплообменники, аккуму-* лирующие тепло вдыхаемого воздуха.

Сформулированные медико-тохнйческие требования учитывали, что теплозащитная маска рассчитана на постоянное применение, «ле^

довательно, не должна оказывать практически значимой физиологической нагрузки на организм. ' :

По основному защитному свойству' теплозащитная маска должна обеопечивать температуру в подиасочяом пространстве не менее -Ю°С

п

при температуре окружающего воздуха -50 С.

Теплозащитная маска не должна препятствовать выполнению производственных операций в условиях, для которых она предназначена.

В теплозащитной маске основным элементом, подогревающим вдыхаемый воздух, является теплообменник. Разработанная при содействии отд. №29 ШМ АН Украины технология изготовления рекуператора, предполагает создание анизатропяо-лористых тел методом холодного выючения /прессования/ и методом гофрирования, в результате чего получаются элементы теплорекуперации, отвечающие самым современным требованиям. Указанные методы позволяют получать рекуператоры с заранее заданными теплофизическими характеристиками. Методы достаточно просты, надеяяы, на требуют сложного оборудования. Изготовленные. такими способами теплообменника устанавливаются в серийно изготовленные полумаоки.

В главе 4 описываются методы и результаты лабораторных и натурных испытаний разработанной теплозащитной маски.

Лабрраторные испытания проводились в микроклиматической камере предприятия ХЯ-5827, где моделировались климатические условия эксплуатации теплозащитной маски /Гв03 = -47°, -51°С/, Применялись стандартные методы испытаний для определения физиолого-гигиениче-ских и эргономических показателей, которые используются при разработке новых видов СЮ Од. При этом развитие получил метод определения температуры вдыхаемого воздуха. В этом ме'тоде предусматривалось измерение этого параметра инерционными регистрирующими приборами, что приводило к искажению полученных результатов. 3 новом методе используются приборы, позволяющие регистрировать перепады

температур с высокой точностью, что позволило получать истинный характер теплообменных процессов, происходящих в теплообменнике.

Результаты лабораторных испытаний показали, что в течение 60 минут теплозащитная маока с одним рекуператором обеспечивает колебание согреваемого воздуха в подмасочном пространстве в пределах 21,2° - 16,5°С, хотя в трех случаях наблодалось замерзание выделяющегося при дыхании конденсата в каналах рекуператора с последующим резким повышением сопротивления вдоху, которые происходили на 35-й, 47-й и 52-й минутах в теплообменниках с диаметром каналов 0,5; 1,2 и 2 мм, что указывает на непригодность рекуператоров с такими параметрами для эксплуатации в данных условиях. Использование масок с двумя и тремя рекуператорами в течение 90 минут позволило сохранить температуру воздуха подмасочного пространства в-пределах 25,1° - 16,9°С, что дозволяло увеличить теплосодержание организма на 11,6+4,1 Вт/м^. Установлено, что применение теплозащитной маски повышает температуру дистальных отделов конечностей, следовательно имеет место, не только локальное "тепловоз, воздействие а ввде согрева лаца и вдыхаемого воздуха, но и генерализованный эффект, выражающийся в общем согревании организма, /Рт.З. /а/,/б//.

Топография котик температур изучалась не только о помощью температурных датчиков, но и о помощь» теддовизионной термографии на термограммах,которыми наглядно проявлен генерализованный эффект.

Натуриыа испытания проводились в.зшдее время года в аэропортах гг. Якутск. Игарка и пп. Батагай, Уоть-Яара, Наган и Ванавара, гле испытателями служили авиатехники, работающие-на открытом воздухе при выполнении операций, связанных с оперативным техническим обслуживанием самолетов Ту-154, Иа-76, Дн-12, Ан-24, йн-26 и вертолетов Ма-8 и Ми-6.Испытателя были'экипированы в табельную зим- ■ ною одсэду, вклвчаощув в себя куртку на овчинной подкладке, комбинезон с утеплителем из ватина, унты из овчины, .'меховуо шайку п

X'd

3 S-

zs-

3Î.i±Qt_Jt

MpJaiT

ЗЗ.П0, u

ig к

¡?iOtÔ,bV|

Z l,U0.tt[

l

32M0M,

ЦГщ

ipyjo» плечо бед .о ' голень CBÎK тем^щтург

Рис.З /а/. "Топография кожной температуры без применения теплозащитной, теки.

Т,Ь

35--

Зо •

SS-

SZMO.ir fit*»,*

3\tiOp

iifiioM

mw

Hblêji

1ТУДЬ

плечо белро голень

СБГК температур.' тела

Рие.З/б/. Тологра<р1я кожной температуры о применением теплозащитной шоки

d'i

хлопчатобумажное белье. Суммарное тепловое сопротивление комплекта оценивалось - 4,0-4,5 KJI0. При этом выполнялись работы по one-, ративному техническому обслуживанию /ОТО/ самолетов по форлам А, Б и В.

форма А ОТО включает в себя работы по встрече самолета 'И сопровождения его на стоянку, при этом авиатехник указывает флажками и фонарями место остановки или стоянки пилоту, находясь непосредственно перед самолетом на расстоянии 15-20 м. Эта операция соцрово вдается взмахами вытянутыми руками и ходьбой.

Формы Б и В - работы по осмотру и обслуживанию, включанцие в себя внешний осмотр агрегатов, заправку ГСМ, устранение неисправностей с заменой деталей и регламентные операции. Степень тяжести производимых работ - легкая и средняя, связана с ходьбой, подводом и уводом стремянки, подъемом на стремянку высотой 1,52,3 м, работой пальцами рук без перчаток стоя в наклоне или сидя на корточках. Все эти движения выполняются на стремянке или на планере самолета, либо находясь внутри салона. Такие операции, как, подтягивание телекки питания АВ-£, перенос, снятие иди установка колес шасси, а также других тяжелых: деталей требуют от человека приложения физических усилий. При заправке топливом и маслами возможен контакт с ними открытыми частями тала или поверхностью спецодежды . Большую часть шлолняшой работа занимает регулировка, монтаж, демонтаж мелких деталей двигателя, планера, ■ осветительных приборов, шасси, когда человек производит оти операции голыми руками. Также при этом обязательно происходит контакт защищенных и незащищенных частей тела человека с охлажденными металлическими поверхностями. При встрече самолета и буксировки его на место стоянки на человека воздействует снежно-воздушный поток образующийся при работающих двигателях. Продолжи- . гелыюсть работы в зависимости от выполняемой формы ОТО колеба-

лась от 21 минуты до двух часов двадцати минут.

Во время испытаний температура воздуха колебалась в пределах -35°, -43°С, относительная влажность воздуха 41-%%, а скорость движения воздуха составляла 1-2 ii/c.

Испытаниям подвергались маски "Иней" с одним и двумя рекуператором«, при этом резиновая полумаска обшитая текстильным материалом обеспечивала хорошее прилегание к лицу испытателей и, следовательно, повышались эксплуатационные защитные свойства маски, информативным показателем которых служит температура вдыхаемого воздуха в подаасочном пространстве.

По субъективным оценка испытателей применение данной маски позволяло увеличить Бремя пребывания на открытой площадке без перерыва на обогрев, повышало работоспособность организма при выполнении операций, не требующих больших энергозатрат, содействовало выполнению .точных движений пальцев рук, что сказывалось на качественном выполнении заданной работы, вследствие того, что болевое ощущение холода пальцами рук наступало позже, чем при обычной экипировке человека.

Подобные испытания были проведены в АТБ Маганскогоу Бата~ .тайского ОАО.и Уст»)!орекого"ОДЭ. компании "СаХааёйа"при выполнении оперативного технического обслуживания самолетов Ан-2 и вертолетов Ми-8. При этом необходимо отметить наиболее суровые климатические условия в аэропортах пп. Батагай и Усть-Нера, когда в период испытаний температура окружаицвйо воздуха отмечалась в пределах -30о...-44°С, при скорости ветра 5 м/с.

Результаты этих испытаний показали, что при выполнении работы средней степени тяжести с защитой органов дыхания от низких температур улучшается стойкость организма к Холодовым воздействиям окружащей среда.

Аналогичные результаты получены при испытаниях теплозащитной

маски "Иней"' в подразделениях компании "Красноярские авиалинии", в таких как АТБ Игарского ОАО и Ваяаварского ОАЭ, где они проходили при выполнении работ по периодическому обслуживанию самолетов Ан-2, Ан-24, Ан-26, Ил-7Е, Ту-154 и вертолетов Ыи-С, Ми-8.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Существующие средства индивидуальной защиты органов да-хания человека от действия низких температур обладают недостаточными гигиеническими и теплофизическими характеристиками, что Препятствует их широкому внедрению в производство.

2. Разработанные теплозащитные маски, оснащенные рекуператорами с ориентированными каналами, обеспечивают возможность проведения работ по техническому обслуживанию и ремонту летательных аппаратов на открытых площадках при температуре воздуха до -50°С.

3. Методами математического моделирования установлено, что определяющими параметрами рекуператора теплозащитной маски являются его дайна, количество каналов, общая поверхность теплообмена поступающего воздуха со стенкой рекуператора и теплоемкость его материала.

4. Наиболее технологичным способом изготовления рекуператора ЯЕяляется метод волочения /прессования/.

5. физтаяого-гигиендаеект, теплофизтескт и эргономическим требованиям наиболее полно отвечай рекуператоры изготовленные из алюминия и его сплавов, нержавеющей стали и меди.

6. Применение теплозащитных масок имеет не только локальный эффект в виде согревания лица и вдахаемого воздуха, но и генерализованный, шражающийся в повышении теплосодержания организма, температуры конечностей, в частности кистей рук и стоп.

7. Низкие температуры являются профессиональным неблагоприятным фактором для инженерно-технического персонала авиапредцри-

ЯТИЙ.

Условия труда и гысокая заболеваемость болезнями холодовой этиологии персонала авиационно-технических баз аэропортов, расположенных в районах с преобладающими низкими температурами воздуха, в зимнее время года требуют проведения мероприятий по защите человека от охлаждения.

8. Внедрение теплозащитной маски в производство имеет не только социальный, выражающийся в коренном оздоровлении условий труда человека на холоде, но и значительный экономический эффект /35 рублей на I маску по ценам 1991 года/.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Науменко И.М., Тимофеев В.Д. Особенности терморегуляции человека при рекуперации тегага шдыхаемого воздуха. //Система терморегуляции при адаптации организма к факторам среда, г Л. Тез. докладов Всесоюзной конференции. Новосибирск, 1990.6.38-39.

2. Тимофеев В.Д., Заричняк Ю.П., Кауменко И.М. Математическая модель рекуператора маски для подогрева вдыхаемого воздуха. //Экстремальная физиология, гигиена и средства индиЕИДуальнбй защиты человека.Теа.докладов Ш Всесоюзной конференции. М.: 1990.

с. 452.

3. Науменко И.М., Гумбатов Ю.М., Измалков О.М., Тимофеев В.Д. Электрообогревакщая одежда с модульными блоками распределенного теплового потока. //В сб. Вопросы охраны труда и окружающей среды в процессах технического обслуживания и ремонта авиационной техники. К.: КНИГА, 1990. с.21-27.

4. Тимофеев В.Д., Заричняк Ю.Л. Моделирование теплопотерь человека через органы дыхания в диапазоне низких температур. //В сб. Средства управления охраной труда и огфужапцей среда на пред-