автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Снижение запыленности воздуха рабочей зоны при производстве деревянных строительных конструкций

На правах рукописи

Экба Сергей Игоревич

СНИЖЕНИЕ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ДЕРЕВЯННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

05.26.01 Охрана труда (строительство)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени Кандидата технических наук

3 ИОН 2015

005569859

Волгоград-2015

005569859

Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет»

Научный руководитель

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук

Ведущая организация

кандидат технических наук Сидякин Павел Алексеевич

Желтобрюхов Владимир Федорович,

заведующий кафедрой «Промышленная экология и безопасность

жизнедеятельности» в федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Волгоградский государственный

технический университет» Жукова Наталия Сергеевна, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-

строительный университет» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Белгородский государственный

технологический университет

им. В.Г. Шухова»

Защита состоится 15 июня 2015 г. в 13-00 на заседании диссертационного совета ДМ212.026.05 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, корп. Б, ауд. Б-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Автореферат разослан « —-2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Юрьев Юрий Юрьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Технологические процессы при производстве строительных конструкций и изделий из древесины сопровождаются значительными выделениями пыли в производственные помещения. По степени негативного воздействия на работников древесная пыль отнесена к мало опасным веществам (IV класс), но характеризуется абразивными свойствами, относится к аэрозолям преимущественно фиброгенного действия и в производственных условиях может вызывать аллергические реакции. Постоянный контакт с древесной пылью приводит к различным заболеваниям органов дыхания, кожи и глаз, а также к развитию пневмокониоза и пылевого бронхита.

Проведенные ранее исследования, связанные с решением проблемы снижения запыленности воздушной среды на рассматриваемых предприятиях, в большей степени были направлены на решение вопросов, связанных со снижением пылевых выбросов в атмосферный воздух, и в меньшей - на решение проблемы обеспыливания рабочей зоны. При этом существующие методы борьбы с пылевым загрязнением производственных помещений зачастую не в полной мере учитывают дисперсный состав и основные свойства древесной пыли, поступающей в рабочую зону при выполнении различных технологических операций по обработке древесины разных пород.Также недостаточно изучены процессы распространения и оседания пыли, образующейся в производстве деревянных строительных конструкций. Поэтому исследования, направленные на изучение перечисленных факторов, определяющих формирование пылевой обстановки на предприятии, являются актуальными.

С другой стороны, высокая запыленность воздуха рабочей зоны на рассматриваемых предприятиях во многом обусловлена неустойчивостью работы систем аспирации. Нарушения работоспособности аспирационных установок возникают вследствие образования пылевых отложений на внутренних поверхностях горизонтальных воздуховодов, а также вследствие отказов аппаратов пылеочистки в результате забивания или абразивного износа. В этой связи актуальными являются исследования, направленные на решение вопросов обеспечения надежности систем аспирации.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательской работы государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет».

Цель работы - минимизация вредного воздействия пылевыделений на здоровье работников посредством обеспечения надежности систем аспирации на основе результатов исследования процессов распространения, оседания, улавливания и основных свойств пыли, образующейся в производстве деревянных строительных конструкций.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- анализ технологических процессов производства строительных конструкций из древесины, как источников выделения загрязняющих веществ в воздух рабочей зоны;

- анализ методов и средств обеспыливания воздуха рабочей зоны при производстве строительных материалов и изделий из древесины;

- анализ характеристик пылеочистного оборудования, применяемого в системах аспирации в производстве деревянных конструкций и изделий;

- экспериментальные исследования процессов распространения и оседания древесной пыли в производственных помещениях при разных способах организации обеспыливания воздуха рабочей зоны при производстве строительных материалов и изделий из древесины;

- исследование и обобщение данных о дисперсном составе и основных свойствах пыли, образующейся при механической обработке древесины в производстве строительных материалов и изделий;

- разработка решений по обеспечению надежности аспирационных систем в производстве строительных материалов и изделий из древесины и экспериментальная оценка эффективности этих решений;

- разработка конструкции аппарата пылеочистки для обеспечения надежности аспирационных систем.

Основная идея работы состоит в снижении выбросов пыли в воздух рабочей зоны в производстве строительных материалов и изделий из древесины на основе использования закрученных потоков для обеспечения надежности систем аспирации.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, экспериментальные исследования в лабораторных и промышленных условиях, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПЭВМ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей требуемым критериям сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и промышленных условиях, с результатами других авторов.

Научная новизна работы:

- по результатам натурных исследований получены данные о запыленности воздуха на рабочих местах и дисперсном составе пыли, поступающей в зону дыхания работников при выполнении основных технологических операций по обработке древесины разных пород и при разных способах организации обеспыливания;

- на основе результатов экспериментальных исследований, выполненных в натурных условиях, установлены зависимости, характеризующие изменение концентрации пыли в воздухе рабочей зоны и плотности пылеоседания при

обработке древесины разных пород на различных станках, используемых в производстве деревянных строительных конструкций и изделий, при разных способах организации вентиляции как коллективного средства защиты работников;

- по результатам исследования и обобщения данных о дисперсном составе пыли, поступающей в зону дыхания работников, установлены зависимости, списывающие пофракционное распределение массы частиц для пыли, образующейся при механической обработке разных пород древесины;

- на основе результатов проведенных экспериментов получены зависимости для определения скорости оседания частиц древесной пыли с учетом их геометрической формы и размеров;

- получены и обобщены данные об основных свойствах пыли, образующейся при производстве деревянных строительных конструкций и изделий, необходимые для решения вопросов обеспыливания воздуха рабочей зоны;

- исследовано влияние на запыленность воздуха в рабочей зоне аппарата ВЗП с обратным конусом, конструкция которого разработана для обеспечения надежности систем аспирации.

Практическое значение работы:

- предложено решение по применению в системах аспирации тангенциальных отводов-закручивателей, и установлено значение интегрального параметра крутки потока, при котором обеспечивается постоянство объемов воздуха, удаляемого от аспирируемого оборудования, и их соответствие проектным значениям, во избежание нарушений работоспособности аспирационных установок, связанных с образованием пылевых отложений в воздуховодах;

- разработана конструкция аппарата со встречными закрученными потоками ВЗП с сепарационной камерой конической формы для систем аспирации во избежание отказов аппаратов пылеочистки в результате забивания или абразивного износа, а также для снижения запыленности подаваемого в рабочую зону воздуха.

Реализация результатов работы:

- разработаны, испытаны и внедрены в действующее производство деревообрабатывающего цеха Федерального казенного учреждения «Исправительная колония №4» УФСИН России по Ставропольскому краю технические решения по снижению запыленности воздуха рабочей зоны;

материалы диссертационной работы использованы кафедрой «Строительство» инженерного факультета Институт сервиса, туризма и дизайна (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет»)при подготовке выпускных квалификационных работ и в лекционных курсах для студентов специальностей 270109.65 «Теплогазоснабжение и вентиляция», 270102.65 «Промышленное и гражданское строительство», 270115.65 «Экспертиза и управление недвижимостью».

На защиту выносятся:

- данные о запыленности воздуха на рабочих местах у основного технологического оборудования в производстве деревянных строительных конструкций и изделий в зависимости от породы обрабатываемой древесины и способов организации обеспыливания рабочей зоны, полученные по результатам натурных исследований;

- положение о том, что, так же, как для пыли, образующейся в производстве других строительных материалов, независимо от породы древесины, изменение концентрации пыли в воздухе рабочей зоны и плотности пылеоседания на разных расстояниях от источников пылевыделения подчиняется экспоненциальному закону. Для станков разного типа экспериментально определены значения коэффициентов, входящих в экспоненциальных зависимости, характеризующие это изменение.

- данные о дисперсном составе пыли, поступающей в воздух рабочей зоны, в зависимости от породы обрабатываемой древесины и типа станка, а также данные об изменении дисперсного состава пыли по высоте помещения в зависимости от способа подачи воздуха в рабочую зону, полученные по результатам натурных исследований;

- положение о том, что распределение массы по диаметрам частиц для пыли, поступающей в зону дыхания работников при механической обработке разных пород древесины, описывается формулой Годэна-Андреева-Шумана;

- зависимости для определения скорости оседания пылевых частиц в зависимости от их размеров, геометрической формы, а также породы обрабатываемой древесины, установленные на основе экспериментального изучения;

- данные об основных свойствах пыли, образующей при производстве строительных конструкций и изделий из древесины, полученные по результатам собственных исследований и обобщения, и необходимые для решения вопросов по обеспыливанию воздуха рабочей зоны;

- величина параметра интенсивности закрутки потока при использовании в системах аспирации отводов-закручивателей, при которой практически обеспечивается неизменность объемов воздуха, отсасываемого от аспирируемого оборудования, и их соответствие проектным значениям, определенная экспериментально;

- данные о влиянии пылеочистного аппарата ВЗП с конической формой сепарационной камеры на запыленность воздуха рабочей зоны, полученные по результатам экспериментальных исследований.

Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на: конференции ученых-экологов «Проблемы охраны производственной и окружающей среды» (г. Волгоград, 2012 г.); У1Международной научно-практической конференции (в рамках праздничных мероприятий, посвященных 20-летию Астраханского инженерно-строительного института) (г. Астрахань, 2012 г.); II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современности» (г. Кисловодск, 2013 г.); V Международной научной конференции «Системный синтез и прикладная

синергетика» (г. Пятигорск, 2013 г.); IV Международной конференции INFRAEKO 2014 «Современный город. Инфраструктура и окружающая среда» (Польша, г. Краков, 2014 г.); III Всероссийской научно-практической конференции «Молодежь, наука, инновации» (Грозный, 2014 г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 12 работах, в том числе в 5 статьях, опубликованных в рецензируемых научных журналах и изданиях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы: 149 страниц, в том числе: 127 страниц - основной текст, содержащий 20 таблиц на 25 страницах, 70 рисунков на 52 страницах; библиографический список из 146 наименований на 15 страницах;2 приложения на 7 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи и основная идея работы, ее научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации и практическом внедрении результатов проведенных исследований.

Первая глава посвящена аналитическому обзору и выбору направления исследований.

Решением вопросов, связанных со снижением запыленности воздушной среды на предприятиях деревообрабатывающей промышленности, в частности на предприятиях по производству древесных строительных материалов, занимались многие исследователи - Воронин Ю.В., Трахтенберг И.М., Жестяников М.В., Забозлаев Б.С., Гуревич H.A., Аксенов JI.A., Козориз Г.Н., Лапкаев А.Г., Русак О.Н. и другие. Однако в связи с «малой опасностью» древесной пыли эти исследования в большей степени были направлены на решение вопросов, связанных со снижением пылевых выбросов в атмосферный воздух, и в меньшей степени - на решение проблем обеспыливания воздуха рабочей зоны.

Отмечаемая многими исследователями высокая запыленность воздуха на рабочих местах станочников в производстве деревянных строительных конструкций и изделий в первую очередь обусловлена неэффективной и неустойчивой работой аспирационных систем. Опыт эксплуатации таких установок показывает, что в процессе работы на внутренних поверхностях горизонтальных воздуховодов образуются отложения пыли. Вследствие этого снижается объем воздуха, удаляемого местными отсосами от оборудования, вследствие чего происходит выбивание пыли в воздух рабочей зоны. Также снижается объем перемещаемой по системе пылевоздушной смеси и, соответственно, транспортирующая способность воздуха, что приводит к интенсификации процессов отложения пыли и может вызвать отказ системы аспирации.

Для снижения выбросов древесной пыли в атмосферу при производстве деревянных строительных конструкций в централизованных системах

аспирации применяются в основном циклоны, в том числе аппараты, использующие вихревые эффекты (циклон СИОТ-М, сферический пылеуловитель). Также возможна двухступенчатая система пылеочистки, включающая в себя циклон и тканевый фильтр. Вместе с тем, сама древесная пыль обладает абразивными свойствами, и, кроме того, вместе с ней на очистку поступают абразивные частицы, образующиеся при работе режущего инструмента, шлифовальных кругов, а также при заточке режущих инструментов, что может привести к абразивному износу аппаратов пылеочистки и, следовательно, к наступлению отказа.

В настоящее время, особенно в небольших цехах и мастерских, производящих строительные конструкции из древесины, большое распространение получили децентрализованные системы аспирации, в которых очистка воздуха от пыли с возвратом очищенного потока в помещение осуществляется в агрегатах различных конструкций. Преимуществом такого решения является снижение затрат на обработку подаваемого в помещения воздуха. Вместе с тем, следует отметить следующие существенные недостатки: ограниченный объем обрабатываемого воздуха; сам агрегат, располагаемый в непосредственной близости от оборудования, занимает полезную площадь помещения и может стать как причиной ушибов, так и источником дополнительного шума на рабочем месте из-за работы вентилятора; требуется разветвленная сеть проводов для обеспечения агрегатов электроэнергией; по данным разработчиков и производителей рециркуляционных агрегатов их эффективность не превышает 96%, следовательно, в воздух рабочей зоны в непосредственной близости от рабочего места поступает неуловленная пыль преимущественно мелких фракций; невозможна унификация пылеочистного оборудования, поскольку для каждого вида пыли требуется определенная конструкция агрегата.

Следует также отметить, что деревообрабатывающее производство по пожаровзрывоопасности относится к категории В (пожароопасное) и по существующим требованиям пылеочистное оборудование для таких производств должно выноситься за пределы производственного помещения. С этой точки зрения рециркуляционные агрегаты, имея пыленакопители, могут быть источниками пожара. С учетом изложенного выше предпочтение следует отдавать централизованным системам аспирации.

Во второй главе приводятся результаты определения исходных данных для повышения эффективности обеспыливания воздушной среды в производственных помещениях предприятий деревообработки.

Экспериментальные исследования по оценке содержания пыли в воздухе в зоне дыхания, т.е. в пространстве в радиусе до 50 см от лица работающего, проводились на наиболее характерных рабочих местах. Замеры осуществлялись в холодный, переходный и теплый периоды года. Полученные данные показали, что в зависимости от породы древесины и способа организации обеспыливания концентрация древесной пыли в воздухе на рабочих местах работников изменяется в пределах: у круглопильных станков - 1,98-2,5 ПДКрз; у строгальных станков - 1,2-1,54 ПДКрз; у фрезерных станков - 1,28-1,6 ПДКрз; у

шипорезных станков - 1,17-1,58 ПДКрз; у ленточнопильных станков - 1,0-1,3 ПДКрз; у сверлильных станков - 0,88-1,04 ПДКрз; у шлифовально-ленточных станков - 4,7-5,7 ПДКрз: у рейсмусовых станков - 1,0-1,ЗПДКрз. Полученные данные свидетельствуют о том, что нормативная запыленность обеспечивается только на рабочих местах у сверлильных станков. По концентрации пыли в зоне дыхания работающих самые неблагоприятные условия отмечаются на рабочих местах станочников шлифовально-ленточных станков. При обработке разных по твердости пород древесины концентрация пыли в воздухе рабочей зоны при выполнении одной и той же технологической операции изменяется в пределах от 2 до 11%, т.е. в среднем на 6,5%. Кроме того, установлено, что запыленность воздушной среды на рабочих местах снижается при подаче воздуха непосредственно в рабочую зону в сравнении с подачей воздуха с высоты до 4 м.

На рисунке 1 в качестве примера результатов исследований процессов распространения пыли в воздухе рабочей зоны приведены графические зависимости, характеризующие изменение запыленности воздуха на разных расстояниях от круглопильного станка при обработке сосны. Аналогичные данные получены и для других пород древесины, а также для других станков.

Рисунок 1 - Изменение концентрации в воздухе рабочей зоны на высоте 1.5 м на разных расстояниях от круглопильного станка для пыли, образующейся при обработке сосны: а - при подаче воздуха с высоты до 4-х м; б - при подаче воздуха непосредственно в рабочую зону.

1 - по результатам экспериментальных исследований; 2 — по выражению (1) и

данным таблицы 1

Аналогичные данные получены и для других пород древесины, а также для других станков. Обработка экспериментальных данных показала, что при работе одного любого станка изменение концентрации пыли в воздухе рабочей зоны на уровне дыхания работающих в зависимости от расстояния от станка подчиняется экспоненциальному закону и в общем виде может быть выражено зависимостью вида

Сх = Срмехр(-ах)( 1) где Срм - концентрация пыли в воздухе на рабочем месте у соответствующего станка, мг/м3.

Значения коэффициента а для разных станков определены по результатам натурных экспериментальных исследований и приведены в таблице 1. Таблица 1 - Экспериментальные значения коэффициента а

в экспоненциальных зависимостях, характеризующих изменение концентрации пыли в воздухе рабочей зоны с _расстоянием от разных станков _

Наименование станков а

Круглопильные -0,501

Строгальные - 0,638

Фрезерные - 0,624

Шипорезные - 0,626

Ленточнопильные -0,884

Сверлильные - 0,936

Шлифовально-ленточные -0,11

Для исследования процессов распространения пыли по высоте объем производственных помещений разбивался на элементарные объемы (рисунок 2, 3).

Рисунок 2 — Схема разделения цеха на Рисунок 3 - Схема размещения элементарные объемы при исследованиях замерных точек в элементарном распределения концентрации пыли по объеме в плане

высоте помещения Отбор проб осуществлялся через каждые 0,5 м высоты при двух способах подачи свежего воздуха в помещение, характерных для рассматриваемых помещений — подача с высоты до 4-х м и подача непосредственно в рабочую зону. Осредненные результаты исследований в виде графических зависимостей представлены на рисунке 4. При этом приняты следующие обозначения: Е -высота замерного сечения, отнесенная к высоте помещения; С* - концентрация пыли в ¡-том замерном сечении, мг/ м3; Сух - концентрация пыли в воздухе, удаляемом в атмосферу из верхней зоны помещения, мг/ м3.

При подаче воздуха непосредственно в рабочую зону (рисунок 4, а) происходит вытеснение отработанного воздуха за ее пределы и исключается вовлечение в циркуляцию загрязненного воздуха из верхней зоны помещения. Вместе с тем отмечается постепенное возрастание запыленности воздуха за пределами рабочей зоны, и в атмосферу общеобменными системами вентиляции выбрасывается воздух с большим содержанием пыли, чем в рабочей зоне. Для случая подачи воздуха с высоты до 4-х м (рисунок 4, б)

характерно резкое возрастание концентрации пыли на уровне расположения воздухораздающего устройства. Затем концентрация пыли по высоте цеха остается практически постоянной, но в атмосферу также выбрасывается воздух с большим содержанием пыли, чем в рабочей зоне.

I

^ п —

(

-V----

Рисунок 4 - Изменение концентрации пыли по высоте цеха при подаче воздуха: а -непосредственно в рабочую зону; б - с высоты до 4-х м На рисунке 5 в качестве примера результатов исследований процессов пылеоседания приведены графические зависимости, построенные по осредненным данным для разных способов подачи воздуха в помещении и для пыли разных древесных пород, и характеризующие изменение плотности оседания пыли на полу производственного помещения на разных расстояниях от сверлильного (рисунок 5, а) и шлифовально-ленточного станков.

Рисунок 5 - Осредненные значения плотности оседания пыли на полу производственного помещения на разных расстояниях от станков: а - сверлильного; б - шлифовально-ленточного Анализ полученных данных показал, что независимо от породы древесины и способа подачи воздуха изменение плотности пылеоседания с расстоянием от станка подчиняется экспоненциальному закону. По результатам обработки экспериментальных установлено, что это изменение аппроксимируется выражением вида

Сх = Вехр(- Ьх) (2)

где В, Ь - постоянные, определяемые экспериментально для каждого типа станка.

Значения коэффициентов ВиЬ для разных станков определены по результатам натурных экспериментальных исследований и приведены в таблице 2.

Таблица 2- Экспериментальные значения коэффициентов

в экспоненциальных зависимостях, характеризующих изменение плотности оседания пыли на полу производственного помещения с расстоянием от разных станков

Наименование станков В Ь

Круглопильные 13,58 - 0,0,078

Строгальные 9,18 -0,22

Фрезерные 9,24 - 0,226

Шипорезные 9,08 - 0,226

Ленточнопильные 7,94 - 0,038

Сверлильные 1,28 -0,126

Шлифовально-ленточные 29,6 -0,11

Рейсмусовые 8,08 -0,04

При проведении исследований по оценке пылевой обстановки на предприятиях по производству деревянных строительных конструкций и изделий было проведено обследование аспирационных систем, предназначенных для обеспыливания воздушной среды производственных помещений. Обследование проходило в несколько этапов и включало в себя: анализ проектных решений; визуальное обследование; определение аэродинамических характеристик и запыленности воздушных потоков; сопоставление расчетных и фактических значений объемов воздуха, отсасываемого от аспирируемого оборудования; проверку наличия пылевых отложений в воздуховодах во время проведения замеров; определение общей эффективности работы пылеулавливающих устройств. Кроме того, по данным обследуемого предприятия устанавливалось число прочисток системы в течение года и число отказов аппаратов пылеочистки из-за их забивания за этот же период. Полученные результаты показали, что, независимо от частоты проведения очисток воздуховодов аспирационной системы, отмечается наличие отложений пыли, а снижение объемов воздуха, удаляемого системой от отдельных единиц оборудования, может достигать более, чем 20% в сравнении с проектными данными. Также следует отметить низкую эффективность применяемых в системах аспирации циклонов и их частые отказы.

Третья глава посвящена исследованию дисперсного состава и основных свойств пыли, образующейся при производстве деревянных строительных конструкций и изделий. Для изучения дисперсного состава пыли, поступающей в воздух рабочей зоны при обработке разных сортов древесины, была использована методика микроскопического анализа с применением ПК, утвержденная Госстандартом России, и компьютерной автоматизированной системы DUST. В качестве примера на рисунке 6 в виде дифференциальной функции плотности распределения массы частиц по диаметрам /(d4) (рисунок

6, а) и интегральной функции распределения массы частиц пыли по диаметрам £)(йч) в логарифмической сетке координат (рисунок 6, б) представлены полученные данные о дисперсном составе пыли, образующейся при обработке сосны.

12

Рисунок 6 - Результаты экспериментальных исследований дисперсного состава

пыли, образующейся при обработке сосны: а - дифференциальная функция плотности распределения массы частиц по диаметрам f(dч)■, б - интегральная функция распределения массы частиц пыли по диаметрам 0(йч) в логарифмической сетке координат.

_- по результатам собственных исследований;___- по данным

А.Г. Лапкаева

Аналогичные данные получены для пыли, образующейся при обработке древесины других пород. Полученные результаты показали, что в воздух рабочей зоны поступают пылевые частицы с размерами менее 20 мкм. Причем 8-15% их массы приходится на долю частиц РМ10, на долю частиц РМ2,5 - 0,10,3%.

Спрямление интегральных кривых распределения £>(йч) в логарифмической координатной сетке свидетельствует о том, что распределение массы частиц по диаметрам может быть выражено формулой Годэна-Андреева-Шумана

0(с*ч) = А(11ч (3)

где А, I - постоянные.

Значения постоянных, входящих в выражение (3) определены в результате обработки экспериментальных данных и приведены в таблице 3. Таблица 3 - Значения постоянных в формуле Годэна-Андреева-Шумана для

пыли, образующейся при обработке разных пород древесины

Порода Значения постоянных

древесины А 1

Сосна 0,018 2,85

Пихта 0,038 2,37

Лиственница 0,032 2,36

Береза 0,0116 2,76

Дуб 0,0071 2.88

Ясень 0,006 3,24

Полученные данные о дисперсном составе пыли на разной высоте помещения при разных способах подачи воздуха показали, что при подаче

воздуха непосредственно в рабочую зону за ее пределы вверх выносятся более мелкие частицы. Так, например, на высоте 2,5 м медианный диаметр частиц при подаче воздуха непосредственно в рабочую зону составляет 9 мкм. на высоте 4 м - 6,8 мкм. При подаче воздуха в рабочую зону с высоты до 4-х м эти значения равны 10,2 мкм и 7 мкм соответственно. Также было проведено сопоставление дисперсного состава пыли, поступающей в воздух рабочей зоны при выполнении различных технологических операций, т.е. от разных станков. Полученные результаты показывают, что наиболее мелкая пыль поступает в воздух рабочей зоны при обработке древесины разных пород на шлифовально-ленточных станках. В этом случае доля частиц РМю составляет 50%, доля частиц РМ 2.5 - 1,5%.

На основе результатов, полученных при исследовании аэродинамических характеристик пыли, построены графические зависимости, характеризующие скорость оседания частиц пыли сосны при разных величинах средних эквивалентных диаметров <1эср(рисунок 7,а) и средних коэффициентах формы /ср(рисунок 7,6). Аналогичные зависимости были получены для пыли, образующейся при механической обработке других пород древесины.

Рисунок 7 — Изменение скорости оседания частиц пыли сосны в зависимости от: а - среднего эквивалентного диаметра; б - среднего геометрического коэффициента формы По результатам обработки экспериментальных данных было получено, что зависимость для определения скорости оседания частиц пыли, образующейся при обработке хвойных пород древесины, имеет вид

"ос = - 2,57)йэ°'с2рв/ср 1,51 (4) для пыли, образующейся при обработке лиственных пород древесины

иос = ехр( — 2,57)йэ'с3р/ср 1,51 (5) т.е. скорость оседания частиц древесной пыли практически не зависит от породы дерева.

Также по результатам исследований основных свойств пыли, образующейся при производстве строительных конструкций и изделий из древесины разных пород, данные о которых необходимые для решения вопросов по снижению запыленности воздушной среды предприятия, установлено, что исследуемая пыль является сильно слипающейся, относится к

пылящим, и характеризуется хорошей сыпучестью, слабым аркообразованием и большой аэрироемостью.

Четвертая глава посвящена разработке решений по обеспечению надежности систем аспирации.

Чтобы избежать образования пылевых отложений на внутренних поверхностях горизонтальных воздуховодов и обеспечить устойчивое перемещение транспортируемой пыли, предложено вместо традиционных отводов использовать в системах аспирации тангенциальные отводы-подкручиватели. Такое решение было реализовано при реконструкции действующей аспирационной сети, обслуживающей строгальный и фрезерный станки (рисунок 8).

С, мг/м3

/

• у-''

ч ч

Рисунок 8 — Схема системы аспирации. 1,2 — местные отсосы; 3 - тангенциальный отвод-закручиватель; 4 - циклон Ц-400; 5 - вентилятор

Рисунок 9 - Изменение концентрации пыли на рабочих местах станочников в зависимости от продолжительности промежутка между очистками сети воздуховодов аспирационной системы. 1 - при использовании стандартных отводов;

2, 3 — при использовании отводов-закручивателей при значениях интегрального параметра Ф* = 0,8 и Ф" = 1,1 соответственно

Результаты опытно-промышленных испытаний показали, что при обеспечении с помощью отводов-закручивателей интенсивности закрутки потока до значения интегрального параметра Ф = 1.1 позволяет поддерживать близкую к номинальной производительность системы в течение всего периода наблюдений, о чем свидетельствуют данные приведенные на рисунке 9. При этом, понижаясь через 80 суток до значения 2450 м3/ч, т.е. всего на 7% от проектного, расход практически перестает убывать, что позволяет сделать вывод о достаточной транспортирующей способности потока, обеспечивающей надежное функционирование системы аспирации. Концентрация пылевых частиц в воздухе рабочей зоны при этом составляет 5,8 мг/м3, что соответствует значению 0,98 ПДКрз.

Еще одним условием обеспечения надежности систем аспирации является работоспособное состояние аппаратов пылеочистки. Кроме того,

эффективность этих аппаратов, выносимых за пределы цехов, опосредованно влияет на состояния воздуха рабочей зоны. С учетом этого для систем аспирации исследуемых производств была разработана конструкция пылеуловителя со встречными закрученными потоками (ВЗП) с сепарационной камерой конической формы (рисунок 10).

Рисунок 10 - Пылеуловитель ВЗП с конической сепарационной камерой: а - схема; б - общий вид аппарата.

1 — корпус; 2 -верхний тангенциальный патрубок; 3 -нижний тангенциальный патрубок; 4

- отбойная коническая шайба; 5 -осевой патрубок; 6 - пылевой бункер

а б

При экспериментальной оценке проскока предложенного аппарата был реализован ортогональный план второго порядка З2. При этом в качестве определяющих были приняты следующие факторы: Уу - условная скорость в пылеуловителе, определяемая по выражению Уу = ¿/3600(0,78502) (где£>-диаметр цилиндрической части аппарата) и отнесенная к 1 м/с;КН = £н/£„-соотношение расходов воздуха, подаваемого в аппарат через нижний и верхний вводы. После проверки значимости коэффициентов полученных уравнений регрессии по критерию Стьюдента, отсева незначимых коэффициентов и перехода к определяющим факторам было получено выражение, характеризующее проскок пыли

£ = 0,046 + 0,0028(Ку - 5)2 + 0,223(Л-Н - 0,314)2 (6) при 3,0 < Уу < 6,0, 0,10 < Кн < 0,40

Проверка адекватности полученного выражения эксперименту проведена по критерию Фишера. Расчетное значение этого критерия Р = 1,15. Табличное значение критерия Фишера при р = 0,05, Д = 4,/2 = 9составляет 3,6. Следовательно, Р < ^0,95(4.9) и уравнение регрессии адекватно эксперименту.

Аппарат предложенной конструкции прошел опытно-промышленные испытания на действующем производстве деревообрабатывающего цеха Федерального казенного учреждения «Исправительная колония №4» УФСИН России по Ставропольскому краю. Полученные результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты опытно-промышленных испытаний

аппарата ВЗП с конической формой сепарационной камеры

Наименование аппарата пылеочистки Концентрация пыли в атмосферном воздухе, мг/м3 Число отказов аппарата в год

на уровне воздухозабора на уровне фрамуг окон на уровне середины ворот

ЦиклонЦ-950 2,6 2,03 2,96 5

Аппарат ВЗП с конической сепарационной камерой 0,94 0,7 0,88 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена решению актуальной задачи -обеспечению безопасных условий труда по пылевому фактору на предприятиях по производству деревянных строительных конструкций и изделий. По результатам выполненных комплексных исследований, направленных на: прогнозирование состояния производственной среды; изучение физических процессов, определяющих условия труда, на рассматриваемых предприятиях; конструирование, установление области рационального применения и оптимизации параметров систем коллективной защиты работников от негативного воздействия вредных производственных факторов, можно сделать следующие основные выводы по работе:

1. На основе результатов выполненных исследований по оценке пылевой обстановки на рассматриваемых предприятиях было выявлено, что запыленность воздуха на рабочих местах превышает установленный норматив ПДКр3 для древесной пыли в среднем в 1,3-2,5 раза. При этом наиболее неблагоприятные условия труда отмечаются на рабочих местах станочников шлифовально-ленточных станков, где концентрация пыли достигает значений до 5,7 ПДКрз.

2. На основании результатов натурных экспериментальных исследований процессов распространения и оседания пыли в производственных помещениях установлено, что так же, как для пыли, образующейся в производстве других строительных материалов, независимо от породы древесины, изменение запыленности воздуха рабочей зоны и плотности пылеоседания в производственные помещения рассматриваемых предприятий на разных расстояниях от источников пылевыделения подчиняется экспоненциальному закону. Получены экспериментальные зависимости, характеризующие эти изменения в зависимости от вида выполняемой технологической операции.

3. По результатам изучения дисперсного состава установлено, что в зону дыхания работников поступают пылевые частицы с размерами менее 20 мкм. При этом 8-15% их массы приходится на долю частиц РМ]0, на долю частиц РМ2,5 - 0,1-0,3%.. Также было установлено, что пофракционное распределение массы частиц для пыли, поступающей в зону дыхания работников, аппроксимируется формулой Годэена-Андреева-Шумана. На основе результатов сопоставительной оценки данных о дисперсном составе пыли, образующейся при выполнении разных технологических операций, установлено, что наиболее мелкая пыль поступает в воздух рабочей зоны при обработке древесины разных пород на шлифовально-ленточных станках. В этом случае доля частиц РМ]0 составляет 50%, доля частиц РМ 2 5—1,5%.

4. На основе результатов экспериментальных исследований получены зависимости для определения скорости оседания пылевых частиц, образующихся при производстве деревянных строительных конструкций и изделий с учетом размеров и формы частиц в зависимости от породы обрабатываемой древесины;

5. По результатам исследований основных свойств древесной пыли, данные о которых необходимы для повышения эффективности обеспыливания воздушной среды предприятия, установлено, что исследуемая пыль относится к пылящим, и характеризуется хорошей сыпучестью, слабым аркообразованием и большой аэрироемостью.

6. Для обеспечения надежности систем аспирации, предназначенных для обеспыливания воздуха рабочей зоны, на основе данных о свойствах исследуемой пыли предложено использование отводов-закручивателей в этих системах. По результатам опытно-промышленных испытаний установлена величина параметра интенсивности закрутки потока, при которой практически обеспечивается неизменность объемов воздуха, отсасываемого от аспирируемого оборудования, и их соответствие требуемым значениям.

7. Для решения задачи устранения отказов систем аспирации вследствие абразивного износа аппаратов пылеочистки и их забивания, а также для снижения запыленности атмосферного воздуха, поступающего в производственные помещения разработана конструкция аппарата ВЗП с конической сепарационной камерой. Результаты опытно-практических испытаний показали, что при применении предложенного аппарата обеспечивается снижение концентрации пыли в атмосферном воздухе на уровне воздухоприемных отверстий практически в три раза.

8. Результаты диссертационной работы использованы в действующем производстве деревообрабатывающего цеха Федерального казенного учреждения «Исправительная колония №4» УФСИН России по Ставропольскому краю.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

Работы, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях: 1. Экба, С. И. Оценка запыленности воздуха на рабочих местах при

производстве строительных конструкций из древесины [Электронный

ресурс] / С. И. Экба [и др.] // «Инженерный вестник Дона». - 2015. - №1. -Ч. 1.-Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine.

2. Экба, С. И. Исследования характера движения пылевых частиц в конической сепарационной камере пылеуловителя на встречных закрученных потоках [Электронный ресурс] / С. И. Экба [и др.] // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - №6. - Режим доступа: http:/\vw\v/scienceeducation.ru/l 15-12003.

3. Экба, С. И. Обеспечение безопасности воздушной среды помещений по производству деревянных строительных конструкций [Электронный ресурс] / С. И. Экба [и др.]; Волгогр. гос. арх.-строит. ун-т // Интернет-вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Политехническая сер. - 2013. - Вып. 2(27). - Режим доступа: www.vestnik.vgasu.ru.

4. Экба, С. И. Исследование по оптимизации характеристик верхнего ввода пылеуловителей со встречными закрученными потоками [Электронный ресурс] / С. И. Экба [и др.] // Фундаментальные исследования. - 2013. -№11-5. - С. 866-870. - Режим доступа: www.rae.ru.

5. Экба, С. И. Совершенствование систем обеспыливания на предприятиях деревообрабатывающей отрасли [Текст] / С. И. Экба [и др.] // Альтернативная энергетика и экология. - 2013. - №11(133). - С. 67-70.

Отраслевые издания и материалы конференций:

6. Экба, С. И. Экспериментальные исследования эффективности очистки древесной пыли на предприятиях строительной индустрии пылеуловителями на встречных закрученных потоках [Текст] / С. И. Экба [и др.] // Современная наука и инновации. - 2013. -№ 2. - С. 12-18.

7. Экба, С. И. Организация исследований концентрации пыли в воздушной среде помещений деревообрабатывающих производств [Текст] / П. А. Сидякин, С. И. Экба // Новый университет; Сер.: Технические науки. -2013.-№3(13).-С. 31-34.

8. Экба, С. И. Применение раскручивателей для утилизации энергии закрученного потока в пылеуловителях на встречных закрученных потоках [Текст] / С. И. Экба [и др.] // Международное научное издание «Современные фундаментальные и прикладные исследования». - 2013. -Специальный выпуск. - С. 105-111.

9. Экба, С. И. Об исследовании дисперсного состава пыли рабочей среды предприятий деревообрабатывающей отрасли [Текст] / П. А. Сидякин, С. И. Экба, Н. А. Маринин; М-во образования и науки Рос. Федер., ФГАОУ ВПО «Сев.-Кавказ. федер. ун-т» (филиал) в г. Пятигорске // Системный синтез и прикладная синергетика : сб. науч. тр. по матер. V Междунар. науч. конф. - Пятигорск: Изд-во ФГАОУ ВПО «Сев.-Кавказ. федер. ун-т» (филиал) в г. Пятигорске, 2013. - Т. III. - С. 85-88.

10. Экба, С. И. О дисперсном составе пыли в производстве деревянных строительных конструкций[Текст] / С. И. Экба; М-во образования и науки Рос. Федер., ФГБОУ ВПО «Волгогр. гос. арх.-строит. ун-т» [и др.] //

Проблемы охраны производственной и окружающей среды: сб. материалов и науч. тр. инженеров-экологов по материалам конф. ученых-экологов (Волгоград, 11-12 октября 2012 г.). - Волгоград: ПринТерра-Дизайн, 2013. -Вып. 5.-С. 112-114.

11. Экба, С. И. Необходимость комплексного подхода к изучению экологичности и гигиеничности строительных материалов Ставропольского края / П. А. Сидякин, С. И. Экба, Д. В. Щитов // Перспективы развития строительного комплекса. — 2012. - Т. 1. - С. 48-50.

12. Sergey I. Ekba. Analysis of timber dust separation process in dust collectors applying countercurrent swirling flows with reverse conical form of separation chamber/ Lidia I. Khorzova, Pavel A. Sidyakin, Sergey I. Ekba // Politechnika Rzeszowska Wydzial Budownictwai Inzynierii Srodowiska Katedra Infrastrukturyi Ekorozwoju. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej al. Powstancow Warszavvy 12, 35-959 Rzeszow. ISBN 978-83-7199-937-2. Zam. nr 57/14. URL: www.infraeko.prz.edu.pl

Экба Сергей Игоревич

СНИЖЕНИЕ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ДЕРЕВЯННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

05.26.01 Охрана труда (строительство)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 13.04.2015. Формат 60 х 84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №745

Отпечатано с готового оригинал-макета, представленного автором в типографии ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» Институт, сервиса, туризма и дизайна (филиал) СКФУ в г. Пятигорске 357500, Ставропольский край, г. Пятигорск, ул. Московская, 31. тел.(8793)32-73-44