автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Совершенствование оборудования и технологических процессов при плазменной обработке металлов с целью снижения акустических загрязнений

На правах рукописи

Пыкин Юрий Анатольевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Специальность 05.03.06 - Технология и машины

— сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

/

Москва - 2002

Работа выполнена в Российском государственном университете (РГУ) нефти и газа имени И. М. Губкина

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Стеклов О.И.

Ведущая организация - ОАО «Уральский научно-исследовательский технологический институт» (Урал НИТИ) г. Екатеринбург

Защита состоится 24 декабря 2002 г. в 15.00 час. На заседании диссертационного совета Д 212.200.10 при Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина по адресу 117917, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ямпольский Виктор Модестович

доктор технических наук, профессор Кудинов Владимир Владимирович

доктор технических наук, профессор Прусенко Борис Ефимович

Ученый секретарь дисс доктор технических на)

Автореферат разослан

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из характерных тенденций научно-технического прогресса в создании новой плазменной техники и технологии является использование результатов фундаментальных и прикладных исследований, накопленных в области физики плазмы.

Развитие на этой основе плазменной техники и технологии послужило с начала 1970-х годов интенсивному проникновению низкотемпературной плазмы (Hill) в технологию машиностроения, металлургию, химическую и другие отрасли промышленности. Благодаря возможности регулирования в широких пределах тепловых энергетических (плотность энергии

2 103...2 106Вт/см2) и газодинамических (Рпог~ 0,1... 0,6 МПа, Re = 102...10б) параметров низкотемпературная плазма в настоящее время используется в таких процессах обработки материалов как резка, сварка, нанесение покрытий, плаз-менно-механическая обработка, нагрев, наплавка и др.

В настоящее время признано, что приоритетным направлением в области технической политики, связанной с повышением долговечности и надежности машин и механизмов в условиях высоких и низких температур, агрессивных сред, повышенного давления и других, приводящих к интенсивному износу и выходу изделия из строя, является использование плазменных технологических методов. В отношении машин и деталей, где в основном работает поверхность, таким технологическим процессом является плазменное напыление и плазменная наплавка. Эти технологические процессы позволяют увеличить ресурс работы оборудования путем восстановления его функциональных свойств и придания наиболее нагруженным поверхностям деталей более высоких эксплуатационных качеств.

Современный технологический уровень восстановления и упрочнения поверхности деталей плазменными методами позволяет получить значительный технико-экономический эффект за счет увеличения жаропрочности, коррозионной и износостойкости, ресурса работы деталей, машин, механизмов, инструмента, оснастки, экономии сырья, материалов и трудовых ресурсов. Высокая технологическая гибкость и универсальность нанесения плазменных покрытий на различные обрабатываемые изделия и материалы позволяют получить поверхность разного функционального назначения толщиной от 1-5 мкм до нескольких миллиметров.

В настоящее время универсальность плазменного оборудования для нанесения покрытий может быть приближена к характеристикам лазерных установок при значительно меньших затратах энергопотребления, стоимости и габаритах. Установки для нанесения плазменных покрытий обладают широкими возможностями в оптимизации технологических процессов и выборе порошковых материалов, что позволяет использовать данную технологию в различных производствах.

Высокая концентрация энергии плазменной струи и значительная скорость ее истечения позволяют независимо от физико-механических свойств металла быстро расплавлять и удалять его из зоны обработки. Эти особенности низкотемпературной плазмы сделали ее незаменимой при резке высококачественных и композиционных материалов, цветных металлов и химически чистых веществ, обладающих высокой износостойкостью, жаропрочностью, жаро- и хла-достойкостью, и др. совершенно новыми физическими свойствами. Так при резке алюминиевых сплавов плазменная разделка листа в 8 раз быстрее, чем та же операция, выполняемая механическим способом, а расходы на ее осуществление в 30-35 раз ниже. Переход от ручных машин к высокопроизводительным плазменным установкам с фото- и магнитокопировалъными устройствами и цифровым программным управлением позволил дополнительно увеличить скорость резки листового проката, труб и металлических заготовок в 3 + 5 раз и поднять коэффициент использования материала до 0,9 + 0,95.

Одним из направлений развития плазменных технологий в промышленности является непрерывное повышение основных технологических параметров оборудования и совершенствование процессов с целью их широкого внедрения в сборочно-сварочном производстве для раскроя металлопроката, в заготовительном для разделки объектов гражданского, военного и специального назначения, в ремонтных производствах для восстановления и упрочнения деталей

Разработка современных плазменных установок связана с решением комплекса проблем, охватывающих такие показатели, как надежность в работе, технологичность в изготовлении, экономичность и др. Наиболее сложной задачей в проектировании нового плазменного оборудования является сохранение этих показателей при обеспечении его безопасной эксплуатации. При создании новой конструкции плазмотронов должны учитываться все возможные отклонения параметров, способных изменить или повлиять на условия в системе «человек-машина» (СЧМ).

В ходе разработки и ускоренного освоения новой плазменной технологии стратегическим направлением в ее развитии является создание и обеспечение благоприятных санитарно-гигиенических условий для высокопроизводительного труда операторов плазменных установок, внедрение совершенной техники, обеспечивающей снижение производственного травматизма, и устраняющей профессиональные заболевания.

Важное место в снижении заболеваемости и повышении трудоспособности работающих с низкотемпературными плазменными установками занимают вопросы борьбы с производственным шумом, интенсивность которого возрастает с повышением основных технических параметров технологического процесса: подводимой мощности, температуры, скорости обработки, давления и расхода плазмообразующего газа (ПОГ) и др.

В связи с широким внедрением плазменных процессов возникает ряд проблем, связанных с исследованием взаимодействия низкотемпературной плазмы (НТП) с окружающей средой, обеспечением безопасной эксплуатации оборудования, анализом воздействия НТП на организм человека. Одним из неблагоприятных производственных факторов, возникающих при работе плазменного оборудования, является аэродинамический шум (АШ).

Характерной тенденцией в развитии плазменной техники и технологии является увеличение его удельного веса и расширение спектра излучения в область высоко- и ультразвукового частотного диапазонов. Уровни звука в рабочей зоне оператора при выполнении ряда плазменных технологических процессов достигают 120 -г- 130 дБ А приближаясь к болевому порогу. Наибольшее превышение уровней звукового давления (20 + 30 дБ) от допустимых значений наблюдается в диапазоне 1 + 30 кГц.

Многочисленными исследованиями ученых Московского НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана под руководством А. В. Ильницкой, ВНИИАвтогенмаша под руководством Н. И. Никифорова, института Охраны труда (г. Санкт-Петербург) под руководством И.С. Алексеевой и др. установлено, что в условиях комбинированного воздействия опасных и вредных производственных факторов даже малое превышение высокочастотного шума и ультразвуковых колебаний оказывает неблагоприятное влияние на функциональное состояние организма человека, что обуславливает высокую заболеваемость работающих, временную утрату их трудоспособности, снижает производительность труда.

Одним из направлений в вопросах снижения шума плазменного технологического оборудования является выявление его основных источников и воздействие на них. Такой подход весьма эффективен, однако, его практическая реализация затруднена из-за недостаточного объема знаний в этой области, сложности проведения эксперимента с высокотемпературным энергетическим объектом - плазмотроном, а также из-за отсутствия комплексного подхода в проведении экспериментальных и теоретических исследований, и оценки воздействия акустического фактора в системе «человек-машина».

Сравнительный анализ данных, полученных при исследовании шумового фактора плазменного оборудования в США, Германии, Японии, странах СНГ и др. показал, что проблема снижения аэродинамического шума в условиях интенсивного развития плазменной технологии и ужесточения санитарно-гигиенических требований по акустическому фактору является весьма актуальной задачей и требует тщательного изучения процесса щумообразования на основе всесторонних исследований, что и является основанием для выполнения представленной работы.

Соответствие акустических характеристик выпускаемого отечественной промышленностью плазменного оборудования требованиям норм по шуму является одним из важнейших эргономических критериев, по которым определяется техническое состояние, качество и его конкурентоспособность на международном рынке.

В настоящей работе изложены результаты экспериментальных и теоретических исследований аэродинамического шума основных технологических процессов, на основании которых определены наиболее интенсивные источники шума для различных плазменных технологических процессов, установлены закономерности образования и распространения шума в системах «плазмотрон-материал» (СПМ) и СЧМ, что послужило основой для разработки принципов конструирования малошумных плазмотронов и защитных устройств, обеспечивающих снижение аэродинамического шума непосредственно в источнике его образования — плазмотроне и на пути распространения — в зоне плазменно-дуговой обработки (ЗПДО).

Анализ результатов медико-биологических исследований, проводимых I нашей стране и за рубежом, показал, что даже незначительное превышение шума оказывает неблагоприятное влияние на организм человека. Действию вы-

соких уровней высокочастотного шума и ультразвуковых колебаний подвергаются тысячи людей, обслуживающих плазменное оборудование.

Учитывая масштабы использования и перспективы развития плазменных технологий в промышленности очевидно, что снижение АШ плазменного оборудования является актуальной научно-технической проблемой, решение которой должно способствовать улучшению условий труда, повышению культуры производства, защите окружающей среды от акустических загрязнений. Поэтому задача исследований акустического фактора и в частности таких малоизученных явлений как резонансные колебания в спектре АШ струи плазмотрона, их зависимость от его конструктивных особенностей и технологических параметров процесса (подводимой мощности, температуры, давления ПОГ и др.) становится важной на этапе проектирования плазмотронов и разработки рекомендаций по снижению АШ, как одного из источников загрязнения окружающей среды.

Теоретические аспекты борьбы с шумом плазменного оборудования недостаточно исследованы, отсутствуют сведения о методах исследований АШ, механизме и закономерности его образования и распространения в пространстве, нет необходимых основ для проектирования малошумных плазмотронов, а известные мероприятия по снижению шума не обладают необходимой эффективностью. Углубление знаний о закономерностях существующих и разработка новых путей в решении проблемы акустического загрязнения при работе плазменного оборудования позволит восполнить пробел в этой области, заменить существующие плазмотроны на малошумные, обеспечить эффективными средствами изоляции зону плазменно-дуговой обработки.

В практике промышленно-развитых стран накоплен опыт снижения производственного шума в других сферах деятельности, однако это не может быть механически перенесено на плазменные технологии, так как они имеют ряд специфических особенностей, обусловленных высокой температурой и околозвуковыми скоростями истечения плазменной струи, широким частотным диапазоном генерируемого АШ, малыми габаритами и перемещением местоположения источника и др.

Поэтому, хотя при решении ряда задач снижения шума плазменного оборудования использовались классические труды отечественных и зарубежных ученых в области акустики и сварки (Е. Я. Юдин, А. Г. Мунин, В. И. Заборов,

Г. JI. Осипов, Е. Скучик, Ф. Морз, Дж. Лайтхилл, А. В. Донской, О. И. Стеклов, Д. Г. Быховский, К. В. Васильев, В. В. Кудинов и др.), полученные в настоящей работе теоретические и экспериментальные результаты носят основополагающий характер.

Отдельные разделы работы, представленные в диссертации, проводились по планам важнейших научно-исследовательских работ в области сварочной технологии, охраны труда и защите окружающей среды.

Исследования выполнялись в соответствии с Программой работ, обеспечивающей решение научно-технической проблемы ГКНТ 0.72.01 подпрограммы П, задания 07.I0.H «Программа работ МНТК «Институт электросварки им. Е. О. Па-тона»» АН Украины, приказом Министра оборонной промышленности № 880 от 01.12.89 г. в рамках научно-технического сотрудничества стран бывшего СЭВ и другими Программами.

Цель работы — изучение закономерностей и научное обоснование процессов генерации и распространения АШ, разработка методологических основ расчета и проектирования малошумных плазмотронов и шумозащитных устройств, обеспечивающих улучшение условий труда при эксплуатации плазменных установок. Объектами исследований являются процессы плазменной резки, напыления, наплавки, плазменно-механической обработки металлов с полной информацией, адекватно отражающей параметры и режимы процессов и условия эксплуатации оборудования.

В качестве методологической основы работы использованы классические труды отечественных и зарубежных ученых по общей акустике, аэродинамике, теории колебаний, сварочной технологии, патентные материалы и достижения в области борьбы с АШ в различных отраслях промышленности, теория и практика конструирования оборудования. Экспериментальные исследования выполнены в производственных (натурных) и лабораторных условиях, а теоретические модели проверялись экспериментально с помощью разработанного комплекса методов исследований и известных методов акустического анализа с использованием современной электроакустической аппаратуры и других средств измерений.

Научная новизна. Представленные в работе исследования, научно обоснованная методология комплексной оценки акустического фактора и научные основы создания малошумного оборудования для плазменной обработки металлов

разработаны впервые и носят основополагающий характер. Они направлены на решение важной научно-технической проблемы снижения АШ плазменного оборудования, широко используемого в различных сферах производства.

Анализ результатов работы по исследованию шума на производстве позволил классифицировать плазменное технологическое оборудование по степени шумности и определить физическую природу и механизм шумообразования основных источников.

Выполнен синтез акустических моделей основных типов и конструкций плазмотронов, которые представлены как источники генерации АШ с внутренним резонансным возбуждением пульсаций турбулентного потока ПОГ на собственных частотах газовоздушного тракта (ГВТ) плазмотрона. Показана возможность использования теории возникновения и распространения плоских звуковых волн в замкнутом пространстве - ГВТ плазмотрона и определены границы применения теории генерации звука для рассмотренных условий.

Разработана акустическая модель плазмотрона и установлены зависимости акустических характеристик от формы и размеров ГВТ плазмотрона и технологических параметров процесса. Определены характеристики направленности излучения звука в полярных координатах и установлена связь между пространственными и спектральными характеристиками АШ струи плазмотрона. На этой основе разработаны конструктивно-технологические методы шумоглуше-ния плазменного оборудования. Результаты теоретических и экспериментальных исследований распространения звука в пространстве позволяют наметить методы защиты и на стадии проектирования проводить расчеты эффективности средств звукопоглощения и звукоизоляции для различных технологических процессов.

Совокупность разработанных автором методов теоретических и экспериментальных исследований, а также полученные на этой основе результаты являются научной базой в решении прикладных задач проектирования малошумных плазмотронов и средств защиты с целью снижения акустического загрязнения окружающей среды, создаваемого плазменным оборудованием.

Практическая значимость работы. Предложен комплекс методов экспериментальных исследований в производственных и лабораторных условиях для определения спектральных, энергетических и пространственных характеристик АШ плазмотронов и различных плазменных технологических процессов.

Совокупность выполненных теоретических и экспериментальных исследований обеспечивает решение практических задач борьбы с акустическими загрязнениями на этапах проектирования и модернизации серийных конструкций плазмотронов и технологических процессов. Выполнены исследования акустических характеристик в цехах сборочно-сварочных, заготовительных и ремонтных производств в различных отраслях промышленности, определены уровни звуковой мощности (УЗМ) для основных видов технологического оборудования, выявлены наиболее интенсивные источники акустического загрязнения и проведена классификация технологических процессов и плазменного оборудования по степени шумности и природе его образования.

Разработана методология борьбы с АШ плазмотронов, включающая комплекс методов шумоглушения внутреннего и внешнего источников АШ в зависимости от конструктивных и технологических параметров.

Рекомендации по снижению акустических загрязнений и комплекс разработанных методов борьбы с АШ в источнике и на пути распространения применяются в проектных организациях и на действующих предприятиях при проектировании нового и модернизации действующего оборудования.

Предложенные на основе теоретико-экспериментальных исследований рекомендации по снижению АШ плазмотронов были проверены в производственных условиях и показали их достаточно высокую акустическую эффективность.

По результатам исследований разработаны конструкции ручных и механизированных малошумных плазмотронов и установок для плазменной резки, которые выпускаются по Техническим условиям и внедряются в действующие производства для раскроя металлопроката, разделки объектов военного, гражданского и специального назначения. Новизна ряда конструкций плазмотронов и шумозащитных устройств защищена авторскими свидетельствами, патентами, отмечена медалью ВДНХ.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

1. Анализ и системологическое представление проблемы акустических загрязнений плазменных технологических процессов, объединенных комплексом теоретических, экспериментальных, социально-экономических и конструктор-ско-технологических задач.

2. Комплекс экспериментальных методов определения акустических характеристик плазменных технологических процессов и результаты экспериментальных и теоретических исследований АШ плазмотронов в производственных помещениях и в лабораторных условиях свободного и диффузного звуковых полей.

3. Физическая модель возникновения резонансных явлений в ГВТ плазмотрона и аналитические зависимости генерации акустической энергии от конструктивных и технологических параметров.

4. Акустическая модель и физические основы прогнозирования генерации звуковой энергии плазмотронов, на стадии проектных расчетов и изготовлении средств снижения АШ в источнике образования - ГВТ плазмотрона.

5. Теоретические основы и результаты экспериментальных исследований характеристик направленности излучения звука, необходимые для разработки эффективных средств снижения АШ плазмотрона на пути его распространения методами звукопоглощения и звукоизоляции.

6. Научно-методологические основы конструирования, исходные данные, необходимые для инженерных расчетов при проектировании малошумных плазмотронов и шумозащитных устройств, результаты экспериментальных разработок и социально-экономическая оценка предложенных автором инженерных решений по снижению АШ в источнике - плазмотроне и на пути его распространения - ЗПДО.

Реализация результатов работы в промышленности. Практическая ценность работы заключается в применении ее основных положений в качестве научных и технических методов при разработке малошумных плазмотронов и звуко-защитных устройств для плазменных технологических процессов. Результаты исследований и рекомендации использовались отраслевым НИИ (СНИТИ), Центром электроплазменных технологий в проектах реконструкции действующего и при разработке нового плазменного технологического оборудования.

Внедрение предложенных в диссертационной работе мероприятий позволило на целом ряде предприятий различных отраслей уменьшить акустические загрязнения в рабочей зоне операторов, обслуживающих плазменное технологическое оборудование.

Основной итог от внедрения представленных в диссертации разработок — улучшение условий труда операторов плазменных установок по акустическому фактору, увеличение производительности труда, снижение производственного

травматизма и повышение качества и технического состояния плазменного оборудования.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается взаимной согласованностью результатов, полученных различными методами исследований.

Результаты испытаний в производственных и лабораторных условиях не противоречат общенаучным положениям, хорошо согласуются с общепринятыми требованиями к измерительной аппаратуре, методиками акустических измерений и обработки экспериментальных данных, а также результатами, полученными другими исследователями.

Предложенные технические решения проверены в условиях многолетней эксплуатации на предприятиях различных отраслей промышленности.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на 46 международных, всесоюзных, республиканских и региональных симпозиумах и конференциях по Сварке и родственным технологиям, Охране труда, Промышленной безопасности и Экологии, в том числе на VI Научно-технической конференции УПИ им. С. М. Кирова (Свердловск, 1979); XIII, XIV, XV, XIV и XX Зональных научно-технических конференциях сварщиков Урала (Свердловск, 1981, 1983, Курган, 1982, Челябинск, 2000, Н. Тагил, 2001); IV и V Межвузовских конференциях по проблемам охраны труда (Каунас, 1982, Рубежное, 1986); Совещании научно-технических работников «Охрана труда 78» и «Охрана труда 85» (Москва, ВДНХ, 1978, 1985); Первой отраслевой конференции по применению газотермических покрытий в машиностроении (Москва, 1985); Научно-техническом семинаре «Применение нового оборудования и прогрессивных технологических процессов термической резки в машиностроении» (Свердловск, 1987); Всесоюзной научно-практической конференции по совершенствованию охраны труда в народном хозяйстве (Ташкент, 1988); Всесоюзной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Б. Ц. Анд-реевой-Галаниной (Ленинград, 1988); областных Научно-технических семинарах по борьбе с шумом и вибрацией (Свердловск, 1983-1989); заседании секции «Защита от шума и вибрации» Объединенного Ученого совета институтов Охраны труда ВЦСПС (Ленинград, 1989); Ученом совете институтов Охраны труда ВЦСПС (Свердловск, Москва, 1989); Научно-техническом семинаре «Охрана труда и научно-технический прогресс» (Ленинград, 1989); XVI Всесоюзной

научно-технической конференции по порошковой металлургии (Свердловск, 1989); Всесоюзной научно-методической конференции «Акустическая эколо-гия-90» (Ленинград, 1990); XI Всесоюзной акустической конференции (Москва, 1991); Международном конгрессе «Защита-95» (Москва, 1995); XIV-м всемирном конгрессе по промышленной безопасности и здоровью (Испания, Мадрид, 1996); 49-м Международном конгрессе по Сварке (Венгрия, Будапешт, 1996), IV Всероссийском научно-практическом семинаре по экологии (Тюмень, 1999 г.), 19-й Научно-технической конференции Сварка-контроль (Челябинск,2000г.), Научно-технической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург,2001 г.), Первой международной научно-технической конференции «Сварка, контроль, реновация» (Уфа, 2001 г.), 1-й Международной научно-практической конференции «Защита окружающей среды, здоровье, безопасность в сварочном производстве» (Украина, Одесса, 2002 г.).

Разработки, выполненные по теме диссертации, экспонировались на ВДНХ, Всероссийских выставках по Сварке в г. С.-Петербурге, Международных выставках в Италии, Испании, на выставке Вооружений RUSSIAN EXPO ARMS-2002 (Россия).

Публикация результатов. По результатам выполненных исследований опубликовано 57 печатных работ, в том числе в центральных изданиях («Сварочное производство», «Технология машиностроения», «Известия вузов» и др.), в сборниках докладов Всероссийских и Международных конференций, Методических указаниях, Научно-технических отчетах. Новизна защищена 16 авторскими свидетельствами на изобретения и патентами.

Личное участие автора. Определение единого системного подхода к проблеме акустического загрязнения плазменных технологических процессов, постановка целей и задач, направленных на проведение теоретических и экспериментальных исследований, прикладных научно-технических, патентных и конструк-торско-технологических разработок по созданию и внедрению в практику проектирования плазменного оборудования комплекса средств и мероприятий, обеспечивающих комфортные условия по акустическому фактору.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, с кратким описанием состояния проблемы, шести глав экспериментальных и теоретических исследований, общих выводов, списка литературы (133 наименования). Общий объем работы 288 страницы, в том числе 28 таблиц, 116 рисунков, 14 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность развития научного направления -комплексного подхода в исследовании акустического фактора плазменных технологических процессов применительно к задачам сборочно-сварочного, ремонтного и заготовительного производств. Здесь же дается описание состояния вопроса, в котором рассмотрена перспектива использования плазменных технологий в промышленности и их влияние на окружающую среду.

В большей степени внимание акцентируется на технологических процессах с высокими уровнями генерируемого шума. В отечественных и зарубежных источниках не обнаружены разработки эффективных и экономичных способов борьбы с акустическими загрязнениями при плазменной резке, напылении, плазменно-механической обработке металлов. Авторы, в основном, рассматривают в качестве загрязнителей рабочей зоны химические факторы, представленные в виде газоаэрозолей, возникающих в зоне обработки металла.

Проблема снижения акустического воздействия на окружающих не рассматривается комплексно, т. е. с включением вопросов экспериментальных исследований, теоретического анализа природы и механизма генерации шума, его влияния на систему «человек-машина», разработке на основе этих знаний методов и средств борьбы с шумом. Показаны имеющиеся достижения и нерешенные проблемы в отечественных и зарубежных исследованиях. Сформулированы цель исследований, а также научная новизна и практическая значимость работы.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АКУСТИЧЕСКОГО

ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ И СПЕЦИФИКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ ШУМА ПЛАЗМОТРОНОВ

Совершенствование плазменной технологии осуществляется на основе анализа современных представлений науки и техники в данной области, достижений и недостатков в создании и эксплуатации оборудования, а также в соответствии с направлениями технического перевооружения производства. Рассматриваемые технологии относятся к уникальным, так как в каждом вновь создаваемом оборудовании используется значительное число новых, более современных еще не проверенных на практике элементов, обеспечивающих высокую производительность, управляемость процессом, возможность получения

особых свойств обрабатываемых материалов. По этой причине ввод в действие, освоение проектных характеристик и эксплуатация плазменного оборудования имеют свои отличительные особенности. Совершенствование технологии, получение требуемой эффективности процесса и обеспечение надежности работы оборудования достигаются, как правило, при его эксплуатации.

Анализ комплексных решений путей совершенствования плазменного оборудования и технологий показал, что эффективная плазменная обработка материалов неразрывно связана с вопросами безопасного использования плазмотронов, в том числе с проблемой высокого уровня генерируемого ими шума (до 130 дБА). Акустические характеристики оборудования в настоящее время являются равноправными наряду с такими как, например, мощность, производительность, экономичность, безопасность и другими эксплуатационными показателями. Однако, относительная новизна процесса, постоянное совершенствование оборудования только в достижении наивысшей эксплуатационной эффективности, а также недостаточная информация относительно источников и природы образования, механизма генерации и распространения шума на стадии конструирования оборудования, его производства и эксплуатации вызывает необходимость в своевременном привлечении внимания специалистов по проблеме борьбы с шумом на ранней стадии этапа проектирования.

Решение проблемы акустического загрязнения основывалось на результатах работ как специалистов в области плазменных процессов М. Ф. Жукова, В. В. Кудинова, Д. Г. Быховского, А. В. Донского, К. В. Васильева, В. С. Клуб-никина, Ю. А. Богородского, М. М. Клюева, и др., так и исследователей виброакустиков. Для отдельных типов оборудования получены удовлетворительные результаты, однако в целом проблема борьбы с шумом остается не решенной, исследования носят фрагментарный характер, не учитывается опыт и достижения в смежных отраслях, отсутствует конечная цель, в качестве которой должны выступать разработка оптимальных с акустических позиций конструктивно-технологических мероприятий, создание научно-технических основ по расчету и проектированию комплекса средств борьбы с шумом оборудования и его серийный выпуск.

Применение классических подходов технической акустики, общих методов исследования акустических характеристик невозможно использовать без учета конструктивных особенностей плазменного оборудования, технологиче-

ского процесса и условий его эксплуатации. Известные методы борьбы с шумом не могут быть использованы при разработке методологии акустического проектирования плазменного оборудования без их изменения, используя лишь традиционные в акустике подходы.

Исследования показали, что при измерении акустических характеристик необходимо учитывать особенности технологического процесса, физическую природу и многообразие сопутствующих ему источников шума, условия распространения звука в пространстве производственного помещения и т. д. Особенно сложным для изучения плазменных процессов является акустический фактор в производственных условиях. Не решены вопросы, связанные с определением основных источников шума и их вклада в общий фон акустического загрязнения, не известны закономерности образования звука при изменении технологических параметров и конструкции оборудования, не известны акустические свойства исследуемых помещений.

Приведенный в главе анализ медико-биологических исследований воздействия шума на организм человека показал, что в настоящее время проблема охраны здоровья работающих в сфере сварочного производства вступила в новый этап исследований и развития.

Значительный вклад в изучение условий труда в сварочном производстве, их влияние на состояние и функциональные изменения в организме сварщика внесли Н. Ф. Галанин, Е. Ц. Андреева-Галанина, И. С. Алексеева, А. В. Иль-ницкая, Ю. Н. Норкин, А. А. Каспаров, С. П. Нешумова и другие. Необходимость системного подхода в оценке воздействия акустического фактора на обслуживающий персонал плазменных установок обоснована в работах А. В. Ильницкой, И. С. Алексеевой, которые предложили методологию качественной оценки воздействия факторов внешней среды на организм работающих и прогнозирование их последствий.

Однако более полная и объективная информация о вредном влиянии шума на человека возможна с переходом от качественных характеристик к количественным. Обеспечение благоприятного состояния окружающей среды (по акустическому фактору) на участках плазменной обработки возможно при научно обоснованном сочетании экологических, научно-технических, медико-биологических и экономических интересов общества.

Анализ исследуемых мероприятий по борьбе с шумом плазменного оборудования на основе классических подходов технической акустики и опыта, на-

16

копленного в других отраслях промышленности, науки и техники, показал, что решение проблемы шумобезопасности плазменных технологических процессов не может в настоящее время привести к необходимым результатам. Это связано с рядом специфических особенностей, а именно: перемещение источника шума и обрабатываемой детали в пространстве; необходимость визуального наблюдения за зоной плазменно-дуговой обработки (ЗПДО); высокие скорости истечения плазменной струи; наличие брызг расплавленного металла, газоаэрозолей, интенсивного светового излучения и высокие температуры в ЗПДО затрудняют или исключают использование традиционных способов шумозащиты и звукопоглощающих материалов; невозможность проведения технологического процесса в лабораторных условиях; большие размеры производственных помещений и отсутствие повторяемости архитектурно-планировочных решений; распространение шума на смежные производственные участки — вот далеко не полный перечень специфических особенностей использования плазменных технологических процессов в промышленности.

Предлагаемые мероприятия по борьбе с шумом плазменного оборудования научно не обоснованы. Вопросы, касающиеся защиты от шума высокотемпературных источников — плазмотронов, механизмов перемещения, специализированных источников питания и другого технологического оборудования требуют проведения дополнительных экспериментальных исследований в части определения амплитудно-частотных, энергетических и пространственных характеристик источников шума, определения зависимости звуковой мощности от конструктивных параметров оборудования и технологических режимов.

Исходя из цели и выполненного анализа накопленных знаний по теме исследований, сформулированы основные задачи работы:

- Разработать методологию экспериментальных исследований акустических характеристик плазменного оборудования с учетом особенности конструкции и условий его эксплуатации;

- Выполнить локализацию основных источников акустической энергии в системе «человек-машина», идентифицировать основные излучатели шума, определить их природу и вклад;

- Выявить зоны основных источников образования шума в системе «плазмотрон-материал», определить механизм генерации и их энергетическое соотношение;

- Разработать физическую модель генерации АШ плазмотрона, исследовать влияние конструктивных и газодинамических параметров на его акустические характеристики;

- Разработать акустическую модель и теоретические основы образования резонансных явлений в ГВТ плазмотрона с целью получения исходных данных на стадии проектных расчетов ГВТ плазмотронов;

- Определить характеристики направленности излучения звука плазменной струи в полярных координатах, необходимые для разработки инженерных методов и средств защиты от шума на пути его распространения - в зоне плазменной дуговой обработки;

- На основе установленных закономерностей разработать комплекс расчетных методов и средств борьбы с АШ при проектировании малошумных плазмотронов и шумозащитных устройств, определить их эффективность в производственных условиях и дать практические рекомендации по шумозащите плазменного оборудования.

Поставленными задачами не ограничивается круг проблем, связанных с уменьшением воздействия акустических загрязнений плазменного оборудования в СЧМ, но решение указанных задач позволит создать научную базу для расчета и проектирования средств борьбы с акустическими загрязнениями плазменных технологических процессов на современном этапе развития науки и техники.

2. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОЦЕНКА АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ШУМА ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ

Данная глава посвящена разработке методов исследований и анализу шумового режима в производствах, использующих плазменные технологии, а также локализации источников акустической энергии и идентификации основных излучателей шума в ЗПДО.

Для изучения закономерностей образования, распространения и снижения шума при использовании плазменного технологического оборудования в работе обоснован и предложен комплекс экспериментальных методов исследований, позволяющий определять спектральные (Ьш, ЬА, 0, энергетические (Ьр, Р) и пространственные (С^х, Одшах) акустические характеристики в режимах реаль-

18

ной технологии обработки материалов плазменной струей с температурой 5000 30000 К - «горячее» истечение рабочей струи в натурных условиях и в режимах, имитирующих плазменную обработку при «холодном» истечении модельной струи ПОГ - лабораторные условия.

Анализ шумовых карт производств с плазменным технологическим оборудованием показал, что обслуживающий персонал находится под воздействием шума, уровни которого превышают нормативные значения (рис. 1 и рис. 2).

Рис. 1. Шумовая карта процесса плазменной резки металлов, а) машина

для плазменной резки ППлЦ-2,5 (портальная); б) машина АСШ-70 (шарнирная). 1-111 -зоны повышенной шумовой опасности. 1 - машина для плазменной резки; 2 - источник питания АПР-403; 3 - пульт управления; 4 -рабочее место оператора; 5 - плазмотрон; б - система вентиляции

Ь" — ( [ ( d ; !

# 90 V 100 licih-1

а) 6)

Рис. 2. Шумовая карта процесса плазменной обработки металлов: а) плазменное напыление; б) плазменно-механическая обработка: I- III- зоны повышенной шумовой опасности; 1 — машина для плазменной обработки; 2 — плазмотрон; 3 — источник питания; 3 — пульт управления; 4 - пульт управления; 5-рабочее место; 6 - система вентиляции

Результаты многочисленных исследований, выполненных под руководством и при участии автора, позволили разделить основное технологическое оборудование для плазменной обработки материалов в зависимости от природы преобладающих источников шума на три группы:

1. Оборудование, находящееся непосредственно в зоне плазменно-дуговой обработки. К этой группе относятся плазмотроны прямого действия для резки, плазменно-механической обработки и наплавки материалов и плазмотроны косвенного действия для процессов напыления и нагрева. Шумообразование связано с истечением струи и возникающими при этом аэродинамическими процессами.

2. Электрооборудование - специализированные источники для обеспечения электропитания плазмотрона. Характерной особенностью работы является шум трансформатора с электромагнитной природой образования и АШ системы его охлаждения.

3. Оборудование по перемещению плазмотрона, в котором преобладают шумы приводных механизмов и шумы воздухотехнического оборудования отсасывающих систем.

Шум по характеру постоянный, широкополосный, превышающий нормируемые значения на 4-7 дБ в области инфразвуковых и низких частот (до 1 кГц) и на 30-35 дБ на высоких и низких частотах ультразвукового диапазона (8-30 кГц).

Локализация источников акустической энергии - генераторов и излучателей шума плазменного оборудования выполнена с использованием разработанной для этих целей методики, с применением специальной акустической аппаратуры в соответствии с рекомендациями и требованиями, изложенными в ГОСТ 12.1.050-86, ГОСТ 12.4.077-79 и ГОСТ 12.1.028-80.

Для основных технологических процессов определены интенсивность и частотный диапазон акустической активности основных генераторов и излучателей шума, определена их природа и вклад в акустическое загрязнение рабочей зоны - рис. 3.

Рис. 3. Энергетические характеристики шума обору- 1х10» давания для плазменной обработки: 1 - зона плазмен-

но-дуговой обработки; 2 - источник питания электроэнергией; 3 - механизм перемещения и вентиляционное оборудование

•ООО ISMO 31900 «3000 >

Л Гц

Принятая классификация позволила выделить наиболее интенсивную зону генерации шума плазменного процесса - зону плазменно-дуговой обработки (ЗПДО), с преобладающим в ней источником - плазмотроном, а также определить основные направления развития теоретических и экспериментальных исследований в области акустики плазмотронов, которые и являются предметом рассмотрения в следующих разделах диссертационной работы.

Экспериментальные исследования акустического поля, создаваемого плазмотроном на рабочей «горячей» и модельной «холодной» струе, позволили выделить основные характерные участки генерации аэродинамического шума в ЗПДО (рис. 4). С учетом локализации участков образования АШ было выделено три преобладающих источника:

1(А, Б); LA - движущийся поток ПОГ по канала газовоздушного тракта (ГВТ) соплового узла плазмотрона; 1Б - открытая часть струи, истекающая из сопла плазмотрона до соприкосновения с обрабатываемым материалом;

II - зона взаимодействия струи с обрабатываемым материалом;

III - зона выхода струи под обрабатываемым материалом.

Ш

Рис. 4. Модель источников шумообразования в СПМ. I, II, III- зоны шума; I-связанная с плазмотроном; II-с обрабатываемым материалом; II 1-е факелом плазмы;

А, Б-участки внутреннего и внешнего шума плазмотрона

Доля звуковой энергии, генерируемой ЗПДО, в режиме реального процесса обработки и на модели в условиях диффузного звукового поля соответственно распределяется между участками следующим образом: участок I - 72 и 61 %; участок II - 2 и 7 %; участок III - 26 и 32 %. Соотношение долей генерируемой звуковой энергии, приходящейся на каждый участок сохраняется независимо от режима работы плазмотрона, а наибольшая генерация АШ наблюдается на участке I. Сопоставление спектральных уровней звуковой мощности АШ на участке I, измеренных как в условиях диффузного звукового поля (реверберационная камера), так и в производственных условиях показало, что наличие в спектре АШ дискретных тонов в области высоких (1 8 кГц) и ультразвуковых (12,5 ^ 40 кГц) частот существенно зависят от конструктивных параметров соплового узла плазмотрона (ас> 1с, hx и др.) и технологических (Pnor, Qnor и др.) режимов процесса.

Анализ влияния койструктивных и технологических параметров плазмотрона на его акустические характеристики проводился на модельных установках, имитирующих процесс обработки, в условиях свободного и диффузного звуковых полей с использованием точных методов исследований, регламентируемых ГОСТ 12.1.024-81, ГОСТ 12.1.025-81. Для измерений использовалась прецизионная акустическая аппаратура фирмы «Брюль и Къер» (Дания) и «RFT» (Германия) с устойчивыми электронными параметрами.

Результаты измерений характеристик направленности, полученные в условиях свободного звукового поля (заглушённая камера) показали, что плазмотрон является направленным источником звука, максимальное излучение которого генерируется в передний квадрант под углом 38 54 град, к оси струи. Уровни звуковой мощности для высоко- и ультразвукового частотных диапазонов в этом направлении более чем на 10 + 15 дБ превышают значения данной характеристики по другим направлениям.

Оценка точности выполненных акустических измерений показала, что при заданной степени вероятности а и 0,9 погрешность измерений на высоких- и ультразвуковых частотах не превышала 1,5 дБ.

Анализ спектральных характеристик всех промышленных плазмотронов различного технологического назначения показал, что УЗД превышают медико-биологические предельно-допустимые уровни (ПДУ) на 10 25 дБ в диапазоне высоких и ультразвуковых частот. В диапазонах инфразвуковых (2 ^ 20 Гц) и слышимых (31,5 + 500 Гц) частот УЗД не превышают ПДУ.

Аэродинамический шум плазмотронов, превышающий ПДУ, приводит к существенному ухудшению условий труда операторов плазменных установок, снижению его работоспособности и другим негативным социально-экономическим последствиям.

Предложенный комплекс экспериментальных методов исследований позволил получить спектральные, энергетические и пространственные характеристики, необходимые для разработки мероприятий по снижению АШ и сравнительной медико-биологической оценки плазменных технологических процессов плазмотронов различных типов и назначения.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ПРОЦЕССА ГЕНЕРАЦИИ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ АШ ПЛАЗМОТРОНА

С позиции происходящих в канале плазмотрона газодинамических процессов ГВТ плазмотронов можно представить как сложную колебательную систему, строгий расчет звукового поля которой весьма затруднен. Инженерный подход к проблеме снижения АШ предполагает определенные упрощения в разработке физической модели генерации звука и ее расчета. Допустимые пределы упрощений в модели расчета определены сравнением экспериментальных и теоретических значений спектральных и энергетических характеристик АЩ плазмотрона.

Анализ параметров потока ПОГ при течении по ГВТ плазмотрона показал, что течение носит турбулентный характер. Изменение геометрии ГВТ приводит к образованию на кромках конструктивных элементов проточной части тракта вихрей и, как следствие, появлению областей интенсивных пульсаций потока.

Изучение амплитудно-частотных характеристик звукового поля и геометрии тракта позволило разработать физическую модель генерации звука плазмотрона и представить ее как колебательную систему, связывающую происходящие в ГВТ явления с дискретными тонами в спектре щумоизлучения. Эти явления связаны с механизмом образования мелкомасштабных турбулентных пульсаций газового потока, движущегося по ГВТ и сопровождаемого возникновением звуковых колебаний, а также - с резонансным самовозбуждением этих звуковых колебаний на собственных частотах ГВТ с последующей передачей звуковой энергии по тракту и ее генерацией из сопла плазмотрона в окружающее пространство.

Анализ влияния формы и размеров проходного сечения тракта на амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) первой гармоники в звуковом спектре позволил выделить основные элементы резонансной системы, связанные с сопловым узлом плазмотрона.

В случае, когда характерная длина соплового узла короче длины звуковой волны, чередующиеся между собой расширяющиеся и сужающиеся объемы ГВТ можно представить в виде колебательной системы с сосредоточенными параметрами, в которой ПОГ в расширениях характеризуется упругостью, а в сужениях дает инерционную реакцию.

В соответствии с этими предположениями ГВТ соплового узла плазмотрона (рис. 5) можно представить в виде эквивалентной механической системы, в которой участок «а», следующий за завихрителем - 1-й участок расширения; участок «б», между электродом и соплом - 1-й участок сужения; участок «в» от электрода до входа в канал сопла - 2-й участок расширения; цилиндрический участок «г» сопла - 2-й участок сужения.

Рис. 5. Акустическая схема ГВТ плазмотрона, а, в — / и 11 участки расширения; б, г-1и11уча-стки сужения; К.2 эффективные параметры упругости масс т.] и тэ; Х1,у) — смещение масс; 1Ь ¡2 — длины сужений

Уравнения колебательного движения такой системы можно представить в

виде:

т14гт- = -к1х1+К2У1 <1г

2 > т2-^- = К2у, + К2х,

где Ш! = рЗ^э-, т2 = рй^ - массы ПОГ в сужениях; Б] и 1ь и 12э - поперечные площади и длины сужений;

24

■ ос^ рс282 К, =К| +К.2э;К| = -—-;К2 =-- жесткости расширений «а» и «в»;

V, У2

т, • рс28.

К2 = --; X] и у] - смещение из положения равновесия масс пм и т2 соответственно.

Решение системы уравнений осуществляется в виде:

Гх = Ае~'ш1 [у = В • е~'га1

В результате совместного решения этих уравнений определим частоты собственных колебаний системы:

"1 / \ 1 П-5-ч"2

117 7 1.1 II ■) 7 V2 . 1 7 \4

® 10,20 -

^■(ю2 +ш2)±^\/((02 -и2)2 +4р.2|л2(271)4

2 К] 2 К? 2 Кт 2 К-2

где *»? =—= —-^-=1====; ц? =-—

т, ш2 д/т^г 4иЛ/т1т2

Из полученного выражения можно сделать вывод о том, что в рассматриваемой физической модели плазмотрона, представленной как элемент колебательной системы, возникающие в спектре шума дискретные тона связаны с механизмом резонансного самовозбуждения. Под действием турбулентных пульсаций указанная система, приходит в колебательное движение при этом частота резонансных колебаний зависит от формы и размеров камер-резонаторов ГВТ - упругости К',, К2 и пережимов (массы ть т2).

Под действием гармонической силы вида а^"1™' указанная система приходит в колебательное движение, а её звуковая интенсивность и уровень звуковой мощности определятся из выражений:

1=Дке(Р-у*);

Ьр=101§^ = 1018

*г

Р^К^рБ^к-ш2!

0 4яет1т2

4я2с2т2

Таким образом, возникающие в спектре резонансные пики обусловлены совпадением частот возбуждающей силы, связанной с течением ПОГ по ГВТ с

собственными частотами СОю и ш2о колебаний системы, состоящей из камер-резонаторов «а» и «в», о чем свидетельствует достаточно удовлетворительное совпадение теоретической и экспериментальной спектрограмм (рис. 6, кривая 1 и 2).

1-р. дБ 100

90 80 70

602 2,5 3 4 5 6 7 8

I кГц

Рис. б. Энергетические характеристики «внутреннего» АШ плазмотрона 1 — экспериментальная кривая; 2 —расчетная; 3 - спектрограмма экспериментального плазмотрона Полученные результаты позволяют сделать важный практический вывод о том, что модель обеспечивает прогнозирование частоты со и уровней звуковой мощности, генерируемой плазмотроном в нормируемом диапазоне частот в зависимости от формы и размеров ГВТ соплового узла и параметров потока ПОГ. Для уменьшения звуковой мощности плазмотрона необходимо исключить механизм резонансного самовозбуждения в ГВТ. Это достигается путём изменения параметров акустической системы, обеспечивающих смещение резонансных пиков либо в область нормируемого ультразвука (свыше 20 кГц), где допустимые значения составляют 110 дБ, либо уменьшение амплитуды дискретных тонов. Наиболее рациональным решением является устранение акустических масс и упругостей различных участков ГВТ, что полностью исключит резонансное самовозбуждение и уменьшит АШ плазмотрона в нормируемом диапазоне слышимых (31,5... 8000 Гц) частот (рис. 6, кривая 3).

При малых давлениях ПОГ, когда скорость истечения газа из сопла меньше скорости распространения звука, механизм генерации «внутреннего» АШ плазмотрона связан с резонансными явлениями, происходящими в цилиндрической части выходного канала сопла. Для определения звуковой мощности в этом случае разработана физическая модель, рассматривающая выходной канал сопла как волновод длиной 1С и диаметром ас, открытый с одного конца (рис. 7).

На другом конце волновода установлен гипотетический поршень, являющийся источником звуковых волн, распространяющихся по каналу в открытое пространство. Данная физическая модель описывает механизм появления резонансных пиков в ультразвуковой части спектра и позволяет определять уровень их звуковой мощности.

Рис. 7. Акустическая схема выходного канала сопла. 1 - гипотетический поршень; 2 — прямая звуковая волна; 3 — отраженная (обратная) звуковая волна; 1С, ас - длина и диаметр сопла плазмотрона

Для решения задачи генерации звука такой системой необходимо определить звуковое давление и колебательную скорость частиц воздуха в цилиндрической части выходного канала сопла, которые в общем виде можно записать следующим выражением:

írox'

P(x) = 2P(+)e^-¡ffit-shU +

2Р

v(x) = —^e~v"iOJt-ch U/ + pe

КОХ

где P(+) - амплитуда давления в прямой звуковой волне; р - плотность ПОГ,

кг/м3; с - скорость звука, м/с; ЧР = 7ta0 - Í7tpo; жх0 - отношение амплитуды прямой волны и отражённой; 2яро - фазовый угол между двумя (прямой и отражённой) волнами при х = 0.

При решении системы ограничимся двумя частными случаями, когда с »v (докритическое истечение ПОГ) и, когда с = v (критическое истечение).

С учетом ассимптотического приближения функции Бесселя определим уровень звуковой мощности, излучаемой каналом сопла. Для случая, когда с » v: Для Ka < 1

Lp=101g^ = I01g

P.o(+)S

sh

K2a2

-2„2

P° 4pC?0 sh2K¿a 2 27

2Ka 2я1

+ sin -+-

8 l n X

с

для Ка > 1

5Ь(1пт!Ка)

В случае критического истечения (с = V), дляКа< 1

32

Р 2рсР0 4

дляКа> 1

ЬР=Ю18

2рсР0 '

Полученные результаты позволяют отметить, что уровень звуковой мощности плазмотрона в нормируемом диапазоне ультразвуковых частот зависит от скорости истечения ПОГ из сопла и его геометрических размеров - длины и диаметра цилиндрической части выходного канала. Наиболее эффективным, как следует из анализа формул, является одновременное уменьшение диаметра канала сопла «а,;» (рис. 8, а) и его длины «/с» (рис. 8, б), что позволит переместить резонансные пики в ультразвуковую часть спектра и снизить их амплитуду.

£р, дБ

105

100

95

г \ 1Л9 Г 1

( Я

1 ч Л

1 т

Щ и! №

Л кГц

Рис. 8, а. Зависимость энергетических характеристик «внутреннего» АШ плазмотрона от диаметра «ас» выходного канала сопла: 1,2 — экспериментальные кривые; I', 2'— расчетные; ас- 4 и 5 мм соответственно (1С = 8 мм)

Рис. 8, б. Зависимость энергетических характеристик «внутреннего» АШ плазмотрона от длины «1С» выходного канала сопла: 1,2 — экспериментальные кривые; Г, 2'— расчетные; 1С = 8 и

10 мм соответственно (ас = 4 мм)

Вышеуказанные результаты исследований позволили получить исходные данные для инженерных расчетов при проектировании малошумных плазмотронов.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ БОРЬБЫ С АШ ПЛАЗМОТРОНА В ИСТОЧНИКЕ ЕГО ОБРАЗОВАНИЯ И ПРОВЕРКА ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ

В главе рассмотрены основы процесса образования и распространения звука в канале переменного сечения, каким является ГВТ плазмотрона. Рассмотренная физическая модель позволила определить основные газодинамические параметры ПОГ в ГВТ и сформулировать принципы акустического проектирования и методологию расчета ГВТ плазмотронов, что позволило обеспечить снижение АШ в нормируемом диапазоне высоких и низких ультразвуковых частот.

Акустическое проектирование плазмотронов должно осуществляться в соответствии с критерием минимального акустического воздействия на окружающую среду. В качестве критерия малошумности плазмотронов предложено принять предельно допустимые уровни звуковой мощности для данного типа оборудования.

Выбор методов расчета ГВТ при акустическом проектировании малошумных плазмотронов осуществляется с учетом технической реализуемости, акустической эффективности и экономической целесообразности.

В зависимости от того, какую эффективность предполагается достичь в снижении АШ плазмотронов проектирование средств шумозащиты может идти

по следующим двум направлениям - конструктивно-технологическое (борьба с шумом в источнике образования) и акустическое с использованием звукопоглощающих и звукоизолирующих средств (борьба с шумом на пути распространения в ближней зоне источника).

Конструктивно-технологические методы предполагают исключение из конструкции ГВТ источников возмущений, возникающих при взаимодействии конструктивных элементов тракта с потоком ПОГ, который при движении в местах резкого изменения площади проходного сечения ГВТ (расширения «а» и «в» рис. 5) образуют вихревые зоны. В этих зонах возникают отрывы потока и вихри, приводящие к значительной неравномерности поля скоростей и давлений ПОГ, что является причиной возбуждения акустических колебаний.

В соответствии с разработанными акустическими моделями сформулированы основные направления проектирования ГВТ плазмотронов, обеспечивающих исключение резонансных явлений в тракте путем уменьшения числа источников возмущений и условий их усиления.

Задача по одновременному устранению источников генерации звука (отрывов потока ПОГ и вихреобразования) и условий его усиления в камерах-резонаторах решена автором путём профилирования проточной части ГВТ плазмотрона, изменения формы и размеров катодного узла.

Проектирование ГВТ заключается в выборе закона распределения площади проходного сечения канала Б(х) и координат сопла гс и Хс.

гь- =

_2 Р(Х)

гс I-

1 +

С1хс,

¿гс

где гк, хк - координаты катода; ---производная текущего радиуса сопла.

сЗхс

В пределах выбранных значений наружных размеров плазмотронов и выбора общей конфигурации канала предложены три схемы проектирования проточной части ГВТ в осевом направлении: 1- с постоянной (или близкой к ней) площадью проходного сечения; 2-е линейным изменением (уменьшением) площади проходного сечения; 3-е комбинированной формой профилирования ГВТ.

Выбор формы и размеров рабочего торца катода осуществлялся из условий снижения высокочастотных и ультразвуковых колебаний, возникающих вслед-

ствие резонансных явлений в цилиндрическом канале выходного отверстия сопла, минимальных затрат и трудоёмкости изготовления, устойчивого зажигания и горения дуги. Установлено, что выполнение рабочей части катода в виде эллипсоида вращения с соотношением полуосей 1,25/1 -г 1,75/1 также обеспечивает снижение шума в нормируемом диапазоне частот.

Предложенная в работе методология акустического проектирования ГВТ использована в разработке экспериментальных образцов малошумных плазмотронов что позволило снизить уровень звуковой мощности в области высоких и ультразвуковых частот на 8 -5- 12 дБ. Акустические характеристики рекомендуемых малошумных плазмотронов оценены предложенным в работе комплексом экспериментальных методов исследований АШ на модельных «холодных» и «горячих» рабочих струях в условиях производства.

5. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ БОРЬБЫ С АШ ПЛАЗМОТРОНА НА ПУТИ ЕГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ ИСТОЧНИКА

Одновременно с конструктивными методами для увеличения эффекта шу-моглушения предложены акустические, направленные на повышение потерь акустической энергии по пути её распространения в ближней зоне генератора АШ - плазмотрона. С учетом конструктивных особенностей ГВТ плазмотронов и условий их эксплуатации разработаны инженерные методы расчета эффективных средств защиты в ближней зоне источника методами звукопоглощения и звукоизоляции устройств.

Выявлено, что существенный вклад в звуковое поле ближней зоны оказывают дискретные тона, связанные с механизмом резонансного самовозбуждения турбулентных пульсаций потока ПОГ на собственных частотах ГВТ. Установлено, что по этому признаку плазмотроны, имеющие камеры резонаторы в ГВТ, можно подразделить на три группы: многокамерные - количество камер-резонаторов в ГВТ и соответствующее им число резонансных пиков в спектре шума два и более; однокамерные - одна камера-резонатор и один резонансный пик в спектре шума; безкамерные - в ГВТ отсутствуют резкие изменения площади проходного сечения, а в спектре шума резонансные пики.

Для основных типов плазмотронов с учетом предложенной классификации и результатов работы определены направления акустического проектирования звукопоглощающих и звукоизолирующих защитных устройств (ЗПЗУ и ЗИЗУ). По-

31

казано, что в плазмотронах с камерами-резонаторами целесообразно применять ЗПЗУ, рассчитанные на поглощение дискретных тонов с резонансными частотами, соответствующими собственным частотам камер-резонаторов ГВТ.

Эффективность снижения АШ АЬ, соответствующая затуханию звука в поглощающей полости звукопоглощающего элемента (ЗПЭл) объёмом V на резонансной частоте вычисляется по формуле:

1 +

Уку

2Р

Г г,

12

VfP

где К=— - проводимость канала, м; Б - площадь сечения канала, м2; £ - текущая

частота, Гц; fp - резонансная частота, Гц; 1' -длина канала с учетом концевой поправки, м.

Использование ЗПЭл позволяет снизить АШ двухкамерного плазмотрона прямого действия ПВР-402У4 в диапазоне резонансных частот на 10 н- 20 дБ.

Для плазмотронов косвенного действия (процесс плазменного напыления) были разработаны и исследованы звукопоглощающие экраны (ЗПЭк). На рис. 9 показана схема ЗПЭк открытого типа, представляющего собой круговой цилиндр с верхней плоскостью, выполненной в виде сферического сегмента, центр которого лежит на оси экрана. Сферическая форма экрана позволяет сконцентрировать непоглощенную часть звуковой энергии и отразить её в область, лежащую на оси струи. Поверхность, ограниченная телесным углом О перфорирована отверстиями. Коэффициент перфорации экрана влияет на характеристику затухания звука и при его увеличении сдвигает максимум затухания в высокочастотную область, увеличивая при этом величину затухания в области высоких и ультразвуковых частот.

Рис. 9. Звукопоглощающий экран (ЗПЭк)

открытого типа. 1 — плазмотрон; 2 — экран; 3 — струя; 4 — звукопоглощающая набивка; 5 —угловое направление наибольшего распространения звука; 6 - деталь

Сравнительные характеристики диаграмм направленности, выраженные в дБ А приведены на рис. 10. Из диаграмм видно, что снижение АШ в телесном угле П (диапазон углов 38 + 54 град.) ЗПЭк открытого типа составило 6 + 8 дБА, что равносильно уменьшению уровня громкости при субъективном восприятии АШ более чем в два раза. Испытания конструкции ЗПЭк закрытого типа, проведенные в натурных условиях на установке 15В-Б01 показали высокую эффективность снижения АШ, которая составляет на частотах 10 -ь 100 кГц 7 + 15дБ.

9СР

Рис. 10. Диаграмма направленности излучения аэродинамического шума плазмотрона. 1 - без ЗПЭк; 2-е ЗПЭк (Рпог -0,4 Мпа, ПОГ- воздух) Снижение АШ плазменной струи достигается также звукоизолирующими защитными устройствами (ЗИЗУ) с помощью гидравлического кольцевого струйного экрана (ГКСЭ), представляющего собой замкнутый поток защитной среды (воды), охватывающий зону плазменно-дуговой обработки (рис. 11).

Рис. 11. 1 - устройство для образования водяной завесы; 2 — плазмотрон; 3 - узел крепления плазмотрона; 4 — водяная завеса; 5 - обрабатываемый металл; 6 — водонаполненный стол

Автором разработаны и исследованы конструкции ЗИЗУ, отличающиеся формой и размерами ГКСЭ, а также способом подвода защитной среды. Изучено влияние спектральных характеристик АШ от положения за-

щитного устройства относительно сопла плазмотрона. Эффективность снижения АШ при использовании ЗИЗУ составляет в диапазоне 2+100 кГц в среднем 10+12 дБ. Наибольший эффект наблюдается в ультразвуковой части спектра, что составляет 13 + 16 дБ в функции частоты (рис. 12).

100

90

2 V

Г 1

\

\

60

0,125 0,25 0,5 1

16 31,5 63 100 Частота, кГц

Рис. 12. Влияние ГКСЭ на аэродинамический шум плазмотрона: 1 - с ГКСЭ; 2 - без ГКСЭ (I = 290А, и = 180В, Р1С. = 0,1 МПа; <2пог= 4 м3/ч, б= 1,5мм; ЗИЗУ- -О- ; сопло \ )

Установлено, что наибольшей эффективностью снижения АШ обладают ЗИЗУ с кольцевой закрученной струёй, расширяющейся по потоку. Она обладает наилучшими гидродинамическими характеристиками при наименьшем влиянии на технологические параметры плазменной струи.

На основе выполненных исследований сформулированы принципы акустического проектирования защитных устройств, важнейшими из которых являются:

- акустическое проектирование должно осуществляться на основе теоретических и экспериментальных исследований соответствующих акустических моделей технологических процессов;

- при акустическом проектировании следует осуществлять рациональный выбор конструкции и технологического режима эксплуатации плазмотрона, обеспечивающих минимальные условия резонансного самовозбуждения звуковых колебаний в ГВТ;

- применение акустических методов борьбы с АШ одновременно с конструктивно-технологическими является предпочтительным, поскольку в отдельности они не в полной мере обеспечивают решения проблемы борьбы с акустическими загрязнениями.

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРЕДЛАГАЕМЫХ МЕРОПРИЯТИЙ В БОРЬБЕ С АКУСТИЧЕСКИМИ ЗАГРЯЗНЕНИЯМИ ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ

На основе результатов исследований акустических характеристик серийных плазмотронов установлено, что резкое изменение площади проходного сечения ГВТ, определяемое их конструктивным исполнением, вызывает дополнительное увеличение шума. Снижение уровня шума при разработке новой конструкции плазмотрона было достигнуто путем улучшения геометрии проточной части ГВТ, а именно исключением резких перепадов площади проходного сечения канала, по которому течет ПОГ. Равномерность площади проходного сечения ГВТ устранила источники турбулизации потока и возникновение резонансных явлений в тракте и плазменной струе. На рис. 13, а приведены примеры различных конструкций плазмотронов, выполненных с учетом разработанных автором мероприятий. Распределение площади проходного сечения тракта этих плазмотронов приведено на рис. 13, б. ГВТ безкамерного плазмотрона пониженной звуковой мощности (ПЗМ) имеет плавно уменьшающуюся площадь проходного сечения рис. 13, б (кривая 3), что позволило получить равномерное течение ПОГ по ГВТ и устойчивое снижение АШ в процессе резки на 7 -г 8 дБ. Сравнительные АЧХ процесса резки при использовании различных конструкций плазмотронов приведены на рис. 14.

а) б)

Рис. 13. а - общий вид исследуемых плазмотронов; б — распределение площади проходного сечения ГВТ; 1 — серийный плазмотрон ПВР-402УХЛ4; 2 — экспериментальный плазмотрон, 3 -разработанный плазмотрон пониженной звуковой мощности (ПЗМ)

L, дБ

120

110

SO

SO 70

100 ZOO 500 1000 2000 5000 10000 20000 50000 100000

/ Hz

Рис. 14. Сравнительные амплитудно-частотные характеристики плазмотронов (npoi¡eccрезки): 1 — серийный плазмотрон ПВР-402УХЛ4;

2 - экспериментальный плазмотрон; 3 - плазмотрон пониженной звуковой мощности ПЗМ; 4 - ГОСТ 12.1.003-83; 5 - ГОСТ 12.1.001-83

Результаты испытаний технологических характеристик показали, что при одинаковых энергетических параметрах процесса резки производительность (скорость резки) при условии полного прорезания материала увеличивается по сравнению с серийным плазмотроном до 30 %. Характер такой зависимости приведен на рис. 15. Увеличение производительности процесса обусловлено лучшей организацией газового потока, обжимающего дугу, улучшающего условия ее стабилизации и проникновения в полость реза.

5, мм

Рис. 15. Максимальная скорость резки алюминиевого сплава (при условии полного прорезания): 1 — серийный плазмотрон ПВР-402УХЛ4; 2 - плазмотрон ПЗМ

Сравнительные испытания стойкости катодов показали, что для v*™ уменьшения термического сопротивления теплопроводности внутренний профиль необходимо выполнять криволинейным при минимальной толщине медного основания. Целесообразность вы-

0 12 3

полнения рабочего торца катода сферической формы продиктована увеличением числа зажиганий дежурной дути и сохранением безступенчатого изменения площади проходного сечения тракта.

Проведенный расчет конструктивных элементов плазмотрона позволил определить минимальные усилия, необходимые для гидравлической изоляции электродных узлов и осуществить выбор материала для изготовления основных конструктивных элементов плазмотрона.

Разработка и изготовление ЗПЗУ невозможна без выбора специальных материалов, обладающих высокими звукопоглощающими свойствами. Весьма высоким коэффициентом поглощения звуковой энергии в широком диапазоне частот обладают пористые керамические и металлические материалы. Опыт использования звукопоглощающих материалов в защитных устройствах позволяет дополнительно снизить АШ плазмотрона на 4 н- 6 дБА.

Для обеспечения безопасных условий труда операторов плазменных установок в зависимости от типа машин, конструкции плазмотрона и условий их эксплуатации было разработано техническое задание на проектирование системы обеспечения нормируемых параметров при плазменной резке металлов. Элементы системы должны обеспечить нормируемые условия труда по газообразным компонентам (оксидам азота, озону, монооксиду углерода и др.), сварочным аэрозолям и шуму.

Проведенный технико-экономический анализ показал, что внедрение указанной системы позволит получить как социальный, так и экономический эффекты.

Используемые для этой системы основные типы плазмотронов, разработанные с учетом вышеизложенных принципов проектирования, и защитные устройства, обеспечивающие снижение АШ в ЗПДО защищены а.с. 1035901, 1124873,1193900, 941068,1197265, 1370893 и др.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Для исследования закономерностей возникновения и распространения АШ в системах «человек-машина» и «плазмотрон-материал» разработан комплекс экспериментальных методов определения спектральных (Ьш, ЬА, 1), энергетических (ЬР, Р) и пространственных (Отах, Одтах) акустических характеристик в режимах реальной технологии обработки материалов плазменной струёй (Т«10000К) и в лабораторных условиях, имитирующих плазменную обработку. Предложенные методы исследования позволили выявить основные закономерности образования и распространения звука в СЧМ и СПМ, прогнозировать основные направления борьбы с АШ в источнике образования и на пути распространения (ближней зоне) и оценивать эффективность его снижения для различных технологических процессов, конструкций плазмотронов и защитных устройств.

2. Осуществлены широкомасштабные исследования шумового режима в производствах, использующих плазменные технологии, установившие превышение допустимых норм в основном в высокочастотном и ультразвуковом частях спектра и позволившие разделить оборудование по шумности, с отнесением плазмотронов к высокошумным, с превышением норм более чем на 20 дБА. Для основных плазменных технологических процессов выполнена локализация источников акустической энергии и осуществлена классификация плазменного оборудования по преобладающим типам источников-генераторов и излучателей шума.

3. Использование комплекса экспериментальных методов исследований позволило установить, что доля звуковой энергии, генерируемой СПМ в реальном режиме плазменной обработки и в лабораторных условиях диффузного акустического поля соответственно распределяется между зонами генерации АШ следующим образом: в зоне 1 движущегося потока ПОГ по ГВТ и в открытой части струи на долю АШ приходится соответственно 72 и 61 %; в зоне 2 взаимодействия струи с обрабатываемым материалом 2 и 7 %; в зоне 3 факела за обрабатываемым материалом соответственно 26 и 32 % . Наибольшая генерация АШ наблюдается в зоне 1, которая и представляет значительный интерес для исследования.

4. Спектральные характеристики уровня звуковой мощности АШ в зоне 1, измеренные в условиях диффузного (реверберационная камера) и свободного (заглушённая камера) звуковых полей имеют максимумы в области высоких

(1^8 кГц) и низких ультразвуковых (12,5 + 40 кГц) частот и зависят от конструктивных (ас, 1с, Ьэс) и газодинамических (Рпог, Опог) параметров режима работы плазмотрона.

5. Установлено, что уровни звукового давления АШ в диапазонах инфра-звуковых (2 + 20 Гц) и низких (31,5 + 500 Гц) частот не превышают предельно допустимых уровней (ПДУ) для всех плазмотронов различного технологического назначения. Превышение ПДУ на 10 20 дБ имеет место в диапазонах высоких (1+8 кГц) и ультразвуковых (12,5 + 40 кГц) частот.

6. Выполнено теоретическое исследование процессов генерации, распространения и излучения акустической энергии плазмотрона, позволившее разработать физическую модель ГВТ и на их основе с учетом механизма резонансного самовозбуждения турбулентных пульсаций газового потока разработать акустическую модель плазмотрона и установить зависимость шумовых характеристик от конструктивных и газодинамических параметров. Экспериментальная проверка полученных зависимостей подтвердила их достоверность и показала, что предложенная физическая модель описывает явления с достаточной для инженерных расчетов точностью и может быть рекомендована для проектирования малошумных плазмотронов.

7. На основании выполненных теоретических исследований разработаны методы проектирования средств шумозапщты, включающие в себя конструктивно-гехнологические схемы проектирования ГВТ и акустические методы борьбы с АШ с помощью звукопоглощающих и звукоизолирующих защитных устройств.

8. Выявлено, что плазмотрон является направленным источником звука, максимальное излучение которого генерируется в передний квадрант под углом 38 54 град, к оси струи. Уровни звуковой мощности для высоко- и ультразвуковых частот в этом направлении более чем на 10 + 15 дБ превышают значение по другим направлениям.

• 9. Сравнительные исследования экспериментальных образцов малошумных и серийных плазмотронов показали, что профилирование ГВТ по предложенной в работе методике исключило механизм резонансного самовозбуждения потока ПОГ в ГВТ, что позволило снизить уровень звуковой мощности, генерируемой плазмотроном в высоко- и ультразвуковом частотном диапазонах на 8 н- 12 дБ. Изменение формы и размеров катода при соотношении радиуса к высоте профильной части в пределах 1,75 1,25 позволило уменьшить резо-

нансные явления в цилиндрической части выходного канала сопла и обеспечить снижение дискретного тона на 10 12 дБ.

10. На основе синтеза результатов теоретических и экспериментальных исследований установлены принципы акустического проектирования защитных устройств и для основных типов плазмотронов определены пути и методы шу-мозащиты в ближней зоне источника - в зоне плазменно-дуговой обработки. Эффективность снижения АШ в области высоких и ультразвуковых частот для звукопоглощающих защитных устройств составляет 6 + 15 дБ, звукоизолирующих- 10+ 16 дБ.

11. В результате выполненных исследований разработаны и внедрены в промышленную эксплуатацию конструкция плазмотрона с пониженной звуковой мощностью и звукоизолирующие защитные устройства, обеспечивающие устойчивое снижение шума.

12. Совместное использование разработанного плазмотрона и звукоизолирующего защитного устройства позволило внедрить новый процесс резки металлов с частичным погружением их в воду, что дополнительно обеспечило снижение воздействия на окружающую среду других опасных и вредных производственных факторов, сопутствующих плазменному процессу.

13. Результаты выполненного расчета социально-экономической эффективности показывают, что внедрение плазмотрона с пониженной звуковой мощностью и звукоизолирующего защитного устройства для снижения шума в ЗПДО позволило достичь не только социальный, но и экономический эффект.

Разработанные автором технические материалы по проектированию малошумных плазмотронов и средств шумозащиты в ближней зоне источника получили практическое применение и в настоящее время определяют техническую политику в области борьбы с шумом плазменного оборудования.

Все это позволяет считать, что совокупность разработанных в диссертации методических принципов, теоретических и экспериментальных результатов представляет собой решение важной научно-технической проблемы борьбы с аэродинамическим шумом плазменного технологического оборудования.

По теме диссертации опубликовано 58 работ. Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Шихов В. Н., Вавилов В. А., Придвижкин В. А., Ситников В. П., Пы-кин Ю. А. Методические указания по измерению щума на рабочих местах предприятий отрасли. — Свердловск: Полиграфист, 1979. 12 с.

2. Вавилов В. А., Пыкин Ю. А. Некоторые пути снижения шума при плазменной резке // Теория и практика сварочного производства: Межвуз. сб., 1981. № 4. С. 124-127.

3. Пыкин Ю. А., Придвижкин В. А. Исследования шумовых характеристик на рабочих местах сборочно-сварочного производства предприятий тяжелого машиностроения // Теория и практика сварочного производства: Межвуз. сб.,

1981. №4. С. 120-124.

4. Пыкин Ю. А., Вавилов В. А., Ситников В. П. Улучшение шумовых характеристик плазмотронов // Изв. вузов. Горный ж., 1982. №1. С. 11-13.

5. О профилировании электродной части воздушного тракта плазмотрона // И. Д. Ларионов, Ю. А. Пыкин, В. И. Нечаев и др. // Тез. XIV зональной науч. -техн. конф. сварщ. Урала. —Курган, 1982. С. 168-170.

6. Пыкин Ю. А. Вавилов В. А. Экспериментальное исследование шумоиз-лучения плазмотрона // Вестник машиностр., 1982. № 9. С. 46-48.

7. Исследование акустических параметров при плазменно-механической резке труб / А. В. Степанов, Ю. А. Пыкин, В. И. Нечаев и др. // Свароч. пр-во.,

1982. №10. С. 36-37.

8. А. С. 941068 МКИ2 В23К Способ плазменной обработки / Ю. А. Пыкин, В. И. Нечаев, В. П. Ситников и др. Опубл. 07.07.82.

9. Пыкин Ю. А., Вавилов В. А. Основные направления конструирования малошумных плазмотронов // Тез. докл. IV Всесоюз. межвуз. конф. по проблеме охраны труда. — Каунас, 1982. С. 162.

10. Кременецкий В. Г., Пыкин Ю. А., Ситников В. П. Определение шумового режима в помещении сборочно-сварочного производства на стадии проектирования с помощью расчетного метода // Тез. докл. IV зональной науч.-техн. конф. сварщ. Урала. — Свердловск, 1983. С. 10.

11. Пыкин Ю. А., Ларионов И. Д., Фоминых В. В. О влиянии геометрических параметров соплового узла на шумовые характеристики плазмотрона // Тез. докл. XV зональной науч.-техн. конф. сварщ. Урала — Свердловск,

1983. С. 23-24.

12. А. с. I03590I МКИ2 В23К Плазмотрон для резки металлов Ю. А. Пы-кин, В. И. Нечаев, В. Н. Шихов и др. Опубл. 15.04. 1983 г.

13. Пыкин Ю. А., Вавилов В. А. Об излучении звука плазмотроном, вызванном резонансными явлениями соплового узла / Ред. ж. «Вестник машиностр.»: М., 1983. № 9. / библиогр. 1 назв. Деп. в ВИНИТИ 19.07. 83. № 4081-83.

14. А. с. 1124873 МКИ2 В23К, Н05В Электродуговой плазмотрон / Ю. А. Пыкин, И. Д. Ларионов. Опубл. 15.06.1984г.

15. Бездомов А. К., Чирьев В. И., Ларионов И. Д., Пыкин Ю. А. Экспериментальное исследование шумоизлучения плазмотронов // Безоп. труда на предпр. цветн. металлургии: Сб. науч. трудов. 1983. С. 46-50.

16. Борьба с шумом на производстве: Справочник / Е. Я. Юдин, Л. А. Борисов, И. В. Горенштейн и др.; под общ. ред. Е. Я. Юдина. М.: Машиностроение, 1985. С. I48-I5I.

17. А. с. II93900 МКИ2 В23К Устройство для плазменной обработки материалов / Ю. А. Пыкин, А. Ф. Рыбалко, А. М. Гонопольский. Опубл. 22.06.1985.

18. А. С. II97265 МКИ2 В23К Плазмотрон / Ю. А. Пыкин, В. Н. Потапов,

B. Н. Щихов. Опубл. 08.08.1985.

19. А. с. 122 5145 В23К Плазмотрон / Ю. А. Пыкин, И. Д. Ларионов, В. Д. Родионов и др. Опубл. 15.12.1985г.

20. А. с. 1253 061 МКИ2 В23К Способ плазменно-дуговой обработки / Ю. А. Пыкин, В. Н. Потапов, Е. В. Волков. Опубл. 22.04.1986 г.

21. Пыкин Ю. А., Потапов H. М., Коваль П. А. О влиянии экранирующих элементов на амплитудно-частотные характеристики шума плазмотрона // Тез. докл. V Всесоюз. межвуз. конф. по проблеме охраны труда. Рубежное, 1986.

C. 124-125.

22. Пыкин Ю. А., Мерекалов С. А., Потапов H. М. О природе образования аэродинамического шума плазмотрона и его снижении в звуковом диапазоне частот // Тез. докл. V Всесоюз. межвуз. конф. по проблеме охраны труда. Рубежное, 1986. С. I50-I5I.

23. Тюлюпо В. И., Пыкин В. А., Савиных А. Ю. Повышение надежности процесса плазменно-дуговой резки и снижение шума путем изменения конструкции плазмотрона ПВР-402У4 // Передовой опыт, 1987. № I. С. 44-45.

24. А. с. 1370893 МКИ2 В23К Плазмотрон / Ю. А. Пыкин, С. А. Мерекалов, C.B. Анахов и др. Опубл. 01.10.1987г.

25. А. с. 1436350 МКИ2 В23К Плазмотрон / Ю. А. Пыкин, А. Ю. Савиных, И. Д. Ларионов и др. Опубл. 08.08.1988г.

26. Пыкин Ю. А., Смирнов В. Г., Мерекалов С. А, Савиных А. Ю. Источники образования шума и методы борьбы при использовании плазменных процессов обработки в промышленности // Тез. докл. Всесоюз. научно-практич. конф. по совершенств, охраны труда в нар. хоз.: Ташкент, 1988. С. 157-158.

27. Модернизация плазмотрона ПВР-402У4 с целью снижения аэродинамического шума при резке металла / Ю. А. Пыкин., И. Д. Ларионов, С. А. Мерекалов и др. // Передовой опыт, 1988. № 5. С. 41-42.

28. Пыкин Ю. А., Смирнов В. Г., Бобов А. П., Савиных А. Ю. К вопросу о снижении шума низкотемпературных плазменных установок // Актуальные вопросы профилактики воздействия шума, вибрации и ультразвука в условиях современного производства: Тез. докл. Всесоюз. конф.: М.,"1988. С. 210.

29. Пыкин Ю. А., Гранкин А. И., Расов Ю. К., Девятериков Н. М. Создание безопасных условий труда при применении плазменной технологии в обработке материалов// Тез. докл. научно-техн. конф. «Охрана труда и научно-технический прогресс», Екатеринбург, 1989 С.87-89.

30. Свидетельство на промышленный образец, № 33595 от 15.04.1990 г. Защитное устройство к плазмотрону / Ю. А. Пыкин, Н. М. Девятериков.

31. Свидетельство на промышленный образец, № 35405 от 28.06.1991 г. Защитное устройство к плазмотрону для резки / Ю. А. Пыкин, Н. М. Девятериков.

32. Пыкин Ю.А., Мерекалов С. А. Борьба с акустическими загрязнениями при плазменной обработке материалов // Тез. докл. Всесоюз. научно-методической конф. «Акустичекая экология - 90»: Ленинград, 1990 г. С. 67-68.

33. Мерекалов С. А., Пыкин Ю. А., Фокина Н. Е. Борьба с акустическим загрязнением окружающей среды в технологии плазменной обработки материалов // Тез. XI Всесоюз. акустической конф.: М., 1991. С. 105-108.

34. Борьба с аэродинамическим шумом при плазменной обработке материалов: Обзор / Ю. А. Пыкин, А. И. Гранкин, Н. Е. Фокина - МИОТ, 1992. 49 с.

35. Анахов С. В., Алексеенко Н. Н., Пыкин Ю. А., Фоминых С. Н. Метод расчета температурных полей в процессе плазменной закалки со сканированием. Теплофизика высоких температур, 1994. Т. 32, № 1. С. 40-43.

36. Анахов С.В., Пыкин Ю.А., Фоминых С.Н. Прикладные аспекты линеаризации скорости сканирования в процессе плазменной обработки — Сварочное производство, 1996. № 1. С.12-15.

37. Пыкин Ю. А., Анахов С. В. Факторы снижения шумов при работе плазменного оборудования — Сварочное производство, 1996. № 4. С. 26-27

38. Анахов С. В., Пыкин Ю. А., Фоминых С. Н. Защита и модификация поверхности металлов в процессе плазменно-дуговой обработки антифрикционных латуней и термообработки сталей на структуру поверхностного слоя // Реф. сб. трудов — СИПИ, Екатеринбург, 1996.

39. Pykin Yu. A., Anahov S. V. Noise radiation jf plasmotrons // Fnnual commission VIII meeting (49th Assembly International Institute of Welding) — Hungary, Budapest, August, 1996.

40. Анахов С. В., Пыкин Ю. А., Фоминых С. Н. Защита и модификация поверхности металлов в процессе плазменно-дуговой термообработки // Тез. докл. П-го Международного конгресса. Москва, 1995. С. 192-193.

41. Пыкин Ю. А. Оборудование для плазменных технологий — Сварочное производство, 1966, № 6. С. 31-33.

42. Е. А. Борунова, В. И. Воинов, Н. Б. Прохорова, Ю. А. Пыкин, К. Г. Садчиков. К вопросу о содержании железа в питьевой воде на территории Ханты-Мансийского округа // Тез. докл. IV Всероссийского научно-практического семинара. Тюмень, 1999. С. 68.

43. Пыкин Ю. А., Пономаренко Д. В. Универсальные головки для механизированной и ручной плазменной резки // Тез. докл. 19 научно-технической конференции «Сварка-контроль», Челябинск, 2000, С. 94-95.

44. Ю. А. Пыкин, К. Г. Садчиков. К вопросу об утилизации магистральных трубопроводов // Тез. докл. научно-технич. конф. «Экологические проблемы промышленных регионов», Екатеринбург, 2001. С. 81-82.

45. Ю. А. Пыкин, К. Г. Садчиков. Комплектное плазменное оборудование для утилизации магистральных трубопроводов // Тез. докл. научно-технич. конф. «Экологические проблемы промышленных регионов», Екатеринбург, 2001. С. 82.

46. Пыкин Ю. А., Гостенин А. А., Черных М. В. Изучение структуры и свойств наплавленного металла Ni-Cr-B-Si сплава // Тез. докл. Первой международной научно-технической конф. «Сварка, контроль, реновация», Уфа, 2001. С. 36-38.

47. Пыкин Ю.А., Садчиков К.Г. Об использовании плазменной резки для утилизации трубопроводов // Тез. докл. Первой международной научно-технической конф. «Сварка, контроль, реновация», Уфа, 2001. С. 233-237.

44

48. Свидетельство на полезную модель № 20871 от 10.12.2001 г. Плазмотрон / Пыкин Ю. А., Садчиков К. Г.

49. Пыкин Ю.А., Стеклов О. И. Шумовой фактор при плазменной резке металла. - Сварочное производство, 2002. №9. С. 51-53.

50. Пыкин Ю. А. Оценка шума технологического оборудования при плазменной резке металлопроката, Технология машиностроения, 2002. №4. С.59-61.

51. Пыкин Ю. А. О шуме технологического оборудования при плазменной резке — Сварочное производство, 2002. № 11. С. 49-51.

52. Пыкин Ю. А., К. Г. Садчиков, О. И. Стеклов. О некоторых особенностях использования процесса плазменной резки в промышленности. Труды 1-й

Международной научнс еренции «Защита окружающей

среды, здоровье, безоп: 1 производстве», Одесса, 2002.

С.585-591.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АКУСТИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ И СПЕЦИФИКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ ШУМА ПЛАЗМОТРОНОВ.

1.1. Перспективы использования и область применения плазменного оборудования в технологии обработки металлов.

1.2. Причины возникновения и основные источники акустических загрязнений в «Системе человек-машина».

1.3. Медико-биологическая оценка акустических загрязнений при использовании плазменных технологий и их влияние на организм человека.

1.4. Анализ методов исследований и путей борьбы с акустическими загрязнениями при плазменной обработке металлов.

1.5. Постановка задачи исследования.

2. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОЦЕНКА АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ШУМА

ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ.

2.1. Методологический подход к исследованию аэродинамического шума плазменного оборудования. Требования к комплексу экспериментальных методов исследования.

2.2. Методы исследования акустических характеристик плазменного оборудования в «Системе человек-машина».

2.2.1. Метод исследования акустических характеристик плазменного оборудования в режиме реального процесса.

2.2.2. Метод исследования резонансных акустических явлений в условиях диффузного звукового поля.

2.2.3. Метод исследования характеристик направленности излучения АШ плазмотрона в условиях свободного звукового поля.

2.2.4. Метод исследования и сравнительной оценки эффективности защитных устройств в режиме реального процесса.

2.3. Метод разделения источников аэродинамического шума в «Системе плазмотрон-материал» и определение их энергетического соотношения.

2.4. Медико-биологическая оценка воздействия спектральных характеристик аэродинамического шума при плазменной обработке металлов.

Выводы по главе.

3.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ПРОЦЕССА ГЕНЕРАЦИИ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ШУМА ПЛАЗМОТРОНА.

3.1. Основные источники аэродинамического шума струи плазмотрона, природа возникновения и распространения звуковых колебаний.

3.2. Физическая модель генерации звука и расчет акустических характеристик плазмотрона в нормируемом диапазоне слышимых частот.

3.3. Физическая модель генерации звука и расчет акустических характеристик плазмотронов в нормируемом диапазоне ультразвуковых частот.

3.4. Экспериментальная проверка основных теоретических положений и методов расчета акустических характеристик аэродинамического шума плазмотрона.

3.5. Влияние температуры на процесс шумообразования в плазмотроне.

Выводы по главе.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ БОРЬБЫ С АЭРОДИНАМИЧЕСКИМ ШУМОМ ПЛАЗМОТРОНА В ИСТОЧНИКЕ ЕГО ОБРАЗОВАНИЯ И ПРОВЕРКА ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

4.1. Научные основы процесса возникновения и распространения звука в канале переменного сечения плазмотрона.

4.2. Основные направления проектирования газовоздушных трактов плазмотронов.

4.3. Проектирование газовоздушного тракта плазмотрона с постоянной площадью проходного сечения.

4.4. Проектирование газовоздушного тракта с линейным изменением (уменьшением) площади проходного сечения.

4.5. Комбинированная схема проектирования газовоздушного тракта плазмотрона.

4.6. Исследование влияния формы и размеров катода на аэродинамический шум плазмотрона.

Выводы по главе.

5. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ БОРЬБЫ С АЭРОДИНАМИЧЕСКИМ ШУМОМ

ПЛАЗМОТРОНА НА ПУТИ ЕГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ В БЛИЖНЕЙ

ЗОНЕ ИСТОЧНИКА.

5.1. Разработка средств снижения аэродинамического шума плазмотрона методом звукопоглощения.

5.1.1. Акустическая классификация плазмотронов и методика проектирования звукопоглощающих защитных устройств (ЗПЗУ).

5.1.2. Исследование эффективности звукопоглощающих элементов (ЗПЭл) для плазмотронов прямого действия.

5.1.3. Исследование эффективности звукопоглощающих экранов (ЗПЭк) для плазмотронов косвенного действия.

5.2. Разработка средств снижения аэродинамического шума плазмотрона методом звукоизоляции.

5.3. Исследование влияния положения защитного устройства на спектральные характеристики аэродинамического шума плазмотрона.

Выводы по главе.

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРЕДЛАГАЕМЫХ

МЕРОПРИЯТИЙ В БОРЬБЕ С АКУСТИЧЕСКИМИ ЗАГРЯЗНЕНИЯМИ

ПРИ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ.

6.1. Разработка и исследование конструкции плазмотрона с пониженной звуковой мощностью.

6.1.1. Исследование влияния конструкции ГВТ на эксплуатационные характеристики плазмотрона.

6.1.2. Расчет интенсивности конвективного теплообмена при охлаждении катода. Методика расчета коэффициента теплоотдачи.

6.1.3. Сравнительные испытания и исследования стойкости катодов.

6.1.4. Пример расчета конструктивных элементов плазмотрона.

6.2. Разработка и исследования конструкции защитного устройства.

6.2.1. Исследование звукопоглощающих свойств материалов.

6.2.2. Разработка устройства для создания гидродинамического кольцевого струйного экрана (ГКСЭ).

6.3. Разработка технического задания на проектирование системы обеспечения нормируемых параметров при плазменной резке металлов.

6.4. Расчет ожидаемой социально-экономической эффективности от внедрения плазмотрона с пониженной звуковой мощностью и звукопоглощающего защитного устройства.

Выводы по главе.

Одной из характерных тенденций научно-технического прогресса в создании новой техники и технологии является использование результатов фундаментальных и прикладных исследований, накопленных в области физики плазмы и газовой динамике.

Развитие на этой основе плазменной техники и технологии послужило с начала 1970-х годов интенсивному проникновению низкотемпературной плазмы (НТП) в технологию машиностроения, металлургию, химическую и другие отрасли промышленности. Благодаря возможности регулирования в широких пределах тепловых (Т~5Ю3.50 1 0), энергетических (плотность энергии

2 105.2 106Вт/см2) и газодинамических (Рпог~0,1. 0,6 МПа, Яе= 102.106) параметров низкотемпературная плазма в настоящее время используется в таких процессах обработки материалов как резка, сварка, занесение покрытий, плаз-менно-механическая обработка, нагрев, наплавка и др. [1, 2].

В «Основных направлениях экономического развития страны на период до 2000 года» было намечено расширить в 1,5-2 раза применение прогрессивных базовых технологий и обеспечить широкое внедрение в народное хозяйство принципиально новой плазменной техники и технологии, сократив в 3-4 раза сроки их разработки и освоения.

Дополнительно предполагалось увеличить выпуск деталей машин и сварных металлоконструкций с газотермическим покрытием в 10 раз, а количество наплавляемого металла в 4,8 раза. Широкое использование методов высокотемпературного распыления для получения покрытий обусловлено сокращением запасов многих материалов, их удорожанием и связанное с этим повышение роли ремонта и восстановления деталей, изготовление изделий из дорогих и дефицитных материалов, а также достижениями в развитии и совершенствовании технологии нанесения покрытий и оборудования [3,4].

В настоящее время признано, что приоритетным направлением в области технической политики, связанной с повышением долговечности и надежности машин и механизмов в условиях высоких и низких температур, агрессивных сред, повышенного давления и других, приводящих к интенсивному износу и выходу изделия из строя, является использование плазменных технологических методов. В отношении машин и деталей, где в основном работает поверхность такой технологической обработкой является плазменное напыление и плазменная наплавка. Эти технологические процессы позволяют увеличить ресурс работы оборудования путем восстановления его функциональных свойств и придания наиболее нагруженным поверхностям деталей более высоких эксплуатационных качеств.

Современный технологический уровень восстановления и упрочнения поверхности деталей плазменными методами позволяет получить значительный технико-экономический эффект за счет увеличения жаропрочности, коррозионной и износостойкости, ресурса работы деталей, машин, механизмов, инструмента, оснастки, экономии сырья, материалов и трудовых ресурсов. Высокая технологическая гибкость и универсальность нанесения плазменных покрытий на различные обрабатываемые изделия и материалы позволяют получить поверхность разного функционального назначения толщиной от 1-5 микрометров до нескольких миллиметров.

В настоящее время универсальность плазменного оборудования для нанесения покрытий может быть приближена к характеристикам лазерных установок при значительно меньших затратах энергопотребления, стоимости и габаритах. Установки для нанесения плазменных покрытий обладают широкими возможностями в оптимизации технологических процессов и выборе порошковых материалов, что позволяет использовать данную технологию в различных производствах.

Высокая концентрация энергии плазменной струи и значительная скорость ее истечения позволяют независимо от физико-механических свойств материала быстро расплавлять и удалять его из зоны обработки. Эти особенности низкотемпературной плазмы сделали ее незаменимой при резке высококачественных и композиционных материалов, цветных металлов и химически чистых веществ, обладающих высокой износостойкостью, жаропрочностью, жаро- и хладостойкостью, и др. совершенно новыми физическими свойствами. Так при резке алюминиевых сплавов плазменная разделка листа в 8 раз быстрее, чем та же операция, выполняемая механическим способом, а расходы на ее осу-ф ществление в 30-35 раз ниже. Переход от ручных машин к высокопроизводительным плазменным установкам с фото- и магнитокопировалъными устройствами и цифровым программным управлением позволил дополнительно увеличить скорость резки листового проката, труб и металлических заготовок в 3.5 раз и поднять коэффициент использования материала до 0,9.0,95 [5].

Разработка современных плазменных установок связана с решением комплекса проблем, охватывающих такие показатели, как надежность в работе, технологичность в изготовлении, экономичность и др. Наиболее сложной задачей в проектировании нового плазменного оборудования является сохранение этих показателей при обеспечении его безопасной эксплуатации. При создании новой конструкции плазмотронов должны учитываться все возможные отклонения параметров, способных изменить или повлиять на условия в системе «человек-машина».

В ходе разработки и ускоренного освоения новой плазменной технологии стратегическим направлением в ее развитии является создание и обеспечение благоприятных санитарно-гигиенических условий для высокопроизводительного труда операторов плазменных установок, внедрение совершенной техники, обеспечивающей снижение производственного травматизма, и устраняющей профессиональные заболевания.

Важное место в снижении заболеваемости и повышении трудоспособности работающих с низкотемпературными плазменными установками занимают вопросы борьбы с производственным шумом, интенсивность которого возрастает с повышением основных технических параметров технологического процесса; подводимой мощности, температуры, скорости обработки, давления ПОГ и др.

Характерной тенденцией в развитии плазменной техники и технологии является увеличение удельного веса аэродинамического шума и расширение спектра его излучения в область высоко- и ультразвукового частотного диапазонов [1,6]. Уровни звука в рабочей зоне оператора при выполнении ряда плазменных технологических процессов достигают 120. 130 дБА. Наибольшее отклонение (20.30 дБ) от допустимых значений наблюдается в диапазоне 1.20 кГц [6, 7].

Многочисленными исследованиями ученых Московского НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана под руководством А. В. Ильницкой, ВНИИАВТОГЕН-МАШа под руководством Н. И. Никифорова и института Охраны труда (г. Санкт-Петербург) под руководством И. С. Алексеевой установлено, что в условиях комбинированного воздействия опасных и вредных производственных факторов даже малое превышение высокочастотного шума и ультразвуковых колебаний оказывает неблагоприятное влияние на функциональное состояние организма человека, что обуславливает высокую заболеваемость работающих, временную утрату их трудоспособности, сйижает производительность труда [8, 9, 10]. Разработанные ими основные направления по борьбе с шумом, методики оценки его воздействия на организм человека, технологические мероприятия по уменьшению его энергетических уровней актуальны и применяются в настоящее время. Одним из научных направлений в вопросах снижения шума плазменного технологического оборудования является выявление его основных источников и воздействие на них. Такой подход весьма эффективен, т.к. не требует значительных энергозатрат и дополнительных вложений на оборудование. Однако, его практическая реализация затруднена из-за недостаточного объема исследований в этой области, сложности проведения эксперимента с высокотемпературным энергетическим объектом — плазмотроном, а также из-за отсутствия комплексного подхода в экспериментальных исследованиях и оценки акустического воздействия в системе «человек-машина» (СЧМ).

Сравнительный анализ данных, полученных при исследовании шумового фактора плазменного оборудования в США, Германии, Японии, странах СНГ и др. показал, что проблема снижения аэродинамического шума в условиях интенсивного развития плазменной технологии и ужесточения санитарно-гигиенических требований по акустическому фактору является весьма актуальной задачей и требует проведения дополнительных исследований, что является основанием для выполнения представленной работы.

Соответствие акустических характеристик выпускаемого отечественной промышленностью плазменного оборудования требованиям норм по шуму является одним из важнейших эргономических критериев, по которым определяется техническое состояние, качество и его конкурентоспособность на международном рынке.

В настоящей работе изложены результаты исследования аэродинамического шума основных технологических процессов, полученные с помощью разработанного комплекса экспериментальных методов.

На основании экспериментальных и теоретических исследований определены основные источники шума для различных плазменных технологических процессов, установлены закономерности образования и распространения шума в системе «плазмотрон-материал» (СПМ), что послужило основой для разработки принципов конструирования малошумных плазмотронов и защитных устройств, обеспечивающих снижение аэродинамического шума непосредственно в источнике его образования — плазмотроне и на пути распространения — в зоне плазменно-дуговой обработки (ЗПДО).

Актуальность работы. Одним из основных направлений развития плазменных технологий в промышленности является непрерывное повышение основных технологических параметров оборудования и совершенствование процессов с целью их широкого внедрения в сборочно-сварочном производстве для раскроя металлопроката, в заготовительном для разделки объектов гражданского, военного и специального назначения, в ремонтных производствах для восстановления и упрочнения деталей. В связи с широким внедрением плазменных процессов возникает ряд проблем, связанных с исследованием взаимодействия низкотемпературной плазмы (НТП) с окружающей средой, обеспечением безопасной эксплуатации оборудования, анализом воздействия НТП на организм человека. Одним из неблагоприятных производственных факторов, возникающих при работе плазменного оборудования, является аэродинамический шум (АШ), уровни которого достигают, в ряде случаев 120-130 дБА, приближаясь к болевому порогу. Наибольшее увеличение (20-30 дБ) уровней звукового давления (УЗД) от допустимых значений наблюдается в диапазоне высоких и ультразвуковых частот (1-20 кГц) и носит резонансный характер.

Анализ результатов медико-биологических исследований, проводимых в нашей стране и за рубежом, показал, что даже незначительное превышение шума оказывает неблагоприятное влияние на организм человека. Действию высоких уровней высокочастотного шума и ультразвуковых колебаний подвергаются тысячи людей, обслуживающих плазменное оборудование.

Учитывая масштабы использования и перспективы развития плазменных технологий в промышленности, очевидно, что снижение АШ плазменного оборудования является актуальной научно-технической проблемой, решение которой должно способствовать улучшению условий труда, повышению культуры производства, защите окружающей среды от акустических загрязнений. Поэтому задача акустических исследований таких малоизученных явлений как резонансные колебания в спектре АШ, их зависимость от конструктивных особенностей плазмотрона и технологических параметров процесса ( подводимой мощности, температуры, давления ПОГ и др.) становится важной на этапе проектирования плазмотронов и разработки рекомендаций по снижению АШ, как одного из источников загрязнения окружающей среды.

Теоретические аспекты борьбы с шумом плазменного оборудования недостаточно исследованы, отсутствуют сведения о методах исследований АШ, механизме и закономерности его образования и распространения в пространстве, нет необходимых основ для проектирования малошумных плазмотронов, а известные мероприятия по снижению шума не обладают необходимой эффективностью. Углубление знаний о закономерностях существующих и разработка новых путей в решении проблемы акустического загрязнения при работе плазменного оборудования позволит восполнить пробел в этой области и заменить существующие плазмотроны — на малошумные.

В практике промышленно-развитых стран накоплен опыт снижения производственного шума в других сферах деятельности, что не может быть механически перенесено на плазменные технологии, так как они имеют ряд специфических особенностей обусловленных высокой температурой и околозвуковыми скоростями истечения плазменной струи, широким частотным диапазоном генерируемого АШ, малыми габаритами источника и др.

Поэтому, хотя при решении ряда задач снижения шума плазменного оборудования использовались классические труды отечественных и зарубежных ученых в области акустики и сварки Е. Я. Юдин, А. Г. Мунин, В. И. Заборов, Г.Л. Осипов, Е. Скучик, Ф. Морз, Дж. Лайтхилл, А. В. Донской, В. С. Клуб-никин, К. В. Васильев и др., полученные в настоящей работе теоретические и экспериментальные результаты носят основополагающий характер.

Отдельные разделы работы, представленные в диссертации, проводились по планам важнейших научно-исследовательских работ в области сварочной технологии, охраны труда и защите окружающей среды.

Исследования выполнялись в соответствии с Программой работ, обеспечивающей решение научно-технической проблемы ГКНТ 0.72.01 подпрограммы П, задания 07.I0.H «Программа работ МНТК «Институт электросварки им. Е. О. Патона» АН Украины, приказом Министра оборонной промышленности № 880 от 01.12.89 г.

Цель работы - изучение закономерностей и научное обоснование процессов генерации и распространения АШ, разработка методологических основ расчета и проектирования малошумных плазмотронов и шумозащитных устройств, обеспечивающих улучшение условий труда при эксплуатации плазменных установок. Объектами исследований являются процессы плазменной резки, напыления, наплавки, плазменно-механической обработки металлов с полной информацией, адекватно отражающей параметры и режимы процессов и условия эксплуатации оборудования.

В качестве методологической основы работы использованы классические труды отечественных и зарубежных ученых по общей акустике, аэродинамике, теории колебаний, сварочной технологии, патентные материалы и достижения в области борьбы с АШ в различных отраслях промышленности, теория и практика конструирования оборудования. Экспериментальные исследования выполнены в производственных (натурных) и лабораторных условиях, а теоретические модели проверялись экспериментально с помощью известных методов акустического анализа с использованием современной электроакустической аппаратуры и других средств измерений.

Научная новизна. Представленные в работе исследования, научно обоснованная методология комплексной оценки акустического фактора и научные основы создания малошумного оборудования для плазменной обработки металлов разработаны впервые и носят основополагающий характер. Они направлены на решение важной научно-технической проблемы снижения АШ плазменного оборудования, широко используемого в различных сферах производства.

Анализ результатов работы по исследованию шума на производстве позволил классифицировать плазменное технологическое оборудование по степени шумности и определить физическую природу шумообразования основных источников.

Выполнен синтез акустических моделей основных типов и конструкций плазмотронов, которые представлены как источники генерации АШ с внутренним резонансным возбуждением пульсаций турбулентного потока плазмообра-зующего газа (ПОГ) на собственных частотах газовоздушного тракта (ГВТ) плазмотрона. Показана возможность использования теории возникновения и распространения плоских звуковых волн в замкнутом пространстве — ГВТ плазмотрона и определены границы применения теории генерации звука для рассмотренных условий.

Разработана акустическая модель плазмотрона и установлены зависимости акустических характеристик от формы и размеров ГВТ плазмотрона и технологических параметров процесса. Определены характеристики направленности излучения звука в полярных координатах и установлена связь между пространственными и спектральными характеристиками АШ струи плазмотрона. На этой основе разработан комплекс экспериментальных методов исследований и конструктивно-технологические методы шумоглушения плазменного оборудования. Результаты теоретических и экспериментальных исследований распространения звука в пространстве позволяют проводить на стадии проектирования расчеты эффективности средств звукопоглощения и звукоизоляции для различных технологических процессов.

Совокупность разработанных автором методов теоретических и экспериментальных исследований, а также полученные на этой основе результаты являются научной базой в решении прикладных задач снижения АШ плазменного оборудования.

Практическая значимость работы. Предложен комплекс методов экспериментальных исследований в производственных и лабораторных условиях для определения спектральных, энергетических и пространственных характеристик АШ плазмотронов для различных плазменных технологических процессов.

Совокупность выполненных теоретических и экспериментальных исследований обеспечивает решение практических задач борьбы с акустическими загрязнениями на этапах проектирования и модернизации серийных конструкций плазмотронов. Выполнены массовые исследования акустических характеристик в цехах сборочно-сварочных, заготовительных и ремонтных производств, определены уровни звуковой мощности (УЗМ) для основных видов технологического оборудования, определены источники акустического загрязнения и дана классификация плазменного оборудования по степени шумности и природе его образования.

Разработана методология борьбы с АШ плазмотронов, включающая комплекс методов шумоглушения внутреннего и внешнего источников АШ в зависимости от конструктивных и технологических параметров.

Рекомендации по снижению акустических загрязнений и комплекс разработанных методов борьбы с АШ в источнике и на пути распространения применяются в проектных организациях и на действующих предприятиях при проектировании нового и модернизации действующего оборудования.

Предложенные на основе теоретико-экспериментальных исследований рекомендации по снижению АШ плазмотронов были проверены в производственных условиях и показали их достаточно высокую акустическую эффективность.

По результатам исследований разработаны конструкции ручных и механизированных малошумных плазмотронов и установок для плазменной резки, которые выпускаются по Техническим условиям и внедряются в действующие производства для раскроя металлопроката и разделки металлолома. Новизна ряда конструкций плазмотронов и шумозащитных устройств защищена авторскими свидетельствами, патентами, отмечена медалью ВДНХ.

1. Лукьянов Г.А. Сверхзвуковые струи плазмы. Л.: Машиностроение. 1985.264 с.

2. Сварка, пайка, склейка и резка металлов и пластмасс. Справ, изд. /Под ред. 11оймана А., Рихтера Е. / пер. с нем. М.: Металлургия. 1985. 480 с.

3. А. Хасуй Техника напыления /пер. с яп. М.: Машиностроение. 1975.289 с.

4. Кудинов В.В. Нанесение покрытий распылением. //Сб. Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов. М.: Наука. 1973. 158-187.

5. Научно-технический прогресс и охрана труда /ВЦНИИОТ ВЦСПС. Обзорная информация. Вып. 7. М.: 1980, 57 с. П.Ширшов И.Г., Котиков В.Н. Плаз.менная резка. Л.: Машиностроение. Ленингр. отдел. 1987. 192 с.

6. Электродуговые плаз.мотроны, /Под ред. М.Ф.Жукова. Новосибирск. 1980.84 с.

7. Краснов А.И., Зильберг В.Г, Низкотемпературная плазма в металлургии. М.: Металлургия. 1970. 214 с.

8. Смелянский М.Я., Кручинин A.M. Некоторые вопросы применения плазменных источников тепла в современной металлургии. //Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов. М.: Наука. 1973.С.143-151.

9. Прогнозирование в области сварочной науки и техники. / В.Н. Вернадский, В.В. Ж\ равков //Сб. Итоги науки и техники. Сер. Сварка. 1983. Т. 12. 3-52.

10. Клюев М. М. Плазменно-дуговой переплав. М.: Металлургия. 1980.256 с. • 17. ДолгополовН.11, Фридман В.И. Плазменная техника. М.: Знание. 1975.63 с.

11. Экономия металла при изготовлении сварных конструкций / И.П. Житников, И. Л. Закс, А. А. Медведев, П. А. Мариченко. Сварочное производство. 1982.№2. 4-5.

12. Технологические и энергетические характеристики воздушно- плазменной резки /А.П. Шалимов, Л.11. Рудакова, В.А. Рахманов, А.И. Чухонцев. Сварочное производство. 1976. № 10. 44-45.

13. Марчук Г.И., Ишминский А.В., Федосеев П.И.. Изученные основы прогрессивной технологии. М.: Машиностроение. 1982, 376 с.

14. Кудинов В.В.. Нанесение покрытий распылением. //Сб. Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов. М.: Наука. 1973.С.158-187. . .

15. Хуторский Ю.А. Экономическая целесообразность применения плаз- менно-механической обработки. //Сб. Использование методов плазменной об--; работки металлов в свете решений XXVI съезда КПСС, Л.: Машиностроение. 1987. 23-29.

16. Кунин B.C. Промышленное применение плазменно-механической обработки. //Сб. Использование методов плазменной обработки металлов в свете решений XXVI съезда КПСС. Л.: Машиностроение. 1987. 19-22.

17. Акустические параметры при плазменно-механической резке труб. // В.В. Степанов, Ю.А. Пыкин, В.И. Нечаев и др. Сварочное производство. 1982. №10. 36-39.

18. Исследование процесса и разработка технологии плазменной резки труб с целью снижения твердости закалочной зоны. Отчет о НИР (заключ.) /ВНТИЦентр; под рук. В.В. Степанова. № г.р. 79003846. М. 1981. 94 с.

19. Плазменная технология. /Под ред. Д, Г, Быховского, Л.: Лениздат. 1980. 152 с. i 29. Суденков Е.Г., Румянцев СИ. Восста1Ювление деталей плазменной металлизацией. 1980. М.: Высшая школа. 40 с.

20. Донской А.В., Клубникин B.C. Электро-плазмеиные процессы и установки в машиностроении. Л.: Манниюстроепие. 1979. 221 с.

21. Д. Г. Быховскии. Плазменная резка. Л.: Машиностроение. 1972. 168 с.

22. Гигиена труда и эффективность оздоровительных мероприятий при применении плазменной технологии. А.В. Ильницкая. А.А. Полымкова, Т.А. ГИабалина, И.Л. Циркона. Автоматическая сварка. 1987. K^A. 65-68.

23. Разработка нестандартного оборудования и технологии упрочнения цевок траков тягачей с последующем сплавлением. Отчет о НИР (заключ.) /ВНТИЦентр; под рук. В.В. Степанова. № г.р. 81015390.М. 1982. 97 с.

24. Bley H. Источники шума н его снижение в сварочном и слесарном производстве в соответствии с инструкцией о предотвращении несчастных случаев "Шум". DVS - Berichte. 1977. №4-5. S. 16-20.

25. Исследование и разработка методов по снижению вредных факторов при. плазменной резке металлов. Отчет о НИР (заключ.) /ВНТИЦентр; под рук. СП. Нешумова. № г.р. 78022295. М. 1979. 80 с.

26. Кельтш П. природа аэродинамического шума и борьба с ним //Научные работы институтов охраны труда ВЦСПС. 1976. Вып. 101. 47-52.

27. Исследование путей и средств повышения безопасности труда на предприятиях отрасли. Отчет о НИР (заключ.) /ВНТИЦентр; под рук. Г.В.Тягу нова. № г.р. 01860102970. М. 1985. 49 с.

28. Пыкин Ю.А., Савиных А.Ю., Тюлюпо В.И. К вопросу улучшения надежности плазмотронов с повышенной звуковой мощностью. Передовой опыт. 1987. №1.0.41-43.

29. О шумах при плазменно-дуговой резке металлов. /Л.А.Беляева, А.А. Исаченко, A.M. Комисаров и др. // Тр. ВНИАвтогенмаш. М. 1976. в61П.21. 61-67.

30. Уровень шума при плазменном напылении. /B.C. Блохин, A.M. Вирник, А.В. Ильницкая и др. Сварочное пр-во. 1977. №2. 50-51.

31. Жишка Я. Оценка источника шума на рабочем месте сварщика. Сварка. 1973. Вып.22. №5.0.151-158.

32. Ильницкая А.В. Гигиенические характеристики условий труда при плазменном способе обработки материалов. Гигиена труда и профессиональные заболевания. 1976. №4. 23-25.

33. Модернизация плазмотрона ПВР-402\Ч с целью снижения аэродинамического шума при резке металла. /Ю.А. Пыкин, И.Д. Ларионов, А. Мере-калов и др. Передовой опыт. 1988. №5. 41-42.

34. Нльницкая А.В. Гигиеническое значение профессиональных факторов при плазменной резке металлов. Гигиена труда и проф. заболевания. 1970. Кч\\. 38-42.

35. Гигиена труда и эффективность оздоровительных мероприятий при применении плазменной технологии. /А.В. Ильницкая, А.А. Полымкова, Т.А. Шебалина и др. Автоматическая сварка. 1987. №4. 65-68.

36. Henning Pres "Messungen des Schollpegels und Mabnahmer zum Gehor- schutz beiv Plasmaschneiden". :'Schweiben und Schneiden", 1976, Bd 28, N2, S.62-68.

37. Фридлянд М.Г, Характеристика звуковых колебаний при горении дуги в плазмотроне. Сварочное пр-во. 1970. №12. 45-46.

38. Шварцас М.Л. Проблема борьбы с шумом источников питания для ручной дуговой сварки. //Тезисы Всесоюз. научно-технич. семинара. М.: Ин-форм. Электро. 1978. 24-25.

39. Ильницкая А.В., Капорович И.Г., Шабалина Т.А. Шум плазменного технологического оборудования и меры борьбы с ним. //Тезисы Всесоюз. конф. по борьбе с шумом. Челябинск. 1980. 50-52.

40. Исследование шумовых характеристик оборудования для плазменной резки металлов. Отчет о НИР (заключ.) /ВНТИЦентр; под рук. П.Нешумовой. № г.р. 77055468. М. 1977. 73 с.

41. Гигиеническая оценка мероприятий по снижению шума при различных режимах работы и различных параметрах плазморежущего оборудования при воздушно-плазменной резке. Отчет о НИР (заключ.) /ВНТИЦентр; под рук. В.И.Чернока. Xs'r.p.77042504. Киев. 1977. 22 с.

42. Михалев В.М., Петруничев В.А. Физика и химия обработки материалов. Журнал техн. физики. 1968. Вып5. 22-27.

43. Данилов И.А. Плазменная сварка и наплавка - состояние и перспективы. //Сб. Использование методов плазменной обработки металлов в свете решений XXVI съезда КПСС. Л.: Машиностроение. 1987. 30-35.

44. Новости науки и техники. Плазменная резка (обзор). /Под ред. Д.Г.Выхонского. М.: Информэлектро. 1968. 47 с.

45. Мервин Е., Голдстейи. Аэроакустика. /Под ред. Л.Г.Мунина. М.: Машиностроение. 1981. 294 с.

46. Галанин Н.Ф. Лучистая энергия и газовый состав воздуха при автогенной и электрической сварках. Гигиена безопасности и патология труда. 1929. Ло5. 43-56.

47. Демидович СВ. Вредность труда электросварщиков. Гигиена безопасности и патология труда. 1930. Кч\. 27-37.

48. Тихомиров 11.11. Случай литейной лихорадки у автогенного сварщика. Гигиена безопасности и патология труда. 1930. №1. 104-112.

49. Миллер СВ. Санитарно-гигиенические условия труда при сварке вольтовой дугой и необходимые оздоровительные мероприятия. М-Л. 1936. 14-58.

50. Нехорошее А.С, Состояние сосудистой системы барабанной перепонки при воздействии низкочастотных акустических колебаний высоких уровней интенсивности. /Сб. научных трудов. Л.: ЛСГМИ. 1988. 66-70.

51. Malek В. Problematika а chany zdravi pripracis plazmovymi horaky / "ZVARANIE". 1976.Ч.19. P.56-59.

52. Тейлор Р. Шум./Пер. с англ. М.: Мир. 1978. 308 с.

53. Медникова Ю.С, Копылов В.П., Занченко А.И. Временные смешения порогов слышимости при введении режи.мов труда на шумном предприятии. /Безопасность труда на производстве. М.: Профиздат. 1987, 97-104.

54. Ромм СЗ. Шумовая травма уха. М.: Медицина. 1964. 38 с,

55. Контроль шума в промышленности. /Под ред. Дж.Д.Вебба. Л.: Судостроение. 1981. 312 с.

56. Измеров Н.Ф., Каспаров А.А., Суворов Г.А. Современные проблемы гигиенического нормирования шума и вибраций. /Сб. научных трудов под ред. Касспарова А.А. М.: ИИИ гигиены труда и проф. забол. АМН СССР. 1982. 5-23.

57. Гельтищева Г.А. Влияние производственного шума различных параметров на слуховой анализатор и центральную нервную систему рабочих - подростков. Гигиена труда и проф. заболевания. 1973. №7.С.5-9.

58. Ильницкая Л.В., Пальцев Ю.П. К вопросу о комбинированном действии ультразвука и шума нормативных параметров. Гигиена труда и проф. заболевания. 1973. №5. 53-54.

59. Batolska А., Begov А. Ultrazvuki sluh. Naucni trudove па NIOPZ-RAZDEL USI-nosgarlo i stomatologija-Sofia. 1970. №18. P. 18-23.

60. Колесников A.E. Шум и вибрация. Л.: Судостроение. 1988. 248 с. • . 75. Орловская Э.П.,; Липовой В.В. Физнолого-гигиеническое обоснование введения перерывов при работе в условиях интенсивного шума. Гиг. и сан. 1976.№7. 28-31.

61. Ильящук Ю.Н. Первый отраслевой стандарт по шумоглушению. Безопасность труда в промышленности. /Сб. научных работ ин-тов охраны труда ВЦСПС. М. 1976. Вьш105. 134-139.

62. Иванов Н.И, Борьба с шумом и вибрациями на путевых и строительных машинах. /2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт. 1987. 223 с.

63. Защита от шума. Справочник. /Под ред. Е.Я.Юдина. М.: Стройиздат. 1964.704 с.

64. Лагунов А.Ф., Осипов Г.Л. Борьба с шумом в машиностроении. М.: 1980. 150 с.

65. Шум. Общие требования безопасности. Введ. с 01.01.83. ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ. М.: Изд-во стандартов. 1983.

66. Методические указания по измерению шума на рабочих местах предприятий Минтяжмаша. /В. И. Шихов, В. П. Ситников, В. А. Вавилов, В. А. Придвижкин, Ю. А. Пыкин. Свердловск: Полиграфист. 1979. 12 с.

67. Шумомеры. Общие технические требования и методы испытаний. Введ. с 1981. ГОСТ 17187-81. М.:Изд-во стандартов. 198!..

68. Аппаратура для плазменно-дуговой резки металлов. Типы и основные параметры. ГОСТ 12.221-79. М.: Изд-во стандартов. 1979.

69. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования. Введ. с 01.01.1977. ГОСТ 12.1.005-76 М.: Изд-во стандартов. 1977

70. Авиационная акустика. /Под ред. А.Г.Мунина, В.Е.Квитки. М.: Машиностроение. 1973.443 с.

71. Лойзянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Гос. изд. физ.-мат. лит. 1959.784 с.

72. Шум. Определение шумовых характеристик источников шу.ма в ревер- берационной камере. Точный метод. Введ. с 01.07.81. ГОСТ 12.1.025-81. М.: Изд-во стандартов. 1981,

73. Lighthill М. J. On sound generated Aerodynamicaly, I, Proc. Roy. Soc. Ser. A211 ,№ 1107, 1952.

74. Lighthill M. J. Sound generated aerodynamically. The Bekerian lecture 1961. Proceeding of the Royal Society. May 1962. Ser.A. Vol.267. №1923. P.147-182.

75. Физика и техника низкотемпературной плазмы /СВ. Дресвин, А.В. Донской, В.М. Гольдфарб, B.C. Клубникин. М.: Атомиздат. 1972. 352 с.

76. Исследование распределения температур и скоростей в аргоновой плазменной струе /В.П. Демянцевич, С В . Дресвин, B.C. Клубникин и др. Сва-роч. пр-во. 1969. Л'ЬЮ. 1-3.

77. Суров Н.С Экспериментальные исследования распределения параметров в однофазной и двухфазной до звуковых плазменных струях. Теплофиз. высок, темпер. 1969. Т.7. №2. 304-312.

78. Малаховский В.А. Плазменные процессы в сварочном производстве. М.: Высш. школа. 1967. 72 с.

79. Вильяме Дж.Э.Ф. Источники звука в аэродинамике - действительные и мнимые. Ракетная техгшка и космонавтика. 1982. Т.20. №4. 7-17.

80. Бачинский М.А. Моделирование геофизических явлений в лаборатор- m>ix условиях. Ракетная техника и космонавтика. 1964. Т. 12, №1 1. 169-181. 27"*

81. Шум. Определение шумовых характеристик источников шума в заглушённой камере. Точный метод. Введ. с 01.07.81. ГОСТ 12.1.024-81. М.: Изд-Ею стандартов. 1981.

82. Сниже1И1е И1ума методами звукоизоляции. /Заборов В.И. и др. М.: Строй издат. 1973. 191 с.

83. Долиискии Е.Ф. Обработка результатов измерений. М.: Изд-во стандартов. 1973. 191с.

84. Руминский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. Справочное руководство. М.: Наука. 1971. 192 с.

85. Пыкин Ю.А., Смирнов В.Г., Бобов А.П. К вопросу о снижении шума низкотемпературных плазменных установок. //Тезисы Всесоюз. конференции. /Под ред. Н.Ф. Измерова, Г.А. Суворова. М.: 1988. С210.

86. Борьба с шумом на производстве. Справочник. /Под ред Е.Я.Юдина. М.: Машиностроение. 1985. 400 с.

87. Лазориу Д.Ф., Бикир Н. Шум электрических машин и трансформаторов. /Пер. с рум. М.: Энергия. 1973. 271 с.

88. Заборов В.И., Клячко Л.Н., Росин Г.С. Защита от шума и вибрации в черной металлургии. М.: Металлургия. 1983. 216 с.

89. Нормирование производственного шума в СССР и за рубежом. /Под ред. Л. Ф. Лагунова. М.: ВЦСПС. 1979. 55 с.

90. Гутин Л. Я. Жури. техн. физики. 1937T.VII. 1096 с.

91. Мунин А. Г. Связь аэродинамических и акустических параметров дозвуковой газовой струи. Труды ЦАГИ. «Промышленная аэродинамика», сб. № 23. Оборон гиз, 1962 г.

92. Мунин А. Г., Скрипач Б. К. Приближенный расчет шума, создаваемого свобол1юй газовой струей. Труды ЦАГИ. «Промышленная аэродинамика», сб. № 14. Оборонгиз, 1959 г.

93. Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика, М.: Наука, 1991. Ч. 1.597 с. 4 . 2 . 301 с.

94. Muller Ernst-August and Klaus R. Matsschat. The Scattering of Sound by a Single Vortex and by Turbulence. AFOSR-TN-59-337.U.S. Air Force Office of Scientific Reserch, 1959.

95. Жуков M. Ф., Коротеев A. C , Урюков Б. A. Прикладная диеамика термической плазмы.-Новосибирск, Наука, 1975. -178с .

96. Mani R., The Jet Density Exponent ISSUE for the Noise of Heated Subsonic Jets «Journal of Fluid Mechanics», Vol. 64, 1974, pp. 611-622.

97. Варнер Р. Д., Образование звука в трансзвуковых аэродинамических трубах//Ракетная техника и космонавтика. - 1975. - >l2 11. - 3-6.

98. Ховард Дж. Уменьшение фонового шума в рабочей части трансзвуковой аэродинамической трубы. Ракетная техника и космонавтика. 1975. Т. 18. №11.0.67-72.

99. Маэстрелло, Макдод. Акустические характеристики до звуковой струи большой скорости. Ракетная техника и космонавтика. 1975. Т. 18. №11. 86-92.

100. Копелев З. Проектирование проточных части турбин авиационных двигателей. М.: Машиностроение. 1984. 224 с.

101. Дейч М.Е. Техническая газодинамика. М.: Энергия. 1974. 592 с.

102. Сергель О.С. Прикладная гидрогазодинамика. М.: Машиностроение. 1981.326 с.

103. О профилировании электродной части воздушного тракта плазмотрона /И.Д. Ларионов, Ю.А. Пыкин, В.И. Нечаев, В.А. Вавилов. Паучно-техн. копф. CBapHuiKOB Урала. Курган. 1982. 168-170.

104. Бронштейн И.П., Семендиев К.А. Справочник по математике. М.: Наука. 1964. 573 с.

105. Кириллов II.И. Теория турбомашин. Л.: Машиностроение. 1972. 536 с.

106. Повх М. Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. Л.: Машинострое1И1с. 1974.248 с.

107. Пыкин IO.A.. Ларионов И.Д. Электродуговой плазмотрон, /а.с.1124873 СССР. МКИ- В23К. 3609607/24-07; заявлено 17.06.83. Не публ. в открытой печати.