автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Улучшение условий и охраны труда работников АПК за счет совершенствования конструкций и повышения эффективности систем аспирации

санкт-петербургский государственный аграрный

университет

На правах рукописи

СОЗИНОВ Владимир Петрович / лХ^^У

УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ И ОХРАНЫ ТРУДА РАБОТНИКОВ АПК ЗА СЧЕТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ АСПИРАЦИИ

Специальность 05.26.01—«Охрана труда»

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург-Пушкин 1998

РОССИЙСКАЯ • ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

.Л

}

Н сз 3

Официальные оппоненты:

■Заслуженный деятель науки и техники РФ, академик ААО, доктор технических наук, профессор Николаенко А. В;

академик МАНЭБ, доктор, технических наук, профессор Полушкин В. И.;

академик МАНЭБ, доктор технических наук, профессор Сметании М. М.

Ведущая организаци. ВНИИ охраны

Защита состоится часов на заседании в Санкт-Петербургском ситете по адресу: 1896? бургское шоссе, 2, ау,:

С диссертацией в миться в библиотеке

го аграрного уни^епс»

Диссертация

хозяйстве (г. Орел).

1998 года в 14® нети Л 120. 37: 07 аграрном универб-Пушкин, Петер! можно ознако-государственно-;

а разослана

т Ученый сек ре

у-г диссертац;

президиум««:

/

А П. МАЙОРОВ

(решение от"»19.£СГ.( №

присудил з^ченую степень ДОКТОРА ---

Начальник управления ВАК России

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На условия и безопасность труда людей на производстве влияют вредности в виде газа, пыли, избытков влаги и тепла, выделяющихся при работе технологического оборудования. Постоянное воздействие их на организм человека в количестве, превышающем установленные пределы, приводит к сокращению срока активной трудовой деятельности и продолжительности жизни.

Для предупреждения воздействия на людей такого рода вредностей применяется вентиляция и, в том числе, аспирация - как наиболее эффективное, экономичное средство. К началу перестройки общественно-экономической формации в России производственных помещений с неудовлетворительным содержанием воздушной среды насчитывалось более 30%. При этом на отопление и вентиляцию расходовалось до 10% всей вырабатываемой в стране электроэнергии.

К середине девяностых годов состояние воздушной среды в производственных помещениях не изменилось в лучшую сторону, так как в наступивший период ускорения темпов обновления выпускаемой продукции, повышения ее качества средств на улучшение условий труда во многих случаях не хватает, а используемые системы аспирации и ранее не всегда могли (а теперь и тем более) удовлетворить потребности производства. Там же, где они соответствуют своему назначению, необходимый эффект чаще всего достигается с неоправданно большими капитальными и эксплуатационными затратами. В агропромышленном производстве такое положение дела имеет то на машиностроительных и ремонтных предприятиях, предприятиях по рвичной обработке льна, мукомольных, комбикормовых, табачных и многих "тих, в том числе, непосредственно в хозяйствах на участках ремонта скохозяйственной техники, кормоприготовления, деревообработки,' Здесь многих производственных помещениях запыленность и загазованность

з

воздуха в несколько, а иногда и десятки раз, превьпиает предельно допустимые концентрации. В этой связи разработка более совершенных и, следовательно, эффективных систем аспирации позволила бы снизить остроту существующей проблемы.

Цель работы. Улучшение условий и охраны труда работников АПК за счет совершенствования конструкций систем аспирации и повышения их эффективности.

3 задачи исследований рхааадщ

1. На основе анализа предложить классификацию известных систем аспирации по однородным признакам; провести анализ их возможностей и пригодности в АПК.

2. Обосновать пути совершенствования систем аспирации и разработать более эффективные системы аспирации.

3. Исследовать особенности процессов распределения потоков внутри разработанных систем аспирации.

4. Получить математические модели, позволяющие определять значения параметров разработанных систем аспирации при перенастройке их состояния в соответствии с текущей потребностью производства,

5. Разработать рекомендации по проектированию и расчету разработанных систем аспирации.

6. Внедрить разработанные мероприятия в практику.

Объекты исследований. Системы аспирации объектов АПК и аэродинамические процессы, происходящие внутри этих систем и влияющие на энергозатраты.

Методы исследований. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы, в основу которых положен системный подход. При этом:

теоретические исследования систем аспирации осуществлялись с использованием методов динамических давлений и эквивалентных отверстий

для оценки величины потерь давления в трубопроводной сети и равенства суммарной величины потерь в сети давлению, создаваемому вентилятором;

экспериментальные исследования проводились на системах с производительностью, соответствующей действительной. В системах контролировались все параметры, которые характеризуют их режим работы. Режимы работы устанавливались из необходимости изучения различных состояний систем, возникающих в процессе их эксплуатации;

экспериментальные исследования коллекторов, способствующих расширению диапазона регулирования систем аспирации, проводились на стендах, позволяющих выявить закономерности изменения искомых параметров при различных сочетаниях факторов, влияющих на них. Исследования проводились с применением теории планирования многофакторного эксперимента;

обработка опытных данных осуществлялась общепринятыми методами математической статистики.

Научную новизну составляют:

регулировочные характеристики - зависимость расхода и скорости воздуха в ответвлениях, магистрали, транспортном трубопроводе, трубопроводах отбора и возврата воздуха, расхода энергии, требуемой на перемещение в трубопроводной сети двухфазной смеси, от количества используемых ответвлений: одновентиляторной системы аспирации с сепарирующим коллектором, у которой воздухоочиститель подсоединен к транспортному трубопроводу (ОСА-ЗС-1Р); одновентиляторной системы аспирации с двухполостным горизонтальным коллектором, позволяющим возвращать воздух для повторного использования и обеспечивать необходимую скорость в транспортном трубопроводе (ОСА-ЗДП-ЗР); ' двухвентиляторной двухколлекторной системы аспирации с двухнолостными коллекторами, в которой отходы производств из первого коллектора поступают во второй (ДДСА-ЗДП);

результаты теоретических и экспериментальных исследований одновентиляторной системы аспирации с рециркуляцией воздуха через коллектор (ОСА-ЗВ-ЗР);

математические модели процессов регулирования производительности исследованных систем аспирации;

математические модели малогабаритных коллекторов. Новизна разработок защищена 8 авторскими свидетельствами на изобретения СССР.

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Практическую значимость имеют: рациональное место расположения воздухоочистителя в ОСА-ЗС-1Р; конструкция комбинированного коллектора; конструкция ОСА-ЗДП-ЗР, ДСА-4ЛФ-ЗР, ДДСА-ЗДП, ДСА-4Д-4Р;

результаты экспериментальных исследований комбинированного коллектора с фильтрующими элементами, используемою в ОСА-ЗС-1Р, и без фильтрующих элементов, используемого в ОСА-ЗВ-ЗР, шарового коллектора диаметром 1м, циклонообразного, двухполостного горизонтального.

Результаты исследований позволяют на стадии проектирования выбрать рациональную для конкретного производственного процесса систему аспирации, рассчитать ее параметры и установить пределы вносимых изменений, в которых ее эксплуатация будет достаточно эффективна. Все это представлено в виде, пригодном для практического использования в проектных и учебных учреждениях

На основании проведенных исследований подготовлены и изданы: утвержденные в Министерстве легкой промышленности СССР в 1983 году "Технические материалы по расчету и устройству олноветиляторной системы аспирации с переменным расходом воздуха", утвержденные в Минлесбумпроме СССР в 1985 году "Рекомендации по проектированию и расчету систем, аспирации с вогератсш частично очищенною воздчха".

о

Полученные результаты используются в учебном процессе сельскохозяйственных высших учебных заведений и нашли отражение в учебном пособии, одобренном Министерством сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации.

Апробация работы. Основное содержание работы доложено, обсуждено и одобрено на:

научной конференции в МЛТИ, г. Москва, 1984 г.; областной научно-технической конференции "Современная техника и технология хлопчатобумажного производства и перспективы развития отрасли на ХП пятилетку", г. Иваново, 19?4г.; семинаре "Обеспыливающая вентиляция", г. Москва, 1984 г.; научной конференции "Пути интенсификации сельскохозяйственного производства Ивановской области", г. Иваново, 1985 г.; ФПК Кубанского сельскохозяйственного института, г. Краснодар, 1987 г; научно - практической конференции "Внедрение достижений науки и передового опыта в агропромышленном комплексе Ивановской области", г. Иваново, 1990 г.; научно-практической конференции... "Ученые аграрники -сельскохозяйственному производству", г. Кострома, 1994 г.; научно -практической конференции "Экологические проблемы АПК Ивановской области", г. Иваново, 1995 г.; научной конференции СПГАУ, г. Пушкин, 1997 г.; научно-практической конференции "Актуальные проблемы науки в сельскохозяйственном производстве", г. Иваново, 1997 г.; ученом Совете Ивановского ВНИИ охраны труда при рассмотрении отчетов по НИР № гос. регистрации 81021358 (инв. № 02. 83. 0052102) в 1982 г., № гос. регистрации 81021357 (инв. № 02. 83. 0074911) в 1983 г., № гос. регистрации 01. 82. 6033715 (инв. № 02. 84. 0047177) в 1984 г., ученом Совете Ивановского СХИ при рассмотрении отчета по НИР № гос. регистрации 01. 88. 0078670 (инв. № 02. 91. 0018487) в 1990 г.

В 1984 г. результаты работы были представлены на областной конкурс (г. Иваново) и за исследование и новые технические решения, вносящие весомый вклад в развитие науки и техники, автору присвоено звание лауреата премии

академика А. И. Мальцева. В 1985 году на выставке "Охрана труда - 85" демонстрировалась система аспирации по авторским свидетельствам № 981149 и № 1105426. Главным комитетом ВДНХ СССР автор был награжден серебряной медалью.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 37 научных работах, в том числе 33 печатных, 8 авторских свидетельствах СССР, в которых доля диссертанта в совместном изобретении 95%. На долю диссертанта приходится около 38, 5 п. л. Наиболее полное изложение содержится в двух книгах объемом 15 п. л. ( доля диссертанта 50%) и 19 п. л. Последняя из них является первой в стране монографией по аспирации для студентов сельскохозяйственных ВУЗов.

На защиту выносятся:

1. Классификация систем аспирации.

2. Конструкция, результаты теоретических и экспериментальных исследований ОСА-ЗС-|Р с воздухоочистителем, подсоединенным к транспортному трубопроводу, ОСА-ЗДП-ЗР.

3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований ОСА-ЗВ-ЗР.

4. Конструкция и регулировочные характеристики ДЦСА-ЗДС.

5. Конструкция и . результаты экспериментальных исследований комбинированного коллектора.

6. Результаты экспериментальных исследований коллекторов шарового диаметром ! м, циклоюобразиою, дву х полостного горизонтального.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 2. 1. Состояние проблемы и направление поиска ее решения

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННА? 'БИБЛИОТЕКА

Для поддержания необходимой чистоты воздуха в производственных помещениях требуется установка, содержание и эксплуатация специальный технических средств - систем вентиляции. Затраты на вентиляцию производственных помещений значительно снижаются, если использовать системы аспирации. На сколько это выгодно можно определить, использовав следующее соотношение

Если коэффициент эффективности работы приемника близок к единице, т, е. почти все выделения, изменяющие состав воздуха в помещении, поступают в приемник, то из равенства следует вывод,' что применяя систему аспирации, можно уменьшить количество поступающего в помещение (а значит и удаляемого из него) воздуха во столько раз, во сколько раз количество воздуха, отсасываемого приемником системы аспирации, меньше количества воздуха, требующегося для разбавления вредности в помещении при отсутствии системы аспирации. Следовательно, системы аспирации позволяют многократно снизить производительность общеобменной вентиляции, а равно и уменьшить затраты. Они будут еще меньше, если удается продлить срок служ-

(2.1)

где

Ь„.1 - количество воздуха, поступающего в помещение при отсутствий системы аспирации, м3/ч;

Ьп,2 - количество воздуха, поступающего в помещение при наличии системы аспирации, м3/ч;

Ьпр - количество воздуха, удаляемого из помещения приемником

системы аспирации, м /ч; т]пр - коэффициент эффективности работы приемника вредности.

бы систем аспирации, не увеличивая капитальных затрат и сохраняя эксплуатационные затраты на уровне необходимых.

Прежде чем оценивать существующие системы аспирации с этих позиций, необходимо их классифицировать, т. е. сгруппировать по определенным признакам и дать обозначение. Предыдущие попытки классификации по одному из признаков - количеству вентиляторов, типу коллектора и схемы регулирования производительности следует признать неудачными, т. к. по сути своей одна и та же система имела несколько названий и, наоборот, существенно отличающиеся системы Имели одно название. Предлагаемая классификация (рис. 2. 1,2. 2) объединяет функциональные возможности систем, а также конструкцию трубопроводной сети, количество вентиляторов и схемы регулирования производительности. Для этого применяется буквенное и цифровое обозначение. Аббревиатура ОСА - одновентиляторная система аспирации, ДСА - двухвентиляторная система аспирации, ТСА -трехвентиляторная система аспирации, ДДСА - двухвентиляторная система аспирации, имеющая два коллектора. Цифра после первых букв указывает на конструкцию трубопроводной сети: 1 - простейшая; 2 - разветвленная без коллектора; 3-е малогабаритным коллектором; 4 - с магистральным коллектором. За цифрой следует буква, указывающая на характерную особенность коллектора. Буква Л указывает на то, что в коллекторе имеется ленточный 'фанепортер, ЛФ - на способность ленты фильтровать воздух, С -на способность коллектора сепарировать материал, т. е. отделять его от какой-то части воздуха, В - на возврат воздуха в коллектор, Д - на наличие в коллекторе двух полостей, не сообщающихся между собой, ДП - на наличие между полостями прохода, ДС - на наличие двух полостей, одна из которых является сепарирующей. Следующие далее цифра и буква указывают на возможность й особенность регулирования производительности системы аспирации: Р - регулируемая за счет применения клапана (клапанов); 1Р -регулирование осуществляется с поддержанием производительности отвегаченин ( разрежения в коллекторе); 2Р - регулирование осуществляется

10

Рис. 2.1. Схемы систем аспирации: 1-приемник вредности; 2-клапан (отсечной, регулирующий, перепускной, распределительный); 3-кодлектор; 4-вентилятор; 5-воздухоочиетитель (циклон, рукавный -фильтр,...); (^магистральный трубопровод; 7-транспортный трубопровод; 8-трубопровод отбора воздуха; 9-регулятор давления (перепада давления), 10-транспорткрная лента; 11-регулятор угловой скорости рабочего колеса вентилятора; 12-трубопровод возврата воздуха; 13-всасывающее ответвление.

Т ЯСА-ЧЛ-ЗР

х!

-43 2 Ьг1

t ОСА-дС-{Р

8 1

-¥3 2 А- ■/

0СА-ЗС-2Р

ОСА-ЗС-ЗР

^ ОСА-ЗЁ-ЗР

* ^ ТСА-ЧЛ-1Р

Продолжение рисунка 2.1

с поддержанием скорости потока, транспортирующего отходы в магистрали; ЗР - регулирование осуществляется с поддержанием производительности ответвлений и скорости потока, транспортирующего отходы в магистрали; 4Р -регулирование производительности системы аспирации, сбалансированной с производительностью приточной системы.

В производственных помещениях сельскохозяйственных предприятий имеется большое разнообразие источников выделения вредностей. Однако в этих помещениях количество источников невелико и поэтому здесь применяются одно или двухвентиляторные системы аспирации. Разнообразие таких систем отражено на рис. 2. 1.

Простейшая одновентиляторная система аспирации (ОСА-1) хорошо налаживается на заданную производительность, допускает перестановку технологического оборудования и значительное уменьшение количества отсасываемого воздуха, если в нем нет плотных частиц. Увеличение производительности системы нецелесообразно, г. к. без увеличения диаметра трубопровода потери давления в нем возрастут и на аспирацию придется расходовать неоправданно много энергии.

Наиболее консервативной системой является система аспирации с маг