Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Лабораторная работа № 2




«Защита от теплового излучения»

Цель лабораторной работы: ознакомиться с теорией теплового излучения, физической сущностью и инженерным расчетом теплоизоляции, нормативными требованиями к тепловому излучению.

Задачи лабораторной работы:

-освоить методы работы с прибором для измерения тепловых потоков;

-провести измерение интенсивности тепловых излучений в зависимости от расстояния до источника;

-оценить эффективность защиты от теплового излучения с помощью экранов и воздушной завесы.

1. Общие сведения

Лучистый тепловой обмен между телами представляет собой процесс распределения внутренней энергии, которая излучается в виде электромагнитных волн в видимой и инфракрасной (ИК) области спектра. Длина волны видимого излучения – от 0,38 до 0,77 мкм, инфракрасного – более 0,77. Такое излучение называется тепловым или лучистым.

Теплота температурой Т > 0 К является источником электромагнитного излучения. Это излучение осуществляется за счет преобразования энергии теплового движения частиц тела в энергию излучения. Часть этого интегрального излучения с длиной волн = 0,78…1000 мкм при облучении любого тела вызывает тепловой эффект и носит название инфракрасного излучения (ИКИ). На долю ИКИ производственных помещений приходится до 70 % выделяемой теплоты.

Воздух прозрачен (диатермичен) для теплового излучения, поэтому при прохождении лучистой теплоты его температура повышается. ИКИ поглощается предметами, нагревая их. Последние, соприкасаясь с воздухом, нагревают его. ИКИ является одной из составляющих микроклимата рабочих зон производственных помещений.

В производственных помещениях со значительными избытками явной теплоты (более 23,3 Вт/м3) большинство технологических процессов протекает при температурах, значительно превышающих температуру окружающей среды. В результате рабочие, находясь вблизи расплавленного или нагретого металла, пламени, горячих поверхностей и т. п., подвергаются действию теплоты, излучаемой этими источниками.

Источники лучистой энергии в зависимости от температуры поверхности можно разделить на четыре группы.

1. Источники с температурой поверхности до 500 оС. Это паропроводы, наружные поверхности печей и др. В спектре излучения этих источников содержатся в основном инфракрасные лучи с длиной волны 3,7…9,3 мкм.

2. Источники с температурой поверхности от 500 до 1300 оС. Это открытые проемы нагревательных печей, открытое пламя, нагретые слитки, заготовки, расплавленный чугун, бронза. В спектре излучения этих источников длины волн ИКИ с максимальной энергией находится в пределах 1,9…3,7 мкм.

3. Источники с температурой поверхности от 1300 до 1800 оС. Это расплавленная сталь, открытые проемы плавильных печей и др. Спектр излучения содержит инфракрасные лучи с max = 1,2…1,9 мкм и видимые лучи.

4. Источники излучения с температурой поверхности свыше 1800 оС. Это дуговые печи, сварочные аппараты. Спектр излучения таких источников содержит все виды лучистой энергии.

 

 

1.1. Действие ИКИ на человека

 

Теплообмен человека и окружающей среды осуществляется в основном путем излучения, конвекции и испарения. Отдача теплоты излучением является наиболее весомой частью и составляет до 45% даже в комфортных микроклиматических условиях.

Избыточные тепловыделения, создающие тяжелые условия труда, являются основной профессиональной вредностью в горячих цехах. Под влиянием теплового облучения в организме человека происходят биохимические сдвиги (уменьшается кислородная насыщенность крови, повышается венозное давление, замедляется кровопоток) и, как следствие, наступает нарушение сердечно-сосудистой деятельности и деятельности нервной системы. Помимо непосредственного воздействия на рабочих лучистый поток теплоты нагревает пол, стены, оборудование, что приводит к повышению температуры воздуха помещения и ухудшению условий труда.

В таблице 5 представлена зависимость теплового ощущения от длительности его воздействия.

Таблица 5

Характер воздействия теплового излучения на человека

Интенсивность излучения, ВТ/м2 Характер воздействия Длительность воздействия t, с
230…350 350…1050 1050…1060 2100…2800 Слабое Умеренное Среднее Высокое Очень высокое Неопределенно долго 180…300 40…60 18…24 2…5

 

Таким образом, тепловое излучение интенсивностью до 350 Вт/м2 не вызывает неприятного ощущения, а интенсивностью свыше 3500 ВТ/м2 уже через 2…5 с вызывает ощущение жжения и возможен тепловой удар.

Воздействие теплового потока на организм зависит также от спектральной характеристики излучения. По характеру воздействия на организм человека инфракрасные лучи подразделяются на коротковолновые лучи с длиной волны = 0,78…1,5 мкм (лучи Фохта) и длинноволновые лучи с > 1,5 мкм. Тепловые излучения коротковолнового диапазона наиболее активны, так как обладают наибольшей энергией фотонов, глубоко проникают в ткани и разогревают их, вызывая при этом быструю утомляемость, понижение внимания, усиленное потовыделение, а при длительном воздействии – тепловой удар (обильное потоотделение, повышение температуры человека до 40…41 оС, головокружение, слабость). Длинноволновые инфракрасные лучи глубоко в ткани не проникают и поглощаются в основном кожным покровом уже на глубине 0,1…0,2 мкм. Такие лучи могут вызвать ожог кожи и глаз. Наиболее частым и тяжелым поражением глаз вследствие воздействия инфракрасных лучей является катаракта глаза. Возможно воздействие ИКИ и на другие системы и органы человека: на состояние верхних дыхательных путей, водно-энергетический баланс организма, не исключается и мутагенный эффект ИКИ.

 

1.2. Нормирование ИКИ

 

Нормирование излучения осуществляется по интенсивности допустимых суммарных потоков энергии с учетом длины волны, размера облучаемой поверхности, защитных свойств спецодежды и продолжительности воздействия в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 и СанПиН 2.2.4.548-96.

Так, интенсивность теплового излучения от нагретых до темного свечения поверхностей технологического оборудования, осветительных приборов, материалов и т. д. на постоянных и непостоянных рабочих местах и не должна превышать 35 Вт/м2 при облучении 50% поверхности тела и более, 70 Вт/м2 – при облучении от 25 до 50% и 100 Вт/м2 – при облучении не более 25% поверхности тела. Интенсивность теплового облучения от открытых источников, нагретых до белого и красного свечения (раскаленный или расплавленный металл, пламя и т. д.), не должно превышать 140 Вт/м2, при этом воздействию не должно подвергаться более 25% поверхности тела и обязательным является использование средств индивидуальной защиты, в том числе средств защиты лица и глаз.

 

1.3. Защита от ИКИ

 

Промышленная теплозащита достигается максимальной механизацией и автоматизацией технологических процессов с исключением ручного труда и выводом работающих из «горячих» зон, оптимальным размещением оборудования и рабочих мест, применением средств коллективной и индивидуальной защиты.

Для защиты от лучистых тепловых воздействий применяют следующие коллективные теплозащитные средства: теплоизоляция поверхностей источников излучения, экранирование источников либо рабочих мест, воздушное душирование, радиационное охлаждение, мелкодисперсное распыление воды и вентиляция или кондиционирование воздуха.

В тех случаях, когда нормативные условия трудовой деятельности не могут быть обеспечены конструкцией оборудования, организацией производства, архитектурно-планировочными решениями и средствами коллективной защиты, следует применять средства индивидуальной защиты от инфракрасного излучения согласно ГОСТ 12.4.221-2002.

Эффективность защиты от теплового излучения определяется долей задерживаемой теплоты и определяется по формуле:

где I1 и I2 – интенсивности облучения на рабочем месте соответственно до и после установки защитного устройства, Вт/м2.

Теплозащитные экраны применяют для локализации источников лучистой теплоты, уменьшения облученности на рабочих местах и снижения температуры поверхностей, окружающих рабочее место. Различают теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие экраны, которые, в свою очередь, по степени прозрачности делятся на непрозрачные, полупрозрачные и прозрачные.

Теплоотражающие экраны используют для локализации тепловыделений от поверхности печей, покрытия наружных поверхностей кабин, постов управления кранов. В качестве материалов для непрозрачных теплоотражающих экранов используют альфоль (алюминиевую фольгу), алюминий листовой, белую жесть, алюминиевую краску. Эффективность теплозащиты таких экранов достигает 80…98 %.

Теплоотводящие экраны представляют собой полые стальные плиты, в которых циркулируют вода или воздушная смесь. В качестве полупрозрачных теплоотводящих экранов (для проведения наблюдений или ввода через него материалов или инструмента) используют металлические сетки с размером ячейки 3…3,5 мм, цепные завесы, армированное стальной сеткой стекло. Металлические сетки применяют при интенсивностях облучения 350…1050 Вт/м2. Эффективность экранов из сетки: однослойной – 33…50 %, двухслойной – 57…74 %. Цепные завесы и армированное стальной сеткой стекло с эффективностью до 70% применяют при интенсивностях облучения 700…5000 Вт/м2. Для повышения эффективности тепловой защиты устанавливают двойные экраны или применяют орошение экранов водяной пленкой.

Теплопоглощающие прозрачные экраны изготавливают из различных бесцветных или окрашенных стекол: силикатное – для защиты от источников с температурой 700 оС; органическое – для защиты от источников с температурой 900 оС. Эффективность теплозащиты стекол зависит от температуры источника излучения и при Т = 1000 ОС достигает 86%.

При воздействии на работающего теплового облучения интенсивностью 350 Вт/м2 и более применяют воздушное душирование (подача приточного воздуха в виде воздушной струи, направленной на рабочее место), усиливающее конвективный отток теплоты. При интенсивности облучения на рабочем месте свыше 2100 Вт/м2 следует, по возможности, уменьшить облучение, предусматривая теплоизоляцию, экранирование и другие мероприятия, или проектировать устройства для периодического охлаждения рабочих (комнаты отдыха – воздушные оазисы), воздушное душирование, усиливающее отток теплоты как за счет конвективного оттока, так и за счет испарения влаги.

Охлаждающий эффект воздушного душирования зависит от разности температуры тела работающего и потока воздуха, а также от скорости обтекания воздухом охлаждаемого тела. Для обеспечения на рабочем месте нормативных значений температуры и скорости воздуха, а также предельно допустимых концентраций по газу и пыли ось воздушного потока направляют на грудь человека горизонтально или сверху под углом 45 оС. Расстояние от места выпуска до рабочего места принимают не менее 1 м.

Воздушное душирование осуществляется свободными и полуограниченными струями, создаваемые воздухораспределителями. В зависимости от категории тяжести работ, интенсивности ИКИ скорость движения воздуха в струе 1…3,5 м/с, температура в струе 17…28 оС.

Воздушные оазисы представляют собой рабочую зону, ограниченную легкими переносимыми перегородками, со скоростью воздуха в ней 0,2…0,4 м/с.

Воздушные завесы используют для устранения доступа нагретого (холодного) воздуха на постоянные рабочие места, расположенные вблизи ворот, дверей, технологических проемов или в помещениях, не имеющих тамбуров, и т. п. Существуют различные типы завес: шиберного и смешанного типа, постоянно и периодически действующие. Например, завесы шиберного типа в результате частичного перекрытия проема воздушной струей снижают прорывы наружного воздуха через открытый проем. Завесы шиберного типа периферического действия устанавливают у ворот, не имеющих тамбуров и открывающихся чаще 5 раз или не менее 40 мин в смену, и у открывающихся технологических проемов в наружных ограждающих конструкциях зданий в районах с расчетной температурой наружного воздуха –15 0С и ниже.

Воздушная струя завесы направляется, как правило, под углом 300 к плоскости проема, т.е. под некоторым углом навстречу к нагретому (холодному) потоку. Скорость выпуска воздуха из щелей воздушной завесы 8…15 м/с. Температура воздуха, подаваемого воздушно-тепловыми завесами, принимается не выше 50 0С у наружных дверей и 70 0С у ворот и технологических проемов.

 

2. Описание лабораторной установки

 

Стенд обеспечивает изучение методов измерения теплового излучения от нагретых поверхностей; исследование интенсивности теплового излучения в зависимости от расстояния от источника теплового излучения, а также определение эффективности защитных свойств материалов для спецодежды и экранов.

Стенд представляет собой лабораторный стол со столешницей и размещенным на нем источником инфракрасного излучения (бытовой электрокамин) (Рис 1). Стенд включает также измеритель теплового излучения – актинометр ИПП-2м, линейку, стойки для оперативной установки сменных экранов и стойку для установки измерительной головки измерителя теплового излучения.

Для создания вытяжной или приточной (воздушного душа или завесы) вентиляции используется пылесос.

Измерительная головка крепится к стойке, установленной на плоском основании посредством винтов. Расстояние от источника теплового излучения до измерительной головки определяется по линейке, вдоль которой по столешнице перемещается вся конструкция.

Рис. 1 Стенд «Защита от теплового излучения»

В комплект стенда входят защитные экраны, выполненные из листов металла с направляющими; с цепями, выполненными в виде металлических рамок; с брезентом, закрепленным в рамке.

 

3. Порядок проведения лабораторной работы

3.1. Исследование изменения интенсивности излучения

в зависимости от расстояния до источника

 

Установить головку измерителя интенсивности теплового потока в штативе, выдвинув ее относительно стойки на 10 см.

Включить источник теплового излучения (электрокамин) и измеритель теплового потока (ИПП-2м). для установления постоянного теплового излучения источник должен прогреться.

Измерить интенсивность теплового потока в 5…6 точках на различном удалении от источника, перемещая вдоль линейки штатив с измерительной головкой прибора. Данные замеров занести в таблицу 6, построить график зависимости среднего значения интенсивности теплового излучения от расстояния.

Таблица 6

№ п/п Вид защитного экрана Интенсивность ИКИ I (Вт/м2) на расстоянии L (см) от источника Норма ИКИ (ГОСТ 12.1.005-88) Эффек- тивность экрани- рования, %
Без перегородок                
Цепной экран                
Алюминий                
Зеркальная поверхность                
Парусина                
Комбинированный экран с вытяжкой                
Комбинированный экран с воздушным душированием                
Экран «Воздушная завеса» Т Т              
I I          

 

График зависимости I=f(L) среднего значения

интенсивности теплового излучения от расстояния

L.см

Выводы:

 

 

3.2. Исследование эффективности применения различных экранов

 

Установить между источником теплового излучения и измерительным прибором защитные экраны и определить интенсивность излучения на различном удалении от источника. При этом экран предварительно необходимо прогреть в течение 2…3 мин. Результаты замеров занести в таблицу отчета.

Оценить эффективность защитного действия экранов от теплового излучения по формуле:

где I1 и I2 – интенсивности облучения на рабочем месте соответственно до и после установки защитного устройства, Вт/м2.

Построить график зависимости среднего значения интенсивности теплового излучения от расстояния при использовании различных видов защитных экранов.

График зависимости I=f(L) для различных видов защитных экранов

Выводы:

 

 

3.3. Исследование эффективности комбинированной тепловой защиты (экран – вытяжная вентиляция)

 

Установить указанный преподавателем защитный экран, разместив над ним щелеобразную щетку пылесоса. Включить пылесос в режиме отсоса воздуха, имитируя вытяжную вентиляцию.

Измерить интенсивность теплового излучения от комбинированного экрана в зависимости от удаления его от источника. Замеры занести в таблицу 1 отчета.

Оценить эффективность защитного действия комбинированного экрана от теплового излучения по формуле:

Сравнить полученную эффективность с эффективностью того же экрана, определенной в разделе 3.2.

Построить график зависимости I=f(L) для комбинированного экрана.

График зависимости I=f(L) для комбинированного экрана

Выводы:

 

3.4. Исследование эффективности комбинированной тепловой защиты

(экран – воздушное душирование)

 

Включить пылесос в режиме нагнетания воздуха и, направляя воздушный поток на экран под некоторым углом к нему (воздушное душирование), измерить интенсивность теплового излучения от комбинированного экрана в зависимости от удаления его от источника. Замеры занести в таблицу 1 отчета.

Оценить эффективность защитного действия комбинированного экрана от теплового излучения по формуле:

Сравнить полученную эффективность с эффективностью того же экрана, определенной в разделе 3.2.

Построить график зависимости I=f(L) для комбинированного экрана.

График зависимости I=f(L) для комбинированного экрана

Выводы:

 

3.5. Определение диатермичности воздуха

 

Создать воздушную завесу между источником измерения и датчиком измерительного прибора. Для этого шланг пылесоса с насадкой и включить пылесос на нагнетание, направив поток воздуха перпендикулярно тепловому потоку, немного навстречу ему.

Измерить интенсивность теплового излучения и с помощью температурного датчика ИПП-2м – температуру воздуха без применения воздушной завесы.

Результаты замеров интенсивности теплового излучения I и температуры T занести в таблицу 1 отчета.

Сделать обоснованный вывод о динамичном свойстве воздуха.

 

4. Контрольные вопросы

1. Что понимают под ИКИ?

2. Что является основными источниками ИКИ?

3. Характер воздействия ИКИ на организм человека и критерии оценки этого воздействия?

4. Методы и средства защиты от ИКИ.

5. Принцип нормирования ИКИ и допустимые величины.

6. Виды экранов, условия их применения и основные технические характеристики.

7. Воздушная завеса и область ее применения.

8. Воздушные оазисы и душирование.

9. Методы и приборы измерения ИКИ.

10. Виды проявления теплового удара.

 

 

Дата: Подпись студента

Подпись преподавателя







Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 1558. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.01 сек.) русская версия | украинская версия