типовые расчеты по безопасности в строительстве и

Федеральное агентство по образованию Томский государственный архитектурно-строительный университет С.А. Карауш, Г.И. Ковалев, О.О. Герасимова ТИПОВЫЕ РАСЧЕТЫ ПО БЕЗОПАСНОСТИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Учебное пособие Под редакцией профессора С.А. Карауша Издательство Томского государственного архитектурно-строительного университета Томск  2005 1 УДК 69 : 658.34 + 614.8 (075) К 21 Карауш, С.А. Типовые расчеты по безопасности в строительстве и производстве строительных материалов / С.А. Карауш, Г.И. Ковалев, О.О. Герасимова [Текст]: учебное пособие; под ред. С.А. Карауша.  Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. унта, 2005.  347 с.  ISBN 5-93057-170-8. В учебном пособии рассматриваются типовые расчеты по обоснованию безопасности инженерных решений в строительстве и производстве строительных материалов. Пособие предназначено для практических занятий по дисциплинам «Производственная безопасность» и «Промышленная санитария и гигиена труда» для студентов специальности 280102 «Безопасность технологических процессов и производств» в строительстве и производстве строительных материалов, а также для практических занятий по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» других специальностей университета. Пособие будет полезно студентам строительных и других специальностей университета при выполнении ими курсового и дипломного проектирования. Печатается по решению редакционно-издательского совета ТГАСУ. Илл. 53, табл. 93, 59 библиогр. названий. Рецензенты: Заведующий кафедрой экологии и безопасности жизнедеятельности Дальневосточного государственного технического университета, профессор, д.т.н. А.И. Агошков; Заведующий кафедрой безопасности жизнедеятельности Тюменской государственной архитектурно-строительной академии, профессор, д.м.н. В.П. Латенков. ISBN 5-93057-170-8 2 © Томский государственный архитектурно-строительный университет, 2005 1. 2. 3. 4. 5. ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ................................................................................................. Введение ...................................................................................................... АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ТРАВМАТИЗМА .................... 1.1. Причины производственного травматизма и методы его анализа .... 1.2. Методы анализа риска .......................................................................... 1.3. Методы идентификации опасностей .................................................... 1.4. Основные показатели опасности и риска на производстве ................ ОХРАНА ТРУДА НА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКЕ ................... 2.1. Расчет на прочность средств подмащивания ...................................... 2.2. Расчет освещения строительной площадки ........................................ 2.3. Расчет зон защиты молниеотводов ....................................................... 2.4. Безопасность земляных работ ............................................................... БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНОМОНТАЖНЫХ РАБОТ .......................................................................... 3.1. Опасные зоны машин и механизмов и их расчет ................................ 3.2. Обеспечение устойчивости грузоподъемного крана ......................... 3.3. Расчет строп для грузоподъемных работ ............................................ 3.4. Обеспечение параметров безопасности транспортных средств ....... 3.5. Расчет вредных веществ, выделяющихся при сварке ....................... ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ........................................................................ 4.1. Расчет защитного заземления передвижной электроустановки ....... 4.2. Расчет сопротивления заземляющего устройства стационарной электроустановки .................................................................................. 4.3. Оценка возможности использования железобетонных фундаментов в качестве заземлителей электроустановок ................. 4.4. Расчет напряженности электрического поля промышленной частоты ................................................................................................... 4.5. Определение значения тока, проходящего через человека под воздействием электрического поля промышленной частоты ........... БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ........... 5.1. Расчет резьбовых соединений ............................................................... 5.2. Защита оборудования от разлетающихся деталей ............................. 5.3. Расчет на прочность сосудов, работающих под давлением ............... 5.4. Предохранительные устройства от механических перегрузок .......... 5.5. Расчет на устойчивость сжатых стоек ................................................. 5.6. Расчет предохранительных клапанов .................................................. 5.7. Безопасность условий эксплуатации компрессорных установок ...... 5 7 8 8 12 13 20 26 26 31 37 43 57 57 65 79 84 91 98 98 104 111 113 120 122 122 136 141 143 147 153 159 3 6. 7. 8. 9. 4 5.8. Расчет выделений вредных веществ в технологических процессах и аварийных ситуациях ...................................................... 5.9. Расчет выделений вредных веществ при эксплуатации автомобилей ........................................................................................... 5.10. Расчет концентраций загрязняющих веществ в рабочей зоне при пуске и эксплуатации газопровода ................................................ 5.11. Выбросы вредных веществ при сжигании органического топлива ................................................................................................... 5.12. Рассеивание в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий ............................................. БЕЗОПАСНОСТЬ РАБОТ НА ТЕПЛОСИЛОВОМ ОБОРУДОВАНИИ ................................................................................... 6.1. Обеспечение безопасных температурных условий на поверхности теплосилового оборудования ......................................... 6.2. Расчет теплового излучения от оборудования .................................... 6.3. Расчет излучения через топочные отверстия ..................................... ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПОМЕЩЕНИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ ................................................. 7.1. Расчет параметров взрыва ................................................................... 7.2. Предохранение оборудования от разрушений при взрывах пыле- и газовоздушных смесей ............................................................ 7.3. Оценка огнестойкости строительных конструкций ........................... 7.4. Эвакуация людей из зданий и сооружений при пожаре ..................... 7.5. Выбор типов и расчет необходимого количества первичных средств пожаротушения ......................................................................... ОБЕСПЕЧЕНИЕ НОРМАТИВНЫХ САНИТАРНОГИГИЕНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ ............. 8.1. Расчет искусственного освещения на рабочих местах ...................... 8.2. Расчет естественного освещения рабочих мест ................................. 8.3. Расчет звукопоглощающих облицовок .............................................. 8.4. Виброизоляция рабочих мест .............................................................. ОЦЕНКА ТЯЖЕСТИ И НАПРЯЖЕННОСТИ ТРУДОВОГО ПРОЦЕССА ............................................................................................... 9.1. Оценка тяжести трудового процесса ................................................... 9.2. Оценка напряженности трудового процесса .................................... Библиографический список ........................................................................ 162 173 176 180 187 194 194 199 206 217 217 227 233 240 254 268 268 279 301 310 319 319 330 342 ПРЕДИСЛОВИЕ Пособие написано в соответствии с программами дисциплин «Производственная безопасность», «Промышленная санитария и гигиена труда», «Безопасность технологических процессов в стройиндустрии» для студентов специальности 280102 «безопасность технологических процессов и производств» (в строительстве и производстве строительных материалов) и слушателей Института повышения квалификации. В пособии рассматриваются вопросы обеспечения безопасности человека в процессе его трудовой деятельности в строительном комплексе и при производстве строительных материалов с позиций организационной и технической защиты на основе расчета опасных и вредных факторов на рабочих местах, формируемых техническими устройствами и средствами производственной среды. Студенты знакомятся с методиками и основами инженерных решений, расчетов опасных и вредных производственных факторов и защиты от них для обеспечения нормативных параметров производственной среды на рабочих местах. Рассмотреть в небольшом пособии подробно все инженерные решения по безопасности в строительстве и стройиндустрии, связанные с производством строительных материалов, проектированием, строительством и эксплуатацией зданий и сооружений, эксплуатацией строительных и грузоподъемных машин и механизмов, сварочного и теплосилового оборудования и др. невозможно. Поэтому авторы надеются, что данное пособие послужит отправной точкой для студентов и слушателей при их дальнейшем более углубленном изучении вопросов безопасности жизнедеятельности и создании безопасных условий на рабочих местах. 5 Предисловие, введение, п. 1 и 4 главы 2, главы 3 и 6, п. 17, 912 главы 5, п. 13 главы 7, п. 4 главы 8 написаны проф. С.А. Караушем. Главы 4 и 8, п. 5 главы 7, п. 13 главы 8 написаны доцентом Г.И. Ковалевым. Глава 1, п. 8 главы 5, п. 4 главы 7 написаны доцентом О.О. Герасимовой. Авторы выражают глубокую признательность рецензентам пособия профессорам А.И. Агошкову и В.П. Латенкову за ценные замечания и пожелания, сделанные при подготовке рукописи. 6 ВВЕДЕНИЕ В Российской Федерации в настоящее время уделяется значительное внимание вопросам безопасности на проиводстве и условиям труда на рабочих местах. Улучшение условий труда и обеспечение безопасных условий на рабочих местах, устранение причин несчастных случаев и профессиональных заболеваний – являются важными государственными задачами. В условиях строительного комплекса, при большой насыщенности его строительными машинами и механизмами и одновременном выполнении большого числа разнообразных работ и технологических операций, обеспечение безопасности трудящихся во многом определяется правильно выбранными и рассчитанными инженерно-техническими решениями и мероприятиями, направленными на обеспечение безопасных условий жизнедеятельности человека. Будущий инженер должен быть готов к решению многообразных задач, связанных с обеспечением производственной безопасности на любом производственном участке. От его знаний и умений, принятых решений и сделанных расчетов будет зависеть жизнь и здоровье работающих на производстве, а во многих случаях  предупреждение аварий и катастроф. 7 1. АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ТРАВМАТИЗМА 1.1. Причины производственного травматизма и методы его анализа Для улучшения условий труда на производстве всегда ставится задача – установить причины и закономерности появления несчастных случаев и профессиональных заболеваний. Этому предшествует отклонение производственного процесса от нормального хода. Причины производственного травматизма В настоящее время при анализе выделяют нижеследующие причины производственного травматизма. 1. Организационные – отсутствие или неудовлетворительное проведение инструктажа и обучения безопасным методам ведения работ; отсутствие проекта производства работ, руководства и надзора за работой; неудовлетворительный режим труда и отдыха; неправильная организация рабочего места, движение пешеходов и транспорта; отсутствие, неисправность или несоответствие условиям работы спецодежды, индивидуальных средств защиты и др. 2. Технические причины подразделяют на три вида: а) конструкторские – несоответствие строительных конструкций, технологического оборудования, транспортных и энергетических устройств требованиям безопасности; несовершенство конструкции монтажной оснастки, ручного и переносного механизированного инструмента; отсутствие или 8 несовершенство оградительных предохранителей и других технических средств безопасности; б) технологические – неправильный выбор оборудования, оснастки грузоподъемных механизмов и средств механизации; нарушение технологического процесса; в) неудовлетворительное техническое обслуживание – отсутствие плановых профилактических осмотров, технических уходов и ремонта оборудования, оснастки и транспортных средств; неисправность ручного и переносного механизированного инструмента. 3. Причины неудовлетворительного состояния производственной среды – неблагоприятные метеорологические условия; неудовлетворительная освещенность; повышенный уровень шума и вибрации; повышенная концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны; наличие вредных облучений и др. 4. Психофизиологические – несоответствие анатоморфологических и психологических особенностей организма человека условиям труда; неудовлетворительный психологический климат в коллективе; алкогольное опьянение и др. Методы анализа производственного травматизма При анализе производственного травматизма с целью установления и устранения вызывающих их причин применяют различные методы: – топографический: состоит в изучении причин несчастных случаев по месту их происшествия. Все несчастные случаи систематически наносят условными знаками на планах производства работ, в результате чего наглядно видны места и производственные участки, где произошли травмы; – статистический: основан на изучении причин травматизма по документам, регистрирующим совершившиеся 9 факты несчастных случаев (акты по форме Н-1) за определенный период времени. Этот метод позволяет получить сравнительную динамику травматизма по отдельным производственным объектам. При углубленном статистическом анализе его проводят по виду работ, где анализируются сведения о пострадавших (профессия, стаж работы, пол, возраст и т.п.) и данные о времени происществия (год, месяц, день недели, смена, час рабочего дня и т.п.); – групповой: основан на изучении повторяющихся несчастных случаев вне зависимости от тяжести повреждения. Имеющийся материал расследования распределяется по группам с целью выявления несчастных случаев, одинаковых по обстоятельствам, происшедших при одинаковых условиях, а также повторяющихся по характеру повреждений. Это позволяет определить наиболее травмоопасные профессии и виды работ; – монографический: включает в себя детальное исследование всего комплекса производственных условий, при которых произошел несчастный случай: трудовой и технологический процессы, рабочее место, основное и вспомогательное оборудование, индивидуальные средства защиты, общие условия производственной обстановки и т.п. [1]. Количественная оценка производственного травматизма Для оценки уровня производственного травматизма используют ряд показателей. Коэффициент частоты травматизма К Ч , представляющий собой количество несчастных случаев, приходящихся на 1000 работающих за определенный период К Ч  1000 10 N , P (1.1) где N – количество несчастных случаев, произошедших в организации за рассматриваемый период; Р – среднесписочный состав работников в организации за рассматриваемый период. Коэффициент тяжести травматизма K T представляет среднюю длительность временной нетрудоспособности, приходящуюся на один несчастный случай, происшедший на производстве KT  D , N (1.2) где суммарное количество дней D – нетрудоспособности по травматизму за рассматриваемый период. Коэффициент частоты несчастных случаев со смертельным исходом К CM представляет собой количество несчастных случаев со смертельным исходом, приходящихся на 1000 работающих, и принимается равным К CM  1000 N CM , P (1.3) где N CM – количество несчастных случаев со смертельным исходом за рассматриваемый период [2]. Пример: Рассчитать коэффициент частоты и коэффициент тяжести травматизма для строительной организации численностью 800 человек, если известно, что за пять лет ее работы произошло 6 несчастных случаев с потерей временной трудоспособности общей продолжительностью 72 дня. Решение: Для определения коэффициентов частоты и тяжести травматизма в организации используем формулы (1.1) и (1.2): 11 К Ч  1000 KT  6  7,5 ; 800 72  12 . 6 1.2. Методы анализа риска Риск – количественная оценка опасности, которая выражается отношением числа тех или иных неблагоприятных последствий к их возможному числу за рассматриваемый период. Применительно к производственной деятельностью используется понятие риска производственного травматизма как количественный показатель безопасности. Он определяет фактическую меру вероятности повреждения здоровья или гибели работающего вследствие воздействия на него опасных производственных факторов при исполнении своих трудовых обязанностей. Риск производственного травматизма во многом определяется квалификацией и обученностью работников действиям в опасной ситуации и их защищенностью. При анализе значение риска не определяется для каждого работника. Это значение может быть определено для группы людей, характеризующихся одинаковым временем нахождения в опасных условиях, например, для бригады отделочников и т.п. Значение риска R можно определить как ожидаемое значение ущерба n, причиненного за промежуток времени , отнесенное к группе людей численностью P человек: R 12 n .   P (1.4) Понятие риска всегда включает два элемента: частоту, с которой осуществляется опасное событие, и последствия опасного события. Оценка риска включает в себя анализ частоты, анализ последствий и их сочетание. Поэтому анализ риска целесообразно рассматривать как часть системного подхода к принятию решения и практических мер в решении задач предупреждения или уменьшения опасности для жизни человека, заболеваний или травм, ущерба имуществу и окружающей среде. Анализ производственного риска рекомендуется проводить поэтапно по следующей схеме:  планирование и организация работ;  идентификация опасностей;  оценка риска;  разработка рекомендаций по уменьшению риска. При планировании и организации работ описываются причины и проблемы, которые вызвали необходимость проведения анализа риска. При идентификации опасностей основной задачей является выявление (на основе информации о безопасности данного объекта, результатов экспертиз и опыта работы подобных систем) и четкое описание всех присущих системе опасностей. В принципе процесс анализа риска может заканчиваться на этапе идентификации опасностей. Только при необходимости после идентификации опасностей можно перейти к другим описанным выше этапам [13]. 1.3. Методы идентификации опасностей Идентификация опасностей может следующими основными методами:  «что будет, если … ?»; производиться 13  проверочного листа;  «дерево отказов»;  «дерево событий»;  эквивалентным. Методы можно применять каждый в отдельности или в дополнении друг к другу. Качественные методы могут включать количественные критерии риска. Полный количественный анализ риска может включать все указанные методы. Методы «что будет, если … ?» и проверочного листа относят к группе качественных методов оценки опасности. Результатом этих методов является перечень вопросов и ответов о соответствии объекта требованиям безопасности и выработанные рекомендации по обеспечению безопасности. Анализ причин несчастных случаев на производстве показывает, что их возникновение, как правило, характеризуется комбинацией случайных локальных событий (неполадки оборудования, человеческие ошибки и т.д.). Для выявления причинно-следственных связей между этими событиями используют логико-графические методы «дерево отказов» и «дерево событий». При анализе методом «дерева отказов» выявляются комбинации неполадок оборудования, ошибок персонала, приводящих к несчастному случаю на производстве. Метод используется для анализа возникновения опасных ситуаций и расчета ее вероятности (на основе знания вероятностей исходных событий). Для анализа развития опасной ситуации используется метод «дерево событий». По этому методу частота каждого сценария развития несчастного случая рассчитывается умножением частоты основного события на вероятность конечного события. Методы анализа «деревьев» наиболее трудоемки и применяются для анализа проектов или модернизации сложных технических систем и производств, и требуют высокой 14 квалификации исполнителей. Поэтому рассмотрим более подробно применение метода «дерево отказов», который используется на производстве для определения причин возникновения отказов оборудования [4]. Метод заключается в построении и анализе модели, представляющей собой логико-вероятностную модель причинно-следственных связей отказов изделия с отказами его элементов и другими событиями. Основной принцип построения «дерева отказов» состоит в последовательной постановке вопросов и дачи ответов, по каким причинам может произойти отказ изделия. Для наглядного представления причинной взаимосвязи с помощью «дерева отказов» используют логические символы и символы событий. Логические символы связывают события в соответствии с их причинными взаимосвязями. Обозначения символов приведены в табл. 1.1, а символы событий в табл. 1.2. Таблица 1.1 Обозначения логических символов Символ логического знака Название логического знака «И» Причинная взаимосвязь Выходное событие происходит, если все входные события случаются одновременно «ИЛИ» Выходное событие происходит, если случается любое из входных событий «ЗАПРЕТ» Наличие входа вызывает появление выхода тогда, когда происходит условное событие 15 Приоритетное «И» Исключающее «ИЛИ» «m» из «n» m Выходное событие имеет место, если все входные события происходят в нужном порядке слева направо Выходное событие происходит, если случается одно (но не оба)из входных событий Выходное событие происходит, если случается «m» из «n» входных событий n Таблица 1.2 Обозначения символов событий Символ события Содержание события Исходное событие, обеспеченное достаточными исходными данными Событие недостаточно детально разработанное Событие, вводимое логическим элементом Условное событие, используемое с логическим знаком «запрет» Событие, которое может случаться или не случаться Символ перехода 16 Схемы применения символов логических знаков и символов событий в зависимости от исходных событий 1,2,…, n в схемах «дерева отказов» показаны на рис. 1.1. и 1.2. А 1 2 … n Рис. 1.1. Применение логического символа «И» A 17 1 2 … n Рис. 1.2. Применение логического символа «ИЛИ» Пример 1: Определить риск R гибели человека в строительном производстве в нашей стране за 1 год, если известно, что ежегодно погибает 600 человек, а численность рабочих составляет 700000 человек. 18 Остановка станка Параметрический отказ Выход из строя электрооборудования 1 2 3 4 5 Г Б Функциональный отказ Выход из строя гидрооборудования 6 7 8 Поломка маслопровода 10 А 11 Д 9 Ж В Выход из строя механической части 12 13 Е 14 15 Заедание шестерни З 16 17 Рис. 1.3. «Дерево отказов» для металлорежущего станка 19 Решение: Для определения риска гибели человека используем формулу (1.4): R 600  8,6  10  4 . 1  700000 Пример 2. Используя метод «дерево отказов», оценить вероятность отказа работы станка сверлильно-расточной группы. Основными движениями у станка являются: главное движение резания, т.е. вращение инструмента и движение подачи резца. Решение. Отказ станка может произойти из-за функционального отказа, явившегося следствием внезапных отказов блоков, узлов, деталей станка, или из-за параметрического отказа, который произойдет, когда будет исчерпана технологическая надежность, как показано на рис. 1.3. Функциональный отказ может иметь место, если будут реализованы приводимые ниже прогнозируемые причинноследственные цепи опасностей, которые вызовут остановку станка:  отказ электродвигателя;  отказ концевого выключателя;  короткое замыкание кабеля на землю;  отказ предохранителя;  короткое замыкание электропровода на корпус;  отказ насоса;  отказ пружины предохранительного клапана;  отказ дросселя;  отказ обратного клапана;  отказ предохранительного клапана;  потеря герметичности в маслопроводе; 20  отказ муфты главного двигателя;  отказ муфты первого вала коробки скоростей;  отказ зубчатых колес коробки скоростей;  отказ ограничителя передвижных зубчатых колес коробки скоростей  остановка станка;  отказ шестерни коробки подач;  отказ муфты сцепления шестерен коробки подач. На основании наших рассуждений построим «дерево отказов» металлорежущего станка, как показано на рис. 1.3. На рис. 1.3 обозначено: 1  отказ электродвигателя; 2  отказ концевого выключателя; 3  короткое замыкание кабеля на землю; 4  отказ предохранителя; 5  короткое замыкание на корпус; 6  отказ насоса; 7  поломка пружины клапана; 8  отказ дросселя; 9  отказ обратного клапана; 10  отказ предохранительного клапана; 11  утечки маслопровода; 12  отказ муфты главного двигателя; 13  отказ муфты первого вала коробки скоростей; 14  отказ зубчатых колес коробки скоростей; 15  отказ ограничителя передвижных зубчатых колес коробки скоростей; 16  отказ шестерен коробки подач; 17  отказ муфты сцепления шестерен коробки подач. 1.4. Основные показатели опасности и риска на производстве Несчастные случаи на производстве (профессиональные заболевания не рассматриваются) в зависимости от последствий принято классифицировать следующим образом: – несчастные случаи со смертельным исходом; – со стойкой утратой трудоспособности (инвалидность); – с временной потерей трудоспособности на 1 и более рабочих дней; 21 – с оказанием только первой помощи без утраты трудоспособности. Характеристику опасности и риска для персонала оценивают числом факторов опасности или исходом несчастных случаев в их взаимосвязи с общими производственными показателями. Наиболее часто используют следующие показатели. Частота несчастных случаев (коэффициент частоты травматизма) К Ч на 1000 занятых работников за определенный период времени (обычно за 1 год, в страховых организациях, как правило, за 3 – 5 лет) может быть рассчитан по формуле (1.1). Коэффициент частоты несчастных случаев со смертельным исходом К CM рассчитывают по формуле (1.3). Частота несчастных случаев на 1 млн эффективных часов работы: H Ч  10 6 N , (1.5) Ч где  Ч – эффективное рабочее время с учетом работы полностью и частично занятых рабочих, ч. Потенциал опасности травмирования рабочих П Т может быть определен по формуле: ПТ  Д P , (1.6) где  Д  общее число дней нетрудоспособности по всем несчастным случаям с различными исходами за определенный период времени; Р  численность работающих. 22 Для расчета коэффициента тяжести травматизма K T используют формулу (1.2). Коэффициент подверженности опасности (угрозы опасности) травмирования работников Д KО  (1.7)  Д или в пересчете на 1 млн часов эффективного рабочего времени K О  10 6 Д , Ч (1.8) где  Д  эффективное рабочее время с учетом работы полностью и частично занятых рабочих, дни. Среднее рабочее время (за год или другой определенный для анализа интервал времени) на одного работника:  CP   ЭД P или  CP   ЭЧ P , (1.9) где  ЭД и  ЭЧ  эффективное рабочее время за определенный для анализа промежуток времени, дни и часы. Класс опасности работ K ОП  1000 В ,  ЗП (1.10) где  В и  ЗП – суммарные возмещения (выплаты) пострадавшим при несчастных случаях, руб. и суммарная заработная плата всех застрахованных работников, руб. за определенный период времени. 23 Значение риска R производственного травматизма может быть рассчитано по формуле (1.4) [5]. Пример. Рассчитать основные показатели опасности и риска производственного травматизма для монтажных работ за пятилетний период работы предприятия при следующих показателях: число несчастных случаев на производстве за 5 лет составило 7, в том числе 2 несчастных случая со смертельным исходом; количество дней нетрудоспособности без учета смертельных исходов составило 84; численность работников  270; заработная плата всех застрахованных работников за 5 лет составила 3402000 руб.; среднедневная заработная плата монтажника  150 руб. Решение. Обозначим исходные данные соответствующими показателями: N = 7; N CМ  2 ;  Д = 84 дн.; Р = 270 чел.; ЗП1  150 руб.,  ЗП = 3402000 руб. Для определения значений основных показателей опасности и риска при проведении монтажных работ воспользуемся вышеприведенными формулами. Коэффициент частоты К Ч без учета несчастных случаев со смертельным исходом за 5 лет работы предприятия (формула (1.1)): K Ч  1000 24 7  25,9 . 270 Коэффициент частоты несчастных случаев со смертельным исходом К CM за 5 лет работы предприятия (формула (1.3)): K СМ  1000 2  7,4 . 270 Потенциалы опасности травмирования рабочих без учета П T (формула (1.6)) и с учетом несчастных случаев со смертельным исходом П Т.СМ : 84  0,3 ; 270   Д 7500  2  84   55,9 , 270 ПT  П Т.СМ  7500  N СМ Р где последствия несчастного случая со смертельным исходом, согласно рекомендации Международной организации труда (МОТ), условно приравнены к 7500 дням потери трудоспособности. Коэффициент тяжести травматизма K T рассчитаем по формуле (1.2): 84 KT   12 . 7 Коэффициент тяжести травмирования рабочих при летальном исходе: ПT  7500  N СМ   Д N  7500  2  84  2155 . 7 Класс опасности работ (формула (1.10)) 25 K ОП  1000 12600  3,7 , 3402000 где сумма выплат пострадавшим составляет  В  ЗП 1   Д  150  84  12600 руб. Риск производственного травматизма R и риск травматизма со смертельным исходом RСМ могут быть рассчитаны по формуле (1.4): R 7 2  5,18  10 3 ; RСМ   1,48  10 3 , 5  270 5  270 где  = 5 лет. 26 2. ОХРАНА ТРУДА НА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКЕ 2.1. Расчет на прочность средств подмащивания При проведении строительных, ремонтных и прочих работ на высоте более 2 м используют лестницы и средства подмащивания  леса, которые должны обладать собственной устойчивостью. Воздействия нагрузок на средства подмащивания в процессе производства работ не должны превышать расчетных по проекту. В случае необходимости передачи на леса и подмости дополнительных нагрузок (от машин для подъема материалов, грузоподъемных площадок и т.п.) их конструкция должна быть проверена на эти нагрузки. Проверка прочности средств подмащивания и их отдельных элементов проводят расчетными или экспериментальными методами. При работе средств подмащивания, для изготовления которых обычно используется древесина, отдельные их элементы (балки, доски настила и т.п.) работают на изгиб. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние ─ растяжения вдоль волокон. Примерно по середине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной. Не вдаваясь в теорию расчета элементов на изгиб, с которой можно ознакомиться в справочной литературе [6], 27 приведем инженерный метод расчета балки. Условие прочности балки при изгибе заключается в том, что максимальное нормальное напряжение в опасном сечении не должно превосходить допускаемое. Расчетная формула при проверке на прочность при изгибе имеет вид M (2.1) σ  И.MAX  σ , W где σ  нормальное напряжение в опасном сечении, Па; M И.MAX  максимальный изгибающий момент, Нм; W  момент сопротивления изгибу, м3; σ  допускаемое напряжение на изгиб, Па. Таблица 2.1 Основные усредненные показатели физико-механических свойств древесины при влажности 15% Порода Предел прочности , МПа Плотпри при при ность, сжатии растяжени статическо кг/м3 вдоль и вдоль м изгибе волокон волокон Модуль упругости Е при статическом изгибе, ГПа Лиственница сибирская 640 55,3 96,4 118,6 14,6 Ель 450 39,0 70,3 100,3 9,3 Пихта сибирская 380 34,4 60,3 65,6 8,7 Сосна обыкновенна 470 39,6 71,8 84,1 11,9 я Береза бородавчатая и пушистая 640 46,7 96,7 161,0 14,0 Пр и меча ни е . В таблице приведены усредненные показатели. 28 При расчетах средств подмащивания необходимо учитывать влияние влажности используемой древесины, т.к. влажность в значительной степени влияет на механические свойства древесины. При высыхании показатели механических свойств древесины улучшаются, а при увлажнении – ухудшаются. Поэтому для сравнения результатов испытания деревянных элементов полученные показатели необходимо приводить к стандартному состоянию древесины при 15% влажности. Основные усредненные показатели физикомеханических свойств древесины различных пород дерева приведены в табл. 2.1. Значения показателей физикомеханических свойств древесины для более точных инженерных расчетов и учетом условий эксплуатации ее в конструкциях можно найти в [7]. Моменты сопротивления изгибу наиболее распространенных сечений могут быть найдены по формулам:  для прямоугольника сечением bxh (рис. 2.1), расположенного на «ребро» W  δ  b2 ; 6  для прямоугольника расположенного «плашмя» сечением b  δ2 W  ; 6 (2.2) bx (рис. 2.1), (2.3)  для круга диаметром d W πd3 ; 32 (2.4) 29  для трубы наружным диаметром D и внутренним диаметром d W π  (D 4  d 4 ) , 32  D (2.5) где размеры для балки прямоугольного сечения с разным расположением показаны на рис. 2.1.  b Н.О. b  Рис. 2.1. Профиль сечения балки: н.о. – нейтральная ось Прочность древесины при длительных постоянных нагрузках важно знать в связи с применением её в строительных конструкциях. Показателем этого свойства является предел длительного сопротивления σ ДС , который в среднем для всех видов нагрузки составляет примерно 0,50,6 величины предела прочности при кратковременных статических испытаниях, значения которых даны в табл. 2.1. При проектировании деревянных конструкций в расчётах используют не пределы прочности малых образцов древесины, а в несколько раз меньшие показатели  расчётные 30 сопротивления. Они учитывают большие размеры элементов конструкций, наличие пороков древесины, длительность действия нагрузки, влажность, температуру и другие факторы Пример. Определить максимальную силу, приложенную локально, которую выдержит лежащая плашмя сосновая доска размерами 200х50 мм. Доска свободно лежит на двух опорах, как показано на рис. 2.2. При расчетах принять, что предел прочности древесины при длительных постоянных нагрузках σ ДС = 0,5. Решение. Рассчитаем по формуле (2.3) момент сопротивления изгибу для доски прямоугольным сечением bx, лежащей плашмя, м3 W 0,2  0,05 2  8,33  10 5 . 6 Р 50 3000 Рис. 2.2. Расчетная схема Из формулы (2.1) несложно получить соотношение для определения максимального изгибающего момента, Нм M И.MAX  W  σ  8,33  10 5  71,8  10 6  5981 , где допускаемое напряжение на изгиб σ  71,8  10 6 Па взято из табл. 2.1. 31 Учитывая, что предел прочности древесины при длительных постоянных нагрузках и для наших условий σ ДС , то максимальный изгибающий момент составит, Нм M MAX  M И .MAX  σ ДС  5981  0,5  2990 . Максимальная сила, которая может быть приложена к доске в соответствии с рис 2.1, будет, Н P M MAX 2990   1993 , l 1,5 где l  расстояние от точки приложения силы до опоры, на которой лежит доска, l = 1,5 м. 2.2. Расчет освещения строительной площадки Электрическое освещение строительных площадок осуществляют с помощью стационарных и передвижных инвентарных установок. Для прожекторного освещения используют мачты высотой от 10 до 50 м, выполненные из дерева, металла, железобетона и сплавов алюминия. Для всех строительных площадок и участков, где работы выполняются в темное время суток, предусматривается устройство рабочего освещения. Общее равномерное освещение строительной площадки в соответствии с ГОСТ 12.1.045-84 [8] должно быть не менее 2 лк, за исключением автодорог. Для охраны строительной площадки из рабочего освещения выделяют часть осветительных установок, которые могут обеспечить на уровне земли освещенность не менее 0,5 лк. 32 Если общее равномерное освещение составляет менее 2 лк, то к нему должно быть добавлено локализованное освещение в соответствии с рекомендациями табл. 2.2. Эвакуационное освещение предусматривается в местах основных путей эвакуации людей, а также в местах прохода, связанных с опасностью травматизма. Освещенность внутри строящегося зданий должна составлять не менее 0,5 лк, вне здания – 0,2 лк. Т абл и ца 2 .2 Нормы освещенности участков строительных площадок и работ [8] Участки строительных площадок Погрузка, установка, подъем строительных конструкций кранами Сборка и монтаж строительных механизмов Земляные работы, кроме устройства траншей Устройство траншей Наименьшая освещенность, лк Плоскость и уровень поверхности, на которой нормируется освещенность Г, на площадке работ В, на крюке крана 10 50 10 5 10 Г, по всей высоте сборки В, по всей высоте забоя Г Г, на уровне траншеи В, на высоте траншеи Г и В, на всех уровнях Установка опалубки, лесов и ограждений 30 Бетонирование: конструкций 30 Г и на поверхности крупных массивов 10 укладки бетона Кладка из крупных бетонных Г, на уровне кладки блоков, кирпичная кладка 10 В, на уровне стены Подходы к рабочим местам 5 Г Пр и меча ни е . Г и В – горизонтальная и вертикальная плоскости 33 Аварийное освещение устраивают в местах производства работ по бетонированию особенно ответственных конструкций в тех случаях, когда перерыв в укладке бетона недопустим. При этом освещенность бетонирования железобетонных конструкций должна быть 3 лк, а на участках бетонирования массивов – 1 лк. Источниками света при выполнении работ на строительных площадках могут быть:  лампы накаливания (ЛН), при ширине площадки до 20 м;  дуговые ртутные лампы (ДРЛ) и дуговые неоновые трубчатые лампы (ДНаТ), при ширине площадки от 20 до 150 м;  дуговые ртутные с излучающими добавками лампы (ДРИ), при ширине от 150 до 300 м;  дуговые неоновые трубчатые (ДКсТ) или шаровые (ДКсШ) лампы, при ширине площадки более 300 м. При размещении осветительных приборов на строительных площадках необходимо учитывать, что нормативная освещенность должна быть обеспечена минимальным числом приборов, при этом должно быть удобно их эксплуатировать. Применение прожекторного освещения для строительных площадок имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с освещением светильниками: экономичность, благоприятное для объемного видения соотношение вертикальной и горизонтальной освещенности, меньшая загруженность территории столбами и воздушной проводкой, а также простота обслуживания осветительной установки. Расчет прожекторного освещения обычно проводят для определения типа прожектора, необходимого их количества, высоты, места и угла наклона оптической оси в вертикальной и 34 горизонтальной плоскостях, обеспечивающих заданную нормативную освещенность мест производства работ. Для освещения строительных площадок рекомендуется применять типы прожекторов, приведенные в табл. 2.3. В практике проектирования прожекторного освещения используются различные методы: метод компоновки изолюкс; метод кривых равных значений относительной освещенности; метод по мощности прожекторной установки и другие, с которыми можно ознакомиться в специальной литературе [2, 9]. Метод по мощности прожекторной установки как наиболее простой нашел более широкое применение на практике. Он рекомендован ГОСТ 12.1.046-85 [7]. 35 Таблица 2.3 Типы прожекторов, рекомендуемых для освещения строительных площадок [2] Прожектор ПСМ-5-1 ПСМ-40-1 ПСМ-30-1 ПЗР-400 ПЗР-250 ПЗС-45 ПЭС-35 ПКН-1500-1 ПКН-1000-1 ИСУ 01х2000/ К-63-01 ОУКсН-20000 СКсН-10000 Пр и меча ни е . 36 Лампа Г220-1000 ДРЛ-700 Г220-50 Г220-200 ДРЛ-400 ДРЛ-250 Г220-1000 ДРЛ-700 Г220-500 КГ220-1500 КГ220-1000-5 КГ220-5000-1 Максим альная сила света, ккд 120 52 70 33 19 11 130 30 50 90 52 Максимальная допустимая высота установки прожекторов, м, при нормируемой освещенности 2 лк 0,1 1 2 3 5 10 30 50 35 23 25 18 14 10 35 17 22 30 23 28 19 21 15 11 8 29 14 18 25 19 22 14 17 11 8 6 22 11 14 20 14 20 13 15 10 8 6 20 10 13 17 13 17 11 13 9 7 5 18 8 11 15 11 13 8 10 7 5 4 13 6 8 11 8 7 5 5 4 3 3 7 4 5 6 5 6 4 4 3 3 3 6 3 4 5 4 Угол рассеяния 2β Г , 2β B , град град 21 21 74 90 19 19 16 16 60 60 60 60 26 24 100 100 21 19 20 17   71 26 22 17 15 13 10 6 5 104 70 ДКсТ-20000 650 65 50 45 40 30 25 25 95 10  ДКсТ-10000 165 40 33 25 23 20 15 15 15 137 24 2β Г и 2β B  полные углы рассеяния света в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Сущность метода заключается в следующем. При известных размерах строительной площадки и нормируемой освещенности на ней ориентировочное число прожекторов N может быть определено по формуле N  m  EH  k  A , PЛ (2.6) где m – коэффициент, учитывающий световую отдачу источника света, определяемый по табл. 2.4; нормируемая освещенность горизонтальной EH – поверхности площадки, лк; коэффициент запаса, принимаемый для ламп k– накаливания (ЛН) равным 1,5, и для газоразрядных ламп – 1,7; A – освещаемая площадь, м2; PЛ – мощность лампы, Вт. Таблица 2.4 Ориентировочное значение коэффициента Лампа ЛН Тип прожектора ПЗС, ПСМ ГЛН ПКН, ИСУ ДРЛ ПЗС, ПСМ ДРИ ПЗС, ПСИ ДКсТ-20000 ОУКсН (Н=30 м) Ширина освещаемой площадки, м 75…150 175…300 75…125 75…250 275…350 75…150 175…350 150…175 200…350 m Значение коэффициента m при расчетной освещенности площадки, лк 0,5…1,5 2…30 0,90 0,30 0,50 0,25 0,50 0,25 0,25 0,13 0,30 0,15 0,30 0,10 0,16 0,06 0,75 0,50 0,50 0,40 37 Минимальная высота установки прожекторов над освещенной поверхностью может быть рассчитана по формуле, м I MAX , (2.7) 300 где I MAX – максимальная сила света, кд, определяемая по табл. 2.2. hП  Пример. Для строительной площадки размерами 100х200 м необходимо спроектировать общее равномерное освещение. Решение. Для освещения площадки в соответствии с рекомендациями ГОСТ 12.1.046-85 [7] выберем к установке четыре прожекторных вышки, расположенных по углам площадки. С учетом рекомендаций табл. 2.2 и 2.4, вышеприведенных рекомендаций по источникам света принимаем к установке прожектора типа ПЗС-45 с дуговыми ртутными лампами типа ДРЛ-700. Нормативная освещенность строительной площадки составляет E H = 2 лк. Тогда для ее обеспечения ориентировочное число прожекторов N может быть определено по формуле (2.1) N  0,13  2  1,7  20000  12,6 , 700 где m = 0,13 ( из табл. 2.3); k = 1,7 (пояснения к формуле 2.6)); A  100  200  20000 м2; PЛ = 700 Вт (следует из маркировки лампы). Принимаем к установке 12 прожекторов, по 3 прожектора на каждой мачте. 38 Минимальную высоту установки прожекторов на мачтах определим по формуле (2.7), м 30000 hП   10 , 300 где I MAX = 30000 кд (по табл. 2.2). 2.3. Расчет зон защиты молниеотводов Разряды атмосферного электричества (молнии) способны вызывать взрывы, загорания и разрушения наземных объектов, все это требует разработки специальной системы защитных мер безопасности от действия молний. Молниезащитой называется комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от возможных взрывов, загораний и разрушений, вызванных электрическим, тепловым или механическим воздействием молний. Одним из основных нормативных документов в области защиты сооружений и объектов от воздействия молний является Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122-87 [10]. Основные сведения о молниезащите Молниеотвод  устройство, воспринимающее удар молнии и отводящее ее ток в землю. В общем случае молниеотвод состоит из опоры, молниеприемника, непосредственно воспринимающего удар молнии, токоотвода, 39 по которому ток молнии передается в землю, и заземлителя, обеспечивающего растекание тока молнии в земле. Зона защиты молниеотвода  пространство, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с надежностью не ниже определенного значения. Зона защиты типа А обладает надежностью 99,5% и выше, а типа Б  95 % и выше. Конструктивно молниеотводы разделяются на следующие виды:  стержневые  с вертикальным расположением молниеприемника;  тросовые (протяженные)  с горизонтальным расположением молниеприемника, закрепленного на двух заземленных опорах;  сетки  многократные горизонтальные молниеприемники, пересекающиеся под прямым углом. В соответствии с рекомендациями РД 34.21.122-87 [10] здания и сооружения делятся на три категории, отличающиеся по тяжести возможных последствий поражения молнией. К I категории отнесены производственные помещения, в которых в нормальных технологических режимах могут находиться и образовываться взрывоопасные концентрации газов, паров, пылей, волокон. Любое поражение молнией, вызывая взрыв, создает повышенную опасность разрушений и жертв не только для данного объекта, но и для близко расположенных. Во II категорию попадают производственные здания и сооружения, в которых появление взрывоопасной концентрации происходит в результате нарушения нормального технологического режима, а также наружные установки, содержащие взрывоопасные жидкости и газы. К III категории отнесены объекты, последствия поражения которых связаны с меньшим материальным ущербом, чем при 40 взрывоопасной среде. Сюда входят здания и сооружения с пожароопасными помещениями или строительными конструкциями низкой огнестойкости, причем для них требования к молниезащите ужесточаются с увеличением вероятности поражения объекта (ожидаемого количества поражений молнией). Молниеотводы разделяются на отдельно стоящие, обеспечивающие растекание тока молнии, минуя объект, и установленные на самом объекте. При этом растекание тока происходит по контролируемым путям так, что обеспечивается низкая вероятность поражения людей (животных), взрыва или пожара. Установка отдельно стоящих молниеотводов исключает возможность термического воздействия на объект при поражении молниеотвода; для объектов с постоянной взрывоопасностью, отнесенных к I категории, принят этот способ защиты, обеспечивающий минимальное количество опасных воздействий при грозе (рис. 2.3 и 2.4). Указанные на рисунках расстояния, не должны быть менее рекомендованных Инструкцией РД 34.21.122-87. Чаще всего речь идет о расстояниях около четырех метров. 41 1 h S S 2 Рис. 2.3. Защита объекта отдельно стоящим стержневым молниеотводом: 1  защищаемый объект; 2  подземные металлические коммуникации Для объектов II и III категорий, характеризующихся меньшим риском взрыва или пожара, в равной мере допускается использование отдельно стоящих молниеотводов и молниеотводов, установленных непосредственно на защищаемом объекте. 42 SВ1 h SВ SЗ 2 Рис. 2.4. Защита объекта отдельно стоящим тросовым молниеотводом: обозначения те же, что и на рис. 2.3 Молниеотвод состоит из следующих элементов: молниеприемника, опоры, токоотвода и заземлителя. Однако на практике они могут образовывать единую конструкцию, например, металлическая мачта или ферма здания представляет собой молниеприемник, опору и токоотвод одновременно. Стержневые и тросовые молниеотводы могут быть как отдельно стоящие, так и установленные на объекте. Порядок расчета зон защиты Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h представляет собой круговой конус (рис. 2.5), вершина которого находится на высоте hо< h. На уровне земли зона защиты образует круг радиусом rо. Горизонтальное 43 сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения hX представляет собой круг радиусом rX . Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов высотой h < 150 м имеют следующие габаритные размеры, м: зона А: ho  0,85  h ; ro  (1,1  0,002  h)h ; rX  (1,1  0,002  h)( h  зона Б: ho  0,92  h ; hX ); 0,85 ro  1,5  h ; rX  1,5(h  (2.8) hX ). 0,92 (2.9) Для зоны Б высота одиночного стержневого молниеотвода при известных значениях hX и rX может быть определена по формуле, м h rX  1,63  h X . 1,5 (2.10) Методика расчета зон защиты одиночного тросового молниеотвода приведена в [9] и здесь не рассматривается. Пример. Рассчитать размеры зоны защиты с надежностью типа Б одиночного стержневого молниеотвода высотой h = 25 м. Расчеты произвести для зоны на поверхности земли и для высоты hX = 12 м. Рассматриваемый молниеотвод (рис. 2.5) размещен на расстоянии 4 м от середины большей стороны прямоугольного здания с высотой h=12 м, длиной l=10 м, шириной a=8 м. 44 hX h0 h rX b l r0 2 1 Рис. 2.5. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода: 1  граница зоны защиты на уровне hx; 2  то же на уровне земли Определить максимальную высоту hо, на которой данный молниеотвод обеспечивает защиту с заданной надежностью. Решение. Используя формулы (2.9), определим габаритные размеры зоны защиты, м: 45 12 )  18 . 0,92 Покажем на рис. 2.5 в масштабе рассчитанные размеры зон защиты молниеотвода. Заштрихованная область обозначает защищаемое здание. Как видно из рисунка, защищаемый объект на высоте крыши полностью попадает в зону защиты молниеотвода, т.е. здание защищено. ho  0,92  25  23 ; ro  1,5  25  37,5 ; rX  1,5(25  2.4. Безопасность земляных работ При наличии опасных и вредных производственных факторов безопасность земляных работ должна быть обеспечена на основе выполнения содержащихся в организационно-технологической документации следующих решений по охране труда:  определение безопасной крутизны незакрепленных откосов котлованов, траншей (далее  выемки) с учетом нагрузки от машин и грунта;  определение конструкции крепления стенок котлованов и траншей. Производство работ, связанных с нахождением работников в выемках с вертикальными стенками без крепления в песчаных, пылевато-глинистых и талых грунтах выше уровня грунтовых вод и при отсутствии вблизи подземных сооружений, допускается при их глубине не более [11], м: 1,0  в неслежавшихся насыпных и природного сложения песчаных грунтах; 1,25  в супесях; 1,5  в суглинках и глинах. При среднесуточной температуре воздуха ниже минус 2 оС допускается увеличение наибольшей глубины вертикальных стенок выемок в мерзлых грунтах, кроме 46 сыпучемерзлых, по сравнению с вышеназванными величинами на высоту промерзания грунта, но не более чем 2 м. Производство работ, связанных с нахождением работников в выемках с откосами без креплений в насыпных, песчаных и пылевато-глинистых грунтах выше уровня грунтовых вод (с учетом капиллярного поднятия), или грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, допускается при глубине выемки и крутизне откосов, указанных в табл. 2.5. Крутизна откосов выемок глубиной более 5 м во всех случаях и глубиной менее 5 м при сложных гидрологических условиях и видах грунтов, не указанных в табл. 2.5, а также откосов, подвергающихся увлажнению, должны устанавливаться проектом. Т абл и ца 2 .5 Минимально необходимая крутизна откосов (углов, град) при разработке грунтов [11] Виды грунтов Крутизна откоса (отношение его высоты Н к заложению а) при глубине выемки Н, м, не более 1,5 3,0 5,0 1. Насыпные неслежавшиеся 1:0,67 (=56о) 1:1 (=45о) 1:1,25 (=39о) о о 2. Песчаные 1:0,5 (=63 ) 1:1 (=45 ) 1:1 (=45о) 3. Супесь 1:0,25 (=76о) 1:0,67 (=56о) 1:0,85 (=50о) 4. Суглинок 1:0 (=90о) 1:0,5 (=63о) 1:0,75 (=53о) о о 5. Глина 1:0 (=90 ) 1:0,25 (=76 ) 1:0,5 (=63о) 6. Лессовые 1:0 (=90о) 1:0,5 (=63о) 1:0,5 (=63о) Пр и меча ни я : 1. При напластовании различных видов грунта крутизну откосов назначают по наименее устойчивому виду от обрушения откоса. 2. К неслежавшимся насыпным относятся грунты с давностью отсыпки до двух лет  для песчаных; до пяти лет  для пылевато-глинистых грунтов. 47 Конструкция крепления вертикальных стенок выемок глубиной до 3 м в грунтах естественной влажности должна быть, как правило, выполнена по типовым проектам. При большей глубине, а также сложных гидрогеологических условиях крепление должно быть выполнено по индивидуальному проекту. При установке креплений верхняя часть их должна выступать над бровкой выемки не менее чем на 15 см. Расчет откоса на устойчивость В основу расчета плоских откосов связных грунтов (суглинок, супесь) на устойчивость положена теория устойчивости горных пород. Для проведения необходимых инженерных расчетов должна быть задана геометрия выемки. Наиболее часто при расчетах используется выемка с геометрией, как показано на рис. 2.6. Н а Выемка Грунт  Рис. 2.6. Геометрия выемки 48 Принимая, что в момент предельного равновесия сила массы съезжающего связного грунта края выемки будет уравновешиваться силами сцепления и трения в плоскости между неподвижным грунтом и съезжающей часть, можно установить аналитическую зависимость между глубиной выемки H с вертикальными стенками ( = 90о) и характеристиками грунта в виде [12]: H 2 C '  cos φ ' , g  ρ  (1  sin φ ' ) (2.11) где H  глубина выемки, м; C '  приведенное значение удельного сцепления грунта, определяемое по формуле, Па C'  C ; K УС (2.12) C  нормативное значение удельного сцепления грунта, Па, принимаемое по табл 2.6; K УС  коэффициент устойчивости, при расчетах может быть принят в пределах от 1,1 до 1,3 [19]; g  ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2; φ  предельный угол естественного откоса, град  tg φ   ; (2.13) φ '  arctg  K  УС  ρ плотность грунта, кг/м3: для наиболее распространенных нескальных грунтов ρ =13002200 кг/м3, для 49 скальных грунтов ρ = 18003000 кг/м3. При расчетах плотность грунта может быть определена с учетом его типа и влажности или экспериментальным путем; φ  угол внутреннего трения, значения которого приведены в табл. 2.6. Таблица 2.6 Нормативные значения удельных сцеплений С, кПа, и углов внутреннего трения φ , град, для различных грунтов [12] Вид грунта Характер истика Гравелистый и крупный песок Песок средней крупности φ Песок мелкий φ Песок пылеватый φ Супесь φ Суглинок φ Глина φ С С φ С С С С С Значения С и φ при коэффициенте пористости е 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 2 43 3 40 6 38 8 36 1 40 2 38 4 36 6 34 0 38 1 35 2 32 4 30     0 28 2 26 1921 2830 3947 2426   1517 2629 3437 2325 81 21 1315 2427 2531 1924 4568 1520 1113 2124 2025 1823 4154 1419         9 18 1622 1622 3647 1218 Расчет крутизны плоского откоса (максимально допустимый угол наклона откоса ) может быть произведен при глубине выемки до 5 м по номограмме, изображенной на рис. 2.7. Для этого необходимо рассчитать коэффициент сцепления грунта 50 K СЦ С' ,  g ρ H (2.14) и по найденному (формула (2.13)) предельному углу естественного откоса φ ' (рис. 2.7) определить максимально допустимый угол наклона откоса . K СЦ , град Рис. 2.7. Максимально допустимый угол наклона плоского откоса [12] 51 При расчете максимально необходимого угла крутизны плоского откоса всегда следует учитывать, что в случае, если определенный по рис. 2.7 угол откоса  получится больше, чем приведенный в табл. 2.5, то для проектируемого откоса должен быть взят меньший угол , т.е. соответствующий меньшей крутизне откоса. Крепление вертикальных стенок выемок Выбор типа и конструктивного исполнения креплений стенок вертикальных выемок зависит от ее глубины и ширины, типа грунта и др. Некоторые типы устройства креплений показаны на рис. 2.8. При глубине выемок до 3 м в грунтах естественной влажности рекомендуется применять инвентарные крепления, выполненные по типовым проектам [11], при большей глубине или сложных гидрогеологических условиях крепление должно быть выполнено по индивидуальному проекту. При проектировании неинвентарных креплений откосов выемок используют доски толщиной 4050 мм. Все элементы креплений подлежат специальному расчету, с которым можно ознакомиться в специальной литературе [9, 12]. За внешнюю нагрузку, действующую на элементы неинвентарных креплений, принимают удельное боковое давление грунта σ 2.MAX , которое может быть рассчитано по формуле для связных грунтов [9], Па  2C  , σ 2.MAX  g  ρ  θ 2   H  g  ρ  θ   для несвязных грунтов, Па 52 (2.15) σ 2.MAX  g  ρ  θ 2  H , (2.16) φ  где θ  tg  45 o   . 2  5 6 2 h Н Н 1 б а 2 1 3 Н 7 в Рис. 2.8. Устройство креплений стенок вертикальных выемок: а  с деревянными распорками; б  анкерное; в  подкосное: 1  доски ограждения; 2  вертикальная стойка; 3  бобышка для упора; 4  деревянная распорка: 5  анкер; 6  стяжка; 7  подкос 53 Расчет толщины досок δ , устанавливаемых горизонтально и необходимых для крепления вертикальных стенок выемки, может быть выполнен исходя из условия их прочности с использованием соотношения M РАСЧ  10 6  K УЭ  σ И   WИ , (2.17) где M РАСЧ  расчетный максимальный изгибающий момент в сечении элемента крепления – доски, Нм M РАСЧ  0,1  σ 2.MAX  l 2  b ; (2.18) K УЭ  коэффициент условий эксплуатации, значения его приведены в табл. 2.8; σ И   допустимое сопротивление древесины доски на изгиб (табл. 2.1), МПа; расчетный момент сопротивления изгибу WИ  3 поперечного сечения доски (см. п. 2.1), м WИ  b  δ2 ; 6 (2.19) b и δ  ширина и толщина доски, м; l  ширина пролета (шаг) между вертикальными стойками, крепящими доски, м. При расчетах расстояние между стойками следует принимать не более 1,5 м одна от другой. Для вертикальных стоек крепления стенок выемок обычно применяют деревянный брус размерами bx. Расчет вертикальных стоек проводится исходя из условия работы стойки на изгиб в соответствии с уравнением (2.17). Работа стойки в конструкции рассматривается как работа шарнирноподвижной однопролетной балки, нагруженной линейно 54 распределенной нагрузкой σ 2.MAX . Расчетный изгибающий момент для стойки будет, Нм M РАСЧ  0,064  σ 2.MAX  h 2  l , (2.20) где h  расстояние по вертикали между горизонтальными распорками, м. Таблица 2.8 Коэффициент условий эксплуатации [7] Условия эксплуатации Во влажной зоне, при соприкосновении с грунтом или находящихся в грунте Постоянно увлажненных или находящихся в воде Коэффициент K УЭ 0,85 0,75 Горизонтальные распорки (используется брус или круглый лес) между двумя противоположными стойками по вертикали выемки устанавливаются на расстоянии не более чем 1 м одна от другой. Распорка работает на восприятие активного давления грунта как центрально сжатый элемент постоянного сечения, и условие устойчивости при этом имеет вид N РАСЧ.P  10 5  K УЭ  σ СЖ  , FРАСЧ.P (2.21) где N РАСЧ.P  расчетная продольная сила, равная продольному горизонтальному усилию, воспринимаемому распоркой на уровне подошвы выемки, Н 55 N РАСЧ.P  σ 2.MAX  H l, 3 (2.22) FРАСЧ.P  расчетная площадь поперечного сечения распорки, м2; σ СЖ   допустимое сопротивление древесины распорки на сжатие (табл. 2.1), МПа. При расчете анкерного крепления (рис. 2.8, б), когда известны размеры поперечного сечения стойки, поперечные размеры стяжки могут быть определены из условия N РАСЧ.CT  10 5  K УЭ  σ P , FРАСЧ.CT (2.23) где N РАСЧ.CT  расчетная продольная сила, воспринимаемая стяжкой, Н N РАСЧ.CT  σ 2.MAX  H l, 6 (2.24) FРАСЧ.CT  расчетная площадь поперечного сечения стяжки, м2; σ P   допустимое сопротивление древесины на растяжение (табл. 2.1), МПа. При расчете подкосного крепления (рис. 2.8, в), когда известны размеры поперечного сечения стойки, размеры самого подкоса в сечении могут быть определены с использованием формулы N РАСЧ.П  10 5  K УЭ  σ P  , FРАСЧ.П 56 (2.25) где N РАСЧ.П  расчетная продольная сила, воспринимаемая подкосом, Н N РАСЧ.П  σ 2.MAX  H l, 4 (2.26) FРАСЧ.П  расчетная площадь поперечного сечения подкоса, м2. Пример. Определить размеры плоского откоса для выемки глубиной Н = 6 м в слое супеси. Решение. Принимаем в соответствии с рекомендациями данного параграфа расчетные характеристики супеси: ρ = 2000 кг/м3; удельное сцепление С = 14 кПа и угол внутреннего трения  φ = 26о (табл. 2.6). Для условий задачи примем значение коэффициента устойчивости K УС =1,2. Приведенное удельное сцепление грунта с учетом коэффициента запаса устойчивости составит в соответствии с формулой (2.12), кПа C'  C 14   11,7 . K УС 1,2 Предельный угол естественного откоса в соответствии с формулой (2.13) составит, град  tg26 o φ  arctg   1,2 '    20 .  57 Тогда коэффициент сцепления грунта (формула (2.14)) K СЦ  11,7  1000  0,099 . 9,8  2000  6 Используя найденные значения φ '  20 o и K СЦ  0,099 по рис. 2.7, найдем максимально допустимый угол наклона откоса  = 55о. Если воспользоваться табл. 2.5, то для супеси при глубине выемки 5 м максимально допустимый угол наклона откоса составит  = 50о. Окончательно принимаем угол откоса выемки 50о. Пример. Подобрать конструкцию горизонтальной деревянной стяжки анкерного крепления (рис. 2.8, б) стенки траншеи глубиной 4 м в несвязном грунте – песок мелкий. Коэффициент пористости песка принять 0,65, плотность – 2000 кг/м3. Стяжка выполнена из сосны. Расстояние между стойками l принято равным 1,2 м, расстояние по вертикали между горизонтальными распорками h = 1 м. Решение. По табл. 2.8 примем, что коэффициент условий эксплуатации K УЭ =0,85. Используя формулу (2.16), рассчитаем удельную нагрузку на крепление для несвязных грунтов, Па σ 2.MAX  9,8  2000  0,554 2  4  24060 , 58 32   где С = 2 кПа и φ = 32о (табл. 2.6), θ  tg  45 o    0,554 . 2   Расчетная продольная сила, воспринимаемая стяжкой, Н 24060  4 N РАСЧ.CT  1,2  19260 . 6 Используем для расчета площади поперечного сечения стяжки условие (2.23), м2 FРАСЧ.СТ  N РАСЧ.CT 19260  5  3,05  10 3 , 10  K УЭ  σ И  10  0,75  84,1 5 где σ P  = 84,1 МПа (табл. 2.1). Зная площадь поперечного сечения стяжки, легко рассчитать длины сторон в сечении применяемого бруса или диаметр применяемой круглой стяжки. Например, приняв, что используется брус квадратного сечения, можно определить ширину его стороны b, мм b  FРАСЧ.СТ  3050  55,2 . С учетом возможного ослабления сечения стяжки во время эксплуатации принимаем к установке брус с шириной стороны минимум 60 мм. 59 3. БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНЫХ РАБОТ 3.1. Опасные зоны машин и механизмов и их расчет При работе различных строительно-дорожных машин и механизмов, производстве монтажных работ возникают постоянные или переменные опасные зоны. Опасной называют зону, в которой постоянно действуют или периодически возникают факторы, создающие yгрозу для жизни и здоровья человека. Эти зоны существуют вблизи движущихся или вращающихся деталей, вокруг открытых токоведущих частей и т.п. Постоянные опасные зоны находятся у подвижных частей оборудования при наличии определенной закономерности их перемещения во время pa6oты (пространство около приводного ремня, находящиеся под напряжением электроустановки и т.п.). Переменные опасные зоны существуют около источников опасности, которые во времени изменяют свое направление в соответствии с создавшимися условиями и режимами выполнения операций трудового процесса, а также свойствами материалов (движущаяся машина, работающий кран и т.п.). Границы постоянных опасных зон можно легко определить, так как они не меняются в процессе выполнения работ. Границы переменных зон изменяются во времени и пространстве. Поэтому для создания безопасных условий труда задача инженера  найти эти зоны, в пределах которых возможно воздействие на человека опасных производственных факторов эксплуатируемых машин и оборудования. Опасная зона при работе на высоте Работой на высоте считается работа, при выполнении которой работник находится на расстоянии менее 2 м от неогражденных перепадов по высоте 1,3 м и более [14]. 60 При невозможности устройства ограждения работы должны выполняться с применением предохранительного пояса и страховочного каната. Опасная зона при строительстве объекта При перемещении грузов подъемными кранами, при работах, вблизи строящегося здания, границы опасных зон принимают от крайней точки горизонтальной проекции наружного наибольшего размера перемещаемого (падающего) предмета или стены здания с прибавлением вылета стрелы крана, наибольшего габаритного размера перемещаемого груза и минимального расстояния отлета груза при его падении, согласно табл. 3.1. Т абл и ца 3 .1 Расстояние отлета грузов и предметов в зависимости от высоты падения [14, 15] Минимальное расстояние отлета груза или предмета, м перемещаемого предметов краном груза в случае их падения со в случае его падения здания До 10 4 3,5 До 20 7 5 До 70 10 7 До 120 15 10 До 200 20 15 Пр и меча ни е . При промежуточном значении высоты возможного падения расстояние отлета определяют интерполяцией. Высота возможного падения груза или предмета, м При работах, выполняемых на высоте, опасной считается зона, расположенная под рабочей площадкой (рис. 3.1). Границы зоны определяют по проекции, увеличенной на безопасное расстояние, м 61 LОП  0,3  H , (3.1) где Н  высота, на которой производятся работы, м. LОП Рис. 3.1. Граница опасной зоны при падении предметов с высоты При работе грузоподъемных машин и механизмов (электротельфер, кран-балка и т.п.) опасным считается расстояние, на которое может отлететь груз при обрыве одной из строп, как показано на рис. 3.2. Границу опасной зоны можно определить по формуле, м LОП.Г  hГ [lC (1  cosα)  S ] , где hГ  высота подъема груза, м; l C  длина ветви стропа, м; 62 (3.2) α  угол между стропами и вертикалью, град; S  расстояние (максимальное) от центра тяжести груза до его края, м. lc  S G hГ LОП.Г Рис. 3.2. Схема определения границ опасной зоны при обрыве стропа грузоподъемной машины При работе крана должна быть учтена длина вылета стрелы l K . С учетом последнего границу опасной зоны около крана с учетом обрыва стропа и отлета груза (формула (3.2)) можно рассчитать по формуле, м LОП,К  LОП,Г  l K . (3.3) 63 Опасная зона при работе строительных машин и вблизи движущихся частей машин и оборудования При работе строительных машин и оборудования опасной считается зона в пределах 5 м от движущихся частей, если другие повышенные требования отсутствуют в паспорте или инструкции завода-изготовителя машин и оборудования. Опасная зона при установке подъемника вблизи откоса При использовании в работе подъемников, устанавливаемых на краю откоса или канавы, необходимо учитывать опасную зону в соответствии с табл. 3.2. Т абл и ца 3 .2 Опасная зона при установке подъемника вблизи откоса или канавы Глубина канавы, м 1 2 3 4 5 Расстояние от начала откоса или канавы до края опоры подъемника при ненасыпном грунте, м песчаном супессуглилессовом и глинистом чаном нистом сухом гравийном 1,50 1,25 1,00 1,00 1,00 3,00 2,40 2,00 1,50 2,00 4,00 3,60 3,25 1,75 2,50 5,00 4,40 4,00 3,00 3,00 6,00 5,30 4,75 3,50 3,50 Опасная зона вокруг мачт и вышек При работе на вышках и мачтах, их эксплуатации и ремонте опасной считается зона вокруг них с размерами, определяемыми расстоянием от центра опоры (мачты, башни) плюс 1/3 ее высоты. 64 Опасная зона при проведении сварочных работ При проведении сварочных работ (для исключения попадания раскаленных частиц металла на пожароопасные материалы) опасной считается зона в соответствии с высотой точки сварки предметов в радиусе, указанном в табл. 3.3. Т абл и ца 3 .3 Границы опасной зоны поражения разлетающимися при электрической сварке (резке) искрами в зависимости от высоты производства сварочных работ [12] Высота производства сварочных работ, м Минимальный радиус опасной зоны, м 0 2 3 4 6 8 10 Свыше 10 5 8 9 10 11 12 13 14 Опасная зона при работе вблизи токоведущих частей, находящихся под напряжением При проезде, установке и работе грузоподъемных машин, механизмов и транспортных средств вблизи токоведущих частей, находящихся под напряжением, опасная зона определяется в соответствии с требованиями табл. 3.4. 65 Т абл и ца 3 .4 Допустимые расстояния до токоведущих частей, находящихся под напряжением [12] Напряжение, кВ На воздушных линиях В остальных электроуста новках От 1 до 35 Свыше 36 до 110 Расстояние от людей и применяемых ими инструментов и приспособлений от временных ограждений, м Расстояние от механизмов и грузоподъемных машин в рабочем и транспортном положениях, от стропов, грузозахватных приспособлений и грузов, м 0,6 1,0 Не нормируется (без прикосновения) 0,6 1,0 1,0 1,0 1,5 1,5 2,0 2,0 2,5 До 1 Свыше 110 до 150 Свыше 150 до 220 При работе подъемников вблизи линий электропередач опасную зону определяют в соответствии с требованиями табл. 3.5. Т абл и ца 3 .5 Минимальное расстояние до линии электропередачи при работе подъемников [16] Напряжение воздушной линии электропередачи, кВ До 1 От 1 до 20 От 35 до 100 От 150 до 220 66 Наименьшее расстояние, м 1,5 2,0 4,0 5,0 При обоснованной невозможности снятия напряжения с воздушной линии электропередачи и работе строительных машин в охранной зоне этой линии электропередачи опасной зоной считается расстояние от ближайшего провода под напряжением в сторону машины, приведенное в табл. 3.6. Т абл и ца 3 .6 Опасное расстояние до линии электропередачи при работе строительных машин [12] Напряжение воздушной линии электропередачи, кВ До 20 Свыше 20 до 35 Свыше 35 до 110 Свыше 110 до 220 Расстояние, м минимально измеряемое минимальное техническими средствами 2,0 2,0 2,0 2,0 3,0 4,0 4,0 5,0 Пример. Определить границы опасной зоны работающего самоходного крана КС-5363, обеспечивающего подъем железобетонных панелей перекрытия размерами в плане 1,2х6 м на высоту 10 м. Длина строп 4,3 м. Решение. Выпишем технические характеристики крана КС-5363 из справочной литературы [13]:  расстояние от оси вращения платформы крана до оси вращения стрелы lO =1,18 м;  вылет стрелы крана l C =15 м. Определим границу отлета панели при обрыве двух строп с одной стороны в соответствии с рис. 3.1, м LОП,Г  10[5(1  cos45 ο )  3,0]  5,7 , 67 где α = 45о, угол между вертикалью и стропом, рассчитанный по характеристикам стропа и панели. Таким образом, радиус опасной зоны работы крана относительно оси вращения его платформы будет, м ROП  l O  l C  LОП,Г  1,18  15  5,7  21,9 . 3.2. Обеспечение устойчивости грузоподъемного крана Одним из основных показателей безопасной работы крана является его устойчивость. Этот параметр характеризуется коэффициентом устойчивости – отношением момента удерживающего к моменту опрокидывающему. Удерживающий момент создается собственной массой крана, а опрокидывающий – массой поднимаемого груза. Отсюда различают коэффициенты грузовой и собственной устойчивости крана. Очень часто при работе на кран действуют дополнительные нагрузки в виде давления ветра, уклона площадки и т.п. Поэтому расчеты грузовой устойчивости крана приходится проводить с учетом этих дополнительных нагрузок. При проектировании, устройстве, изготовлении и эксплуатации кранов следует руководствоваться Правилами [14]. Расчет грузовой устойчивости самоходных и башенных кранов Безопасная эксплуатация грузоподъемных механизмов при выполнении монтажных работ обеспечивается правильным выбором параметров кранов и их устойчивостью. Расчет грузовой устойчивости крана, когда возможно его опрокидывание вперед в сторону стрелы и груза, ведется в соответствии со схемами, показанными на рис. 3.3 и 3.4. 68 цт H h  О с Q b a-b G Ось вращения Ребро опрокидывания Рис. 3.3. Расчетная схема грузовой устойчивости крана с грузом цт h1 Н h G О b Q а-b 69 Рис. 3.4. Расчетная схема грузовой устойчивости башенного крана Грузовая устойчивость самоходного обеспечивается, если выполняется условие KГ  M Г  M П , крана (3.4) где K Г  коэффициент грузовой устойчивости, принимаемый для горизонтального пути без учета дополнительных нагрузок равным 1,4; при наличии дополнительных нагрузок (ветра, инерционных сил) и влияния наибольшего допускаемого уклона пути  1,15; M Г  грузовой момент, создаваемый рабочим грузом относительно ребра опрокидывания (точка «О»), Нм; M П  момент всех прочих (основных и дополнительных) нагрузок, действующих на кран относительно того же ребра опрокидывания, с учетом наибольшего допускаемого уклона пути, Нм. Возникающий грузовой момент может быть рассчитан по формуле, Нм M Г  9,81  Q  (a  b) , (3.5) где Q  масса наибольшего рабочего груза (грузоподъемность), кг; a  расстояние от оси вращения платформы крана до центра тяжести наибольшего рабочего груза, подвешенного к крюку, при установке крана на горизонтальной плоскости, м; b  расстояние от оси вращения платформы крана до ребра опрокидывания крана, м. Удерживающий момент, возникающий от действия основных и дополнительных нагрузок, может быть рассчитан по соотношению, Нм 70 M П  М СM  М УK  М ЦС  М ИТ  М ВЕТ , где М СM  восстанавливающий собственной массы крана, Нм момент M CM  9,81  GK  (b  c)cosα , от (3.6) действия (3.7) где GK  масса крана, кг; с  расстояние от оси вращения платформы крана до его центра тяжести, м; α  угол наклона пути крана, град (для передвижных стреловых кранов, а также кранов-экскаваторов α = 3о  при работе без выносных опор и α = 1,5°  при работе с выносными опорами; для башенных кранов α = 2°  при работе на временных путях и α = 0°  при работе на постоянных путях); М УK  момент, возникающий от действия собственной массы крана при уклоне пути, Нм M УК  9,81  GK  h1  sinα , (3.8) где h1  расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точки опорного контура, м; М ЦС  момент от действия центробежных сил, Нм M ЦС  9,81  Q  n2  a  h , 900  n 2  H (3.9) где n  частота вращения крана вокруг вертикальной оси, мин-1; h  расстояние от оголовка стрелы до плоскости, проходящей через точки опорного контура, м; 71 H  расстояние от оголовка стрелы до центра тяжести подвешенного груза (при проверке на устойчивость груз приподнимают над землей на 0,2...0,3 м), м; М ИT  момент от силы инерции при торможении опускающегося груза, Нм M ИT  Q  υ(a  b) , τT (3.10) где υ  скорость подъема груза (при наличия свободного опускания груза расчетную скорость принимают равной 1,5 м/с), м/с; τ T  время неустановившегося режима работы механизма подъема (время торможения груза), с; М ВЕТ  ветровой момент, Нм M ВЕT  M BK  M ВГ  WK  h1  WГ  h , (3.11) где М ВK  момент от действия ветровой нагрузки на подвешенный груз, Нм; WК  ветровая нагрузка, действующая параллельно плоскости, на которой установлен кран, на наветренную площадь крана, Н; WГ  ветровая нагрузка, действующая параллельно плоскости, на которой установлен кран, на наветренную площадь груза, Н. Нормативные значения ветрового давления в зависимости от ветрового района (по карте ветрового районирования согласно приложению 5 СНиП 2.1.07-85) приведены в табл. 3.7. Например, северные районы Томской области по ветровой нагрузке относятся ко 2 району, южные районы Томской области, включая город Томск, и районы Новосибирской области  к 3 району. 72 В формуле (3.11) предполагается, что ветровая нагрузка WК приложена к центру тяжести крана, а WГ  к центру тяжести груза. Величины ветровых нагрузок WК и WГ могут быть определены по формулам, Н (3.12) WК  q  FK , WГ  q  FГ , где q  скоростной напор, принимаемый в зависимости от района работы крана (табл. 3.7), Па; FK  наветренная поверхность крана, м2, которая определяется площадью FKK , ограниченной контуром крана, и степенью заполнения этой площади элементами решетки α K , м2; FK  α K  FKK , (3.13) α K  коэффициент заполнения контура крана (для сплошных конструкций α K =1, для решетчатых конструкций α K = 0,3…0,4); FГ  наветренная площадь груза, м2. Определяется по действительной площади наибольших грузов, поднимаемых краном. Т абл и ца 3 .7 Динамическое давление на кран в зависимости от района установки Характеристика Максимальное динамическое давление ветра, Па Iа I II 170 230 300 Ветровой район III IV 380 480 V VI VII 600 730 850 73 74 Таблица 3.8 Технические характеристики самоходных кранов АБКС-5 5 12 Максима льная высота подъема крюка h, м 10 АБКС-6 6,3 12 10 КС-3562Б 10 18 9 3,85 4,3 0,1-0,6 0,4-10 14,3 КС-3571-1 10 16 8 3,35 4,3 2 8 14,96 КС-35719-3 15 14 14 4,2 5,2 2 10 17,8 КС-45721 22,5 21,7 21,8 4,3 5,6 1,2 0,3-13,2 22,1 КС-55713-1 25 21,7 21,9 4,2 5,6 1,4 6-8 20,7 КС-55716 25 21,5 22,3 4,1 5,8 2 9,5 22,5 Максима Максималь льная ная грузоТип крана длина подъемстрелы, ность Q, т м Размеры опорного выдвигаемого контура, м Скорость подъемаопускания груза υ, м/мин Масса крана G K, т по оси крана поперек крана 2b Скорость вращения поворотно й части n, мин-1 3,75 4,9 1,0 8 15,3 7,14 1,0 10 17,56 75 Таблица 3.9 Технические характеристики башенных кранов КБ-100.3А 8 25 Макси мальна я высота подъем а крюка h, м 33 КБМ-301 8 25 КБ-308А.0 8 КБ-403А КБ-404.2 Макси Максимальн мальн ая грузоый Тип крана подъемвылет ность стрелы Q, т ,м Размеры опорного контура, м база (коле вдоль я) базы 2b Скорость вращения поворотн ой части крана n, мин-1 Скорост ь подъема опускан ия груза υ, м/мин Скорост ь движени я крана, м/мин Масс а крана G K, т Масс а прот ивове са, т 4,5 4,5 0,7 1545 28 94,9 35,6 32 4,5 4,5 0,75 20 30 88 32 25 32 4,5 4,5 0,86 1648 29 92,2 35,2 8 20 41 6 6 0,65 2740 18 80 30 5 37 32 6 6 0,45 20 18 88,6 48,4 КБ-405.1А 7,5 25 46 6 6,0 0,72 31 27 113,1 50,05 КБ-408 10 25 60 6 6 0,65 30 18 95,2 30,4 КБ-503Б.0 10 35 53 7,5 7,5 0,64 25150 19 152 55 КБ-504.0 10 40 60 7,5 7,5 0,6 60160 19,2 163 55 76 Если кран предназначен для перемещения с грузом, то при проверке его грузовой устойчивости в правую часть формулы (3.6) следует добавить величины, Нм  GK  h1 Q  h ,  τ1 τ1 (3.14) где  1  время прохождения пути крана с грузом. При расчете крана на устойчивость его технические и геометрические характеристики могут быть взяты из справочной литературы. Некоторые из параметров ряда самоходных кранов приведены в табл. 3.8. Расчет грузовой устойчивости башенного крана проводится аналогично. Расчетная схема устойчивости такого крана показана на рис. 3.4. Отдельные технические характеристики башенных кранов приведены в табл. 3.9. Расчет собственной устойчивости самоходных и башенных кранов Расчетная схема при определении собственной устойчивости крана показана на рис. 3.5. Коэффициент собственной устойчивости крана при отсутствии полезных нагрузок и возможном опрокидывании его назад в сторону противовеса (рис. 3.5), можно определить по соотношению K C  9,81  GK (b  c)cosα  h1  sinα  1,15 , W2  s 2 (3.15) 77 где W2  ветровая нагрузка, действующая параллельно плоскости, на которой установлен кран, на подветренную площадь крана при нерабочем состояния, Па; s2  расстояние от плоскости, проходящей через точки опорного контура, до центра приложения ветровой нагрузки, м. ЦТ G h1  О с b Рис. 3.5. Расчетная схема собственной устойчивости самоходного крана Расчет устойчивости козлового крана Проверку устойчивости козловых кранов проводят на опрокидывание при действии ураганного ветра вдоль пути, когда кран находится в нерабочем положении. Расчетная схема козлового крана показана на рис. 3.6. Уравнение устойчивости крана относительно точки опрокидывания «О» может быть записано в соответствии с рис. 3.6 в виде 78 K O (WПОР  hПОР  WT  hТ  ...  WП  hП )  9,81(GПОР   GT  GП )a  2  9,81  GПР (b  c), (3.16) где K O  коэффициент собственной устойчивости козлового крана, принимаемый равным 1,15; GПОР , WT , …, WП  ветровые нагрузки на отдельные части конструкции крана (портал, тележку,…, полиспаст), Па; GПОР , GT , …, GП  масса отдельных частей конструкции крана (портала, тележка, …, грузовой полиспаст), кг; GПР  масса противовеса на одной тележке, кг; hПОР , hT , …, hП  плечи сил опрокидывания для портала, тележки, …, грузового полиспаста относительно точки «О», м; a, b, c  плечи сил опрокидывания (рис. 3.6) для отдельных частей конструкции крана относительно точки «О», м. WП G2 W1 G1 h1 О G3 в а G3 с 79 Рис. 3.6. Расчетная схема устойчивости козлового крана 80 Таблица 3.10 Технические характеристики козловых кранов Проле т, м Вылет консоле й, м Высота подъема груза, м Колесна я база крана В, м 8 25 6,3 9 9 0,14 Скорост ь движени я тележки , м/с 0,67 К-12,5М 12,5 16 4,5 10 9,5 0,22 КС-12,5 12,5 25 6,3 9 10 ККП-12,5 12,5 32 10 11,8 ККС20/5-32 20 33 8 КК-32 32/8 32 8 Тип крана К-8М Максима льная грузоподъемность, т Скорост ь подъема груза, м/с Скорост ь движени я крана, м/с Масса крана, т 1,05 41 0,58 1,05 35 0,2 0,67 0,83 36 13,4 0,26 0,97 1,22 62 10 11,2 0,17 0,67 0,83 60 10 14 0,17 0,53 1,05 66 81 Отдельные технические характеристики козловых кранов приведены в табл. 3.10. Пример. Проверить грузовую устойчивость башенного крана КБ-403А. Технические характеристики крана взять из табл. 3.9. Район установки крана – город Томск. Расчетная схема крана приведена на рис. 3.4. Максимальное расстояние от оси вращения платформы крана до центра тяжести груза составляет 10 м. Расстояние от оси вращения поворотной части крана до его центра тяжести с = 2,5 м. Расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точки опорного контура, принять для условий задачи равным 8 м. Решение. Грузовая устойчивость башенного крана обеспечивается, если выполняется условие (3.4). Примем в соответствии с рекомендациями коэффициент грузовой устойчивости K Г =1,15. Возникающий грузовой момент рассчитаем по формуле (3.5), Нм M Г  9,81 8000  (10  3)  549400 , где Q = 8000 кг  грузоподъемность крана (табл. 3.9); a =10 м  расстояние от оси вращения крана до центра тяжести рабочего груза на крюке; b = 3 м  расстояние от оси вращения крана до ребра опрокидывания (табл. 3.9). Восстанавливающий момент от действия собственной массы крана определим по формуле (3.7), Нм M CM  9,81  80000  (3  2,5)cos0  4316000 . где GK = 80000 кг  масса крана (табл. 3.9); α = 0о угол наклона пути крана при работе на постоянных путях. 82 Момент, возникающий от действия собственной массы крана (формула (3.8)), будет M УК  0 , Нм, т.к. α = 0о. Расчет момента от действия центробежных сил проведем по формуле (3.9), Нм M ЦС  9,81  8000  0,65 2  10  41  15400 , 900  0,65 2  40,8 где n = 0,65 мин-1; h = 41 м (табл. 3.9); расстояние от оголовка стрелы до центра тяжести подвешенного груза в соответствии с вышеприведенными рекомендациями принято Н = 40,8 м. Момент от силы инерции при торможении опускающегося груза рассчитаем по формуле (3.10), Нм M ИT  9,81  8000  40(10  3)  122100 , 60  3 где υ = 40 м/мин (табл. 3.9); 60  коэффициент перевода минут в секунды; время неустановившегося режима работы механизма торможения груза принято τ T = 3 с. В соответствии с районом расположения крана примем ветровое давление q = 380 Па (табл. 3.7). Из-за отсутствия данных для крана примем: наветренная площадь поверхности крана FKK = 80 м2; степень заполнения этой площади элементами решетки α K = 0,3; наветренная площадь груза мала по сравнению с площадью поверхности крана. Тогда, используя формулы (3.14) и (3.11), найдем площадь крана FK и ветровой момент M ВЕT : FK  0,3  80  24 м2; 83 M ВЕT  380  8  24  72960 Нм. Используя формулу (3.6), рассчитаем удерживающий момент всех прочих (основных и дополнительных) нагрузок, действующих на кран относительно того же ребра опрокидывания, Нм M П  4316000  15400  122100  72960  4105540 . Направляем полученные результаты в формулу (3.4): 1,15  549400  4105540 . Так как неравенство выполняется, то грузовая устойчивость башенного крана достаточна для перемещения груза массой 8 т на расстояние от оси крана до 10 м. 3.3. Расчет строп для грузоподъемных работ При производстве строительно-монтажных работ, связанных с грузоподъемными операциями, безопасность работ определяется надежностью строповочных устройств и приспособлений. Рассмотрим инженерные расчеты на безопасность некоторых из них. Выбор стальных канатов, применяемых в качестве грузовых, стреловых, несущих, тяговых и др., должен производиться в соответствии с Правилами [17], ИСО 4308/1, ИСО 4308/2 и другими нормативными документами. При подъеме различных грузов и монтаже оборудования используют различные гибкие стропы: стальные канаты, тросы, цепи, веревки и т.п. Перед установкой их на грузоподъемную машину или механизм они должны быть проверены на прочность расчетом [17]. 84 Для этого определяют усилие (натяжение) S1 в одной ветви стропа (рис. 3.7) по формуле, Н S1  9,81  G , m  k  cos α (3.17) где G  масса груза, кг; m  общее число ветвей стропа; k  коэффициент неравномерности распределения массы груза на ветви стропа. Значения коэффициента k приведены в табл. 3.11; α  угол наклона стропа к вертикали, град. S S S  S G Рис. 3.7. Cтроповка груза четырехветвевыми стропами 85 Т абл и ца 3 .1 1 Значения коэффициента k Число ветвей стропа m Значение k m< 4 1 m> 4 0,75 Определив усилие в ветви стропа, далее можно найти разрывное усилие по формуле R1  k ЗАП  S1 , (3.18) k ЗАП  коэффициент запаса прочности для стропа где (минимальный коэффициент использования каната), определяемый в зависимости от группы классификации механизма. Его значения приведены в [17] и в табл. 3.12. По найденному разрывному усилию R1 по табл. 3.13 может быть подобран канат и его технические данные: временное сопротивление разрыву, ближайшее большее к расчетному, и его диаметр. Т абл и ца 3 .1 2 Наименьший коэффициент запаса прочности для стальных канатов [18] Группа классификации механизма по ИСО 4301/1 М1 М2 М3 М4 М5 М6 М7 М8 86 Подвижные канаты Неподвижные канаты Значение коэффициента 3,15 3,35 3,55 4,00 4,50 5,60 7,10 9,00 k ЗАП 2,50 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,00 При проектировании стропа длину канатов подбирают с таким расчетом, чтобы угол между ветвями строп был не менее 90о. Минимальную длину ветви стропа LМИН определяют из условия, что угол ее наклона к вертикали α не должен превышать 60о, м Т абл и ца 3 .1 3 Характеристики некоторых стальных канатов [19] Диаметр каната, мм 1470 (150) 6,5 8,5 11,5 13,5 15,5 17,0 19,5 21,5 23,0 25,0 27,0 29,0 30,5 33,0 35,0 39,0 169000 208500 241500 281000 332000 378000 427000 489500 556000 677000 Маркировочная группа, H/мм2 (МПа) 1570 1670 1770 1860 (160) (170) (180) (190) разрывное усилие каната в целом, H, не менее 22950 24000 35950 38200 39450 41150 62600 66500 68750 71700 88650 94200 97100 100500 113500 121000 124000 130000 142000 151000 155500 162500 180000 191500 197000 206500 222500 237000 244500 255500 258000 274000 283000 295000 300000 318500 328500 343000 354500 376500 388500 406000 403500 428500 441500 462000 455500 484000 499000 522000 522000 555000 571500 597500 590000 630500 650000 679500 722000 767000 791000 827500 LМИН  1,115  b , 1960 (200) 24900 42800 74550 105500 136000 170000 215500 266500 307000 358500 423500 482000 544500 624000 709000 863000 (3.19) где b  максимальное расстояние между центром тяжести груза и местом закрепления стропа, м. 87 Следует отметить, что на практике к стропам предъявляются жесткие требования. Стальные канаты считаются непригодными к эксплуатации если:  оборвана хотя бы одна прядь;  число оборванных проволочек на шаге свивки равно или более 10% их общего числа;  поверхностный износ или коррозия проволочек каната составляет 40% и более;  имеется наличие заломов;  имеется сильная деформация каната (например сплющивание и т.п.). Пример. Определить диаметр и маркировочную группу каната стропа для подъема блока котла ДЕ-10-14ГМ массой 17,7 т с зацепкой крюками при отклонении ветвей стропа от вертикали 45о, число ветвей m = 4. Группа классификации механизма соответствует М5. K ЗАП = 6. Решение. Определим усилие (натяжение) S1 в одной ветви стропа в соответствии с рис. 3.7 и формулой (3.17), Н S1  9,81  17700  76120 . 4  0,75  cos 45 По табл. 3.12 находим, что для наших условий коэффициент запаса K ЗАП = 4,50. Определим усилие в ветви стропа, используя формулу (3.18), Н R1  4,50  76120  342540 . 88 Используя табл. 3.13 и принимая маркировочную группу каната 1860 Н/мм2 (190 МПа), находим по усилию в ветви стропа, что для нашего случая диаметр каната должен быть не менее 25 мм. 3.4. Обеспечение параметров безопасности транспортных cредств Основные причины травм при выполнении различных транспортных операций – опрокидывание транспортного средства (автомобиля, трактора, самоходного устройства и т.п.) и падение плохо закрепленных грузов. Опрокидывание чаще всего происходит из-за несоблюдения скоростного режима движения, неисправности транспортного средства, плохого состояния дорожного полотна и т.п. Падение грузов чаще всего происходит из-за их неправильной укладки и крепления. При движении транспортного средства возможно его опрокидывание, поэтому ведут расчеты на устойчивость транспортного средства. Устойчивостью называют способность транспортного средства сохранять направление движения и противостоять действию внешних сил, стремящихся вызвать занос или опрокидывание. Различают продольную и поперечную устойчивость машин и иных транспортных средств. Критерием продольной устойчивости служат предельные значения углов подъема α П и уклона α У . Продольная устойчивость Угол подъема α П , град, при котором возникает вероятность опрокидывания транспортного средства, показан на рис. 3.8. Этот угол можно определить по соотношению 89 tg α П  a , hЦ (3.20) где a  продольная координата центра тяжести транспортного средства, м; hЦ  высота расположения центра тяжести транспортного средства над поверхностью дороги, м. L a ЦТ h O G  Рис. 3.8. Схема сил, действующих на колесный трактор, стоящий на предельном подъеме: G  сила тяжести трактора; ЦТ  центр тяжести; О  точка опрокидывания Предельный угол уклона α У , град, транспортных средств может быть определен из соотношений:  для колесных машин (предельные углы подъема 35…40о, уклона – около 60о) 90 tg α У  La ; hЦ (3.21)  для гусеничных тракторов при подъеме tg α У  0,5L  a ; hЦ (3.22)  для гусеничных тракторов при уклоне tg α У  0,5L  a , hЦ (3.23) где L  продольная база машины, м. Для тракторов с балансирной подвеской продольную базу машины рассматривают как продольную базу балансирных кареток. Предельные углы подъема α П для колесных тракторов 35...40°, а уклона α У  около 60°. Примерно в этих же пределах находятся рассматриваемые углы для грузовых автомобилей, работающих с установленной для них номинальной грузоподъемностью при равномерном распределении груза по платформе; без груза α П = α У = 60°. Для гусеничных тракторов с полужесткой подвеской эти углы 35...40°, а с балансирной подвеской несколько меньше. Для самоходных шасси общего назначения без навесных машин α П = 20...25°, α У > 60°. Центр тяжести легковых автомобилей находится приблизительно посередине продольной базы, поэтому у них значения предельных углов подъема и уклона почти одинаковы, в большинстве случаев они не меньше 60°. 91 Поперечная устойчивость Для транспортных средств опасным является поперечное опрокидывание. Поперечную устойчивость определяют статическим углом β П уклона, при котором машина стоит, не опрокидываясь и не сползая (рис. 3.9). B ЦТ G  O Рис. 3.9. Расчетная схема поперечной устойчивости машины: G  сила тяжести машины; ЦТ  центр тяжести; О  точка опрокидывания Для определения соотношение поперечной tg β П  0,5 B , hЦ устойчивости служит (3.24) где B  ширина колеи транспортного средства, м. Для гусеничных тракторов соотношение (3.24) принимает вид: 92 tg β П  0,5 Bb , hЦ (3.25) где b  ширина гусеницы, м. Для тракторов с четырьмя колесами статический угол уклона β П лежит в пределах 40...50°. Приблизительно такими же значениями статического угла уклона характеризуют поперечную устойчивость гусеничных тракторов. Для грузовых автомобилей при полной нагрузке, равномерно распределенной по платформе, β П =29...40°, для легковых автомобилей β П = 45...50°, для автобусов β П = 27...33°. Статический угол поперечного уклона β C , при котором возможно сползание машины, может быть определен из уравнения tg β C  φ СЦ , (3.26) где φ СЦ  коэффициент сцепления с дорогой в боковом направлении, зависящий от механических свойств дорожного полотна и конструкции движителя. В расчетах φ СЦ обычно принимают как среднее значение коэффициентов сцепления, приведенных в табл. 3.14 и 3.15. На боковую устойчивость транспортного средства наиболее существенное влияние оказывают динамические явления, возникающие от неровностей дороги, и интенсивно проявляющиеся при высоких скоростях движения. Поэтому угол β Д , определяющий динамическую боковую устойчивость машин, всегда меньше статического угла поперечного уклона β Д  (0,4...0,6)β П . (3.27) 93 Т абл и ца 3 .1 4 Коэффициенты сопротивления качению f и сцепления φ СЦ тракторов в зависимости от вида дороги Вид дороги Тракторы на пневматических шинах φ СЦ f Гусеничные тракторы φ СЦ f Грунтовая сухая 0,03...0,05   0,6…0,8 0,05…0,07 0,09…1,10 Целина, плотная залежь 0,05…0,07 0,7…0,9 0,06…0,07 1,0…1,2 Стерня 0,08…1,0 0,6…0,8 0,06…0,08 0,8…1,0 Вспаханное поле 0,12…0,18 0,5…0,7 0,08…0,10 0,6…0,8 Болотно-торфяная целина  0,03...0,04 0,11…0,14 0,4…0,6  0,3…0,4 0,06…0,07 0,5…0,7 Асфальт 0,02 Укатанная снежная 0,7 Т абл и ца 3 .1 5 Коэффициенты сопротивления качению f и сцепления φ СЦ автомобилей в зависимости от вида дороги Вид дороги Асфальтированное шоссе Гравийно-щебеночная Булыжная мостовая Сухая грунтовая Грунтовая после дождя Песчаная Снежная укатанная F  СЦ 0,015…0,02 0,02…0,03 0,025…0,035 0,03…0,05 0,05…0,15 0,1…0,3 0,03…0,04 0,6…0,75 0,5…0,65 0,4…0,5 0,5…0,7 0,35…0,5 0,65…0,75 0,30…0,35 Опрокидывание транспортного средства возможно также на поворотах на горизонтальном участке пути от действия центробежных сил. Критическая скорость транспортного 94 средства, при которой возможно его опрокидывание при повороте, может быть найдена по формуле, м/с 9,81  B  R , 2  hЦ WKP  (3.28) где R  радиус поворота транспортного средства, м. Пример. По заснеженной укатанной дороге на склоне холма с уклоном 20о параллельно его основанию движется грузовой автомобиль. Движение прямолинейное. Ширина колеи автомобиля составляет 1,8 м, а центр тяжести автомобиля с грузом находится на высоте 0,9 м. Определить поперечную устойчивость автомобиля и возможность его сползания с дороги. Решение. Поперечная устойчивость автомобиля может быть вычислена по соотношению (3.24) tg β П  0,5 Откуда составит угол 1,5  0,833 . 0,9 поперечной устойчивости автомобиля β П  44,2 o . Сравнивая полученное значение угла поперечной устойчивости автомобиля с допустимым β П = 29...40°, видно, что β П > β СКЛ и условие поперечной устойчивости грузового автомобиля на данном склоне холма выполняется. 95 Проверим возможность сползания автомобиля с дороги, для чего используем уравнение (3.26) tg β C  0,325 , где коэффициент сцепления φ СЦ = 0,325 взят как средний из табл. 3.15 для снежной укатанной дороги. С учетом этого угол сползания грузового автомобиля составит β C  20,0 o . Как видим, из сравнения угла склона β СКЛ = 22о с углом сползания β C  20,0 o , β СКЛ > β C , и движение грузового автомобиля по снежному склону невозможно из-за его сползания. 3.5. Расчет вредных веществ, выделяющихся при сварке В процессе проведения сварочных работ выделяются различные примеси, основными из которых являются твердые частицы и газы. Особенно сильное загрязнение воздуха вызывает сварка электродами с качественными покрытиями. Состав пыли и газов определяется содержанием покрытия и составом свариваемого и электродного металла. Сварочная пыль представляет собой смесь мельчайших частиц окислов металлов и минералов. Основными составляющими являются окислы железа (до 70%), марганца, кремния, хрома, фтористые и другие соединения. Наиболее вредными веществами, входящими в состав покрытия и металла электрода, являются хром, марганец и фтористые соединения. Воздух в рабочей зоне сварщика также загрязняется различными вредными газами: окислами азота, углерода, фтористым водородом и др. 96 При газовой резке металлов выделяется сварочный аэрозоль, окислы марганца, оксиды хрома, азота и углерода. Удаление вредных газов и пыли из зоны сварки и резки, а также подача чистого воздуха обычно осуществляется местной и общей вентиляцией. Объем подаваемого свежего воздуха должен быть не менее 30 м3/ч. Без вентиляции сварка внутри замкнутых пространств не разрешается. Поэтому, если часовой расход электродов менее 0,2 кг на 1 м3 объема помещения и если концентрация сварочной пыли менее предельно допустимой, разрешается естественное проветривание помещений. Значения предельно-допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны приведены в табл. 3.16. Если сварка и газовая резка металлов производятся в одном цехе, то при определении валового выброса той или иной примеси необходимо суммировать все выделения в том и другом процессах. Расчет вредных веществ, выделяющихся при сварке металлов, определяется из расчета расхода массы электродов. Т абл и ца 3 .1 6 Предельно допустимые концентрации вредных веществ, выделяющихся в воздух при сварке и резке металлов [20] ПДК в воздухе рабочей зоны, мг/м3 Твердая составляющая сварочного аэрозоля Марганец (при его содержании в сварочном аэрозоле ло 20% 0,2 Железа оксид 6,0 Кремния диоксид 1,0 Хрома (III) оксид 1,0 Хрома (VI) оксид 0,01 Цинка оксид 6,0 Газовая составляющая сварочного аэрозоля Вещество 97 Азота диоксид Марганца оксид Озон Углерода оксид Фтористый водород 2,0 0,3 0,1 20,0 0,5/1,0 Количество выделяющихся вредных примесей i компонента при ручной электродуговой сварке на 1 кг израсходованных электродов можно определить по формуле, кг Gi  10 3 g i  B , (3.29) где g i  удельное выделение i компонента на 1 кг израсходованных электродов, которое приведено в табл. 3.17; B  масса расходуемых электродов за рассматриваемый промежуток времени (час, смену, год и т.п.), кг. Расчет вредных веществ, выделяющихся при газовой сварке металлов, определяется из расчета времени проведения работ. При газовой сварке в ацетилено-кислородном пламени выделяются оксиды азота в количестве 22 г на 1 кг ацетилена. При сварке в пламени пропан-бутановой смеси выделяется 15 г оксидов азота на 1 кг смеси. Максимальный разовый выброс выделяющихся вредных примесей i компонента при проведении газовой сварки можно определить по формуле, г/c Mi  gi  B , 3600  τ (3.30) где B  максимальное количество электродов, израсходованных в течение смены, кг;   время непосредственно проведения сварки в течение смены, ч. 98 Расчет вредных веществ, выделяющихся при резке металлов, определяется также из расчета времени проведения работ. Количество выделяющихся вредных примесей i компонента при резке можно определить по формуле, кг Gi.P  10 3  g i.P  τ P , (3.31) Таблица 3.17 Удельные выделения вредных примесей при ручной электросварке на 1 кг израсходованных электродов Марка электрод ов УОНИ 13/45 УОНИ 13/55 УОНИ 13/65 УОНИ 13/80 УОНИ 13/85 АНО-1 АНО-3 АНО-4 АНО-5 АНО-6 ОЭС-3 ОЭС-4 ОЭС-6 ЭА606/11 ЭА-395/8 ЭА400/10У ЭА-98/15 Количество вредных примесей при электросварке, г/кг Твердые частицы сварочного аэрозоля Газообразные вещества общее в том числе окси количест фторист оксид д марганец во ый ы окись фтори угле и его твердых водород азота хрома ды рода оксиды частиц 18,0 0,9 1,4 3,45 0,75 1,5 13,3 16,0 1,1 1,0 1,0  2,76 13,3 7,5 1,41 0,8 0,8 1,16   11,2 0,78 1,05 1,05 1,14   12,1 9,6 17,0 17,8 10,7 16,3 15,2 9,9 11,4 0,69 0,43 2,2 1,05 1,44 1,54 0,41 1,37 0,86 1,3   0,41      1,3         1,1 2,13                          10,25 18,5 0,66 1,2 0,3 0,32 1,9  0,004 0,9 1,3  1,4 0,5 7,2 10,3 0,48 0,74 0,85 0,81 0,02   0,8 0,99    99 ЭА903/12 ЭА48А/2 МР-3 МР-4 25,0 2,8      17,8 10,6 10,8 0,45 1,56 1,08 0,91   0,33   1,68 0,4 1,53 0,9   1,9   где g i.P  удельное выделение i компонента при резке металла за 1 час работы, которое приведено в табл. 3.18; τ P  время непосредственного проведения резки, ч. Максимальный разовый выброс выделяющихся вредных примесей i компонента при газовой резке металлов можно определить по формуле, г/c Mi  gi . 3600 (3.32) Та б ли ц а 3 .1 8 Удельные выделения вредных примесей при газовой резке металлов в течение часа Выделение вредных примесей, г/ч свароч оксид оксид оксид оксид ный ы ы ы ы аэрозо марган углеро азота хрома ль ца да Вид разрезаемых металлов Толщин а листа, мм Сталь углеродистая низколегирова нная 5 74,0 2,31 49,5 39,0  10 131,0 3,79 63,4 64,1  5 82,5 42,9 33,6 3,96 10 145,5   55,2 43,4 6,68 Сталь качественная, легированная 100 Пример. Рассчитать количество выделяющихся вредных веществ и максимальный разовый их выброс при ручной электродуговой сварке металлов за смену (8 часов). При сварке используются электроды марки МР-3, расход электродов за смену 5 кг, время «чистой» работы сварщика 6 часов. Сравнить полученные результаты с ПДК вредных веществ на рабочем месте сварщика и сделать выводы. Решение. Количество выделяющихся вредных веществ Gi при ручной электродуговой сварке можно определить по формуле (3.29), кг/смена:  твердых частиц (пыли) GП  10 3  10,6  5  0,053 ;  оксиды марганца GMn  10 3 1,56  5  0,0078 ;  фтористый водород GB  10 3  0,4  5  0,002 . Максимальный разовый выброс выделяющихся вредных примесей i компонента при проведении электродуговой сварки можно определить по формуле (3.30) , г/c  твердых частиц (пыли) MП  10,6  5  0,00245 ; 3600  6  оксиды марганца 101 M Mn  1,56  5  0,00036 ; 3600  6  фтористый водород MB  0,4  5  0,000093 . 3600  6 Согласно нормативному документу [20], ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны сварщика не должны превышать:  по оксидам марганца ПДК= 0,3 мг/м3;  по фтористому водороду ПДК= 0,5 мг/м3. При сравнении полученных в расчете величин выделяющихся вредных веществ с нормативными видно, что по оксидам марганца имеется в рабочей зоне сварщика небольшое превышение (должно быть не более 0,3 мг/м3, а имеем 0,36 мг/м3). 102 4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК 4.1. Расчет защитного заземления передвижной электроустановки В строительстве и многих других отраслях промышленности при проведении различных ремонтных и аварийных работ применяются передвижные электроустановки (сварочные трансформаторы, электрические дизель-агрегаты и др.). Для обеспечения безопасности работ эти электроустановки должны иметь защитное заземление. Расчёт защитного заземления, выполненного из соединенных между собой одиночных заземлителей (рис. 4.1), начинают с определения сопротивления растеканию тока одиночного заземлителя. Ниже рассмотрен порядок расчёта при использовании наиболее часто встречающихся простейших заземлителей. 103 l lП a>l a>l Рис. 4.1. Конструктивная схема заземляющего устройства для передвижной электроустановки Сопротивление одиночного заземлителя цилиндрической формы (стержневого или трубчатого), погруженного вертикально в грунт с удельным сопротивлением , может быть подсчитано по формуле, Ом: RСТ  0,366 4l ρ  lg П , lП d (4.1) где RСТ – сопротивление растеканию тока одиночного стержневого или трубчатого заземлителя, Ом; ρ – удельное сопротивление грунта, Ом·м; lП – длина погруженной в землю части заземлителя, м; d – внешний диаметр заземлителя, м. Среднее значение удельного сопротивления непромёрзшего грунта при его влажности 10–20% (содержание веса влаги к весу грунта) и рекомендуемое количество некоторых часто встречающихся электродов для оборудования заземляющего устройства с сопротивлением растеканию тока 25 Ом в различных средах приведены в табл. 4.1. 104 В случае выполнения заземлителя из равнобокой уголковой стали (уголка) в расчетной формуле (4.1) вместо d следует использовать эквивалентный диаметр, определяемый по формуле, м d  0,95  b, (4.2) где b – ширина стороны уголка, м. Количество заземлителей (стержней, труб) N, необходимых для создания заземляющего устройства с нормируемым сопротивлением RНОРМ , при расположении отдельных заземлителей друг от друга на расстоянии не менее их длины, опреде- 105 Та б л ица 4. 1 Среда Торф Садовая земля Суглинок, камениста я глина Чернозем Супесь Песок Морская вода Речная вода 106 Рекомендуемое количество электродов для заданных условий Рекомендуемое количество электродов N Заземлители для передвижных Трубы с Уголковая Значение Бурав электроустановок по внешним сталь удельного заземления ГОСТ 16556-81* сечением 5х5 см диаметром 45 сопротивл унифицирова при глубине ения  , нных дизель- см при глубине с глубиной погружения l П , м электрически забивки в грунт забивки в грунт 102 Ом·м 0,58 0,9 1,4 х агрегатов lП = 1,5 м На l П = 1,5 м 0,2 1 1 1 1 1 1 0,4 2 2 1 2 2 2 1,0 5 4 3 4 3 3 2,0 3,0 7,0 9 15 42 7 12 30 6 10 20 8 12 30 6 10 20 6 10 20 0,01 1 1 1 1 1 1 0,5 2 2 2 2 2 2 ляется по формуле N RСТ , η B  RНОРМ (4.3) где коэффициент использования вертикально ηB – расположенных стержней, зависящий от их количества, a характера их размещения и от величины отношения , где a  l расстояние между стержнями. При проектировании заземляющего устройства должно выполняться условие a  l . Коэффициент ηB принимается по табл. 4.2. RСТ – сопротивление одиночного стержневого заземлителя, Ом. Формула (4.3) содержит две неизвестные величины: N и ηB . Нахождение числа требуемых заземлителей производится по этой формуле путем подбора. Для этого предварительно выбирается число заземлителей N. Затем по табл. 4.2 определяется значение коэффициента ηB и подставляется в формулу (4.3), рассчитывается число заземлителей N. Если N получается дробным числом, то его округляют до целого числа в большую сторону. Эта процедура повторяется до тех пор, пока выбранное значение числа заземлителей не обеспечит соблюдение равенства (4.3). Пример. Для передвижной электроустановки рассчитать необходимое количество одиночных заземлителей из равнобокой уголковой стали с шириной стороны уголка b = 4,2 см. Значение сопротивления заземляющего устройства не должно превышать 25 Ом. Заземлители с длиной l = 1,1 м 107 забиваются на глубину поверхностью грунта 108 l П = 1,0 м. Выступающие над Т абл и ца 4 .2 Коэффициент использования вертикальных заземлителей и горизонтальных соединительных полос Количество заземлителей η Г , распроложенных в грунте Отношение а/l 2 1 ηВ ηВ ηГ ηВ ηГ 3 ηВ ηГ 0,55 0,48 0,43 0,40 0,32 0,30 0,28 0,26 0,24 0,85 0,80 0,78 0,76 0,71 0,68 0,66 0,64 0,62 0,70 0,64 0,60 0,56 0,45 0,41 0,37 0,35 0,33 При размещении электродов в ряд 0,80 0,86 0,92 0,77 0,83 0,89 0,74 0,81 0,86 0,71 0,77 0,83 0,62 0,75 0,75 0,50 0,70 0,64 0,42 0,68 0,56 0,31 0,65 0,46 0,91 0,88 0,87 0,83 0,81 0,78 0,77 0,75 0,95 0,92 0,90 0,88 0,82 0,74 0,68 0,58 При размещении электродов по контуру 4 6 8 10 20 30 50 70 100 0,69 0,62 0,58 0,55 0,47 0,43 0,40 0,38 0,35 3 4 5 6 10 15 20 30 0,78 0,74 0,70 0,63 0,59 0,54 0,49 0,43 0,45 0,40 0,36 0,34 0,27 0,24 0,21 0,20 0,19 0,78 0,73 0,71 0,69 0,64 0,60 0,56 0,54 0,52 109 части заземлителей используются для подсоединения к ним соединительных проводников. Заземлители расположить в ряд. Грунт – чернозем. Решение. Из табл. 4.1 находим удельное сопротивление для чернозёма, Ом·м  = 2·102. Эквивалентный диаметр для заданного заземлителя из равнобокой уголковой стали определим по формуле (4.2), м d  0,95  b = 0,95·0,042 = 0,0399. Сопротивление одиночного заземлителя, погруженного в грунт, определим по формуле (4.1), Ом RСТ  0,366 2 10 2 4 1,0  lg  146,5 . 1,0 0,0399 Предположим, что число стержней N = 10, тогда по табл. 4.2 найдем, что η = 0,59. Проверим соблюдение равенства (4.3) при указанном значении N 10  146,5 = 9,9. 0,59  25 Равенство примерно соблюдается, следовательно, для оборудования заземляющего устройства будем использовать десять одиночных заземлителей, выполненных из уголковой стали с заданными размерами. Расстояния между заземлителями на местности должно быть более их собственной длины. 104 4.2. Расчет сопротивления заземляющего устройства стационарной электроустановки Допустимые величины сопротивления заземляющих устройств при оборудовании защитных заземлений регламентируются ГОСТ 12.1.030-81 «Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление». Для установок напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью сопротивление указанного заземления при межфазном напряжении 220, 380 и 660 В должно быть не более соответственно 8, 4 и 2 Ом. Для установок напряжением выше 1 кВ в сетях с заземленной нейтралью заземляющее устройство должно иметь в любое время года сопротивление не более 0,5 Ом. Допустимое сопротивление заземляющего устройства электроустановок напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью должно быть: – не более 10 Ом – при мощности электроустановок до 100 кВ.А; – не более 4 Ом – при мощности электроустановок свыше 100 кВ.А. Для электроустановок выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более: – если заземляющее устройство одновременно используется и для электроустановок до 1 кВ, Ом RЗ  125 ; I (4.4) – если заземляющее устройство используется только для электроустановок выше 1 кВ, Ом 105 RЗ  250 , I (4.5) но не более 10 Ом. Здесь I – расчетный ток замыкания на землю, А. В качестве расчетного принимают ток замыкания на землю I, равный трехкратному минимальному току предохранителей или полуторократному току срабатывания релейной защиты. Эффективность заземления зависит от его сопротивления: чем меньше сопротивление заземления, тем его защитная эффективность выше. Для расчета сопротивления заземляющих устройств необходимо знать величину удельного сопротивления грунта . Удельное сопротивление грунта – это электрическое сопротивление, которое испытывает ток, преодолевая в грунте расстояние, равное единице длины. Удельное сопротивление грунта зависит от состава почвы, ее влажности, температуры, плотности и других факторов. Удельное сопротивление грунта  для приближенных расчетов берется по справочным таблицам, например, табл. 4.1. В целях получения более точных данных значение  определяется путем измерения сопротивления грунта с помощью контрольных электродов, заглубленных в почву. Если контрольный электрод был забит в грунт на всю длину до уровня поверхности грунта, то удельное сопротивление может быть определено по формуле, Ом  RK  l 4l 0,366  lg( ) d , где  – удельное сопротивление грунта, Ом·м; 106 (4.6) RK – сопротивление контрольного электрода, Ом; l, d – соответственно, длина и диаметр электрода, м. Если электрод погружен в землю не полностью, тогда в формуле (4.6) под l следует понимать часть длины контрольного электрода, находящуюся в грунте. Если контрольный электрод заглублен на глубину hо, равную 0,5…0,8 м, то величину  определяем по формуле: RK  l , (4.7) 2l 4h  l 0,366[lg( )  0,5 lg( )] d 4h  l где h = 0,5 . l + hо – расстояние от поверхности грунта до середины контрольного электрода. При расчетах следует учесть, что удельное сопротивление грунта претерпевает значительные колебания: весной и осенью оно, как правило, уменьшается, летом и зимой увеличивается. Поэтому показатель удельного сопротивления грунта, найденный по формулам (4.6) и (4.7), необходимо умножить на коэффициент сезонности К (табл. 4.3). При проектировании заземляющих устройств необходимо в качестве расчетного брать наибольшее в течение года значение удельного сопротивления грунта, т.е. ориентироваться на худший случай. ρ Порядок расчета заземляющего устройства для стационарной электроустановки Примерная схема расчета заземляющего устройства для выполнения защитного заземления стационарной электроустановки представлена ниже. 1. Принимается тип заземлителя, схема размещения стержней, соединительных полос и их размеры, как, например, это 107 Т абл и ца 4 .3 Климатическая зона Значение коэффициента сезонности Характеристика климатических зон Средняя многолетняя Продолжительн температура, оС Среднее ость периода годовое замерзания количество низкая высокая грунтовых вод, осадков, см (январь) (июль) дней Коэффициент сезонности К при при вертикальных горизонтальных заземлителях заземлителях на глубине на глубине заложения 0,5…0,8 заложения 0,8 м м и более 1,8…2,0 4,5…7,0 I 20…15 16…18 40 170…190 II 14…10 18…22 50 150 1,5…1,8 3,5…4,5 III 10…0 22…24 50 100 1,4…1,6 2,0…2,5 IY 0…5 24…26 30…50 0 1,2…1,4 1,5…2,0 104 3 l h 2 h0 1 d a l Рис. 4.2. Схема размещения стержней и полос заземлителя: 1  электроустановка; 2  соединительная полоса; 3  стержень 105 показано на рис. 4.2. Рекомендации по выбору размеров стержней и полос приведены в [2, 21]. Значение ho принимается в пределах 0…0,8 м. 2. Определяется по табл. 4.3 коэффициент сезонности К . По табл. 4.1 находится удельное сопротивление грунта  и определяется расчетная величина удельного сопротивления грунта по формуле, Ом·м ρP  ρ  К . (4.8) 3. Рассчитывается величина сопротивления одиночного заземлителя RОД . Для заземляющего устройства, состоящего из одинаковых вертикальных стержней, соединенных металлической полосой, расчет ведем по формуле, Ом RОД  0,366 Р l [lg( 2l 4h  l )  0,5 lg( )] , d 4h  l (4.9) где для уголковой стали принимаем d = 0,96·С, С – ширина полок уголка, м. 4. Определяется условное число заземлителей NУ  RОД RД , (4.10) где R Д – допустимое значение сопротивления заземляющего устройства, принимаемого по нормам ПУЭ. 5. Определяется фактическое число заземлителей N с учетом коэффициента взаимного использования отдельных стержней 104 N NУ , ηВ (4.11) где коэффициент использования вертикально ηВ – расположенных стержней, принимаемый по табл. 4.2. 6. Определяется длина соединительной полосы l CП для образования контура (очага) заземления, м l CП  1,05  а  ( N  1) . 7. Рассчитывается стальной полосы RП , Ом: сопротивление RП  0,366 Р l CП  lg( 2 2  l CП ), hb (4.12) соединительной (4.13) где b – ширина полосы, в расчете принимается b  0,012 м. 8. Определяется сопротивление всего заземляющего устройства: R RОД  RП RОД  η Г  RП  η В  N , (4.14) где η Г – коэффициент использования горизонтальной соединительной полосы, определяемый по табл. 4.2. 9. Полученное значение сопротивления всего заземляющего устройства R следует сравнить с допустимым значением сопротивления R Д . Если окажется, что R  R Д , то необходимо 105 увеличить количество заземлителей или увеличить габариты стержней. В противном случае расчет считается законченным. 10. На основании произведенных расчетов и полученных величин следует составить конструктивную схему заземляющего устройства, вычертив ее с указанием всех размеров (см. рис. 4.2). 4.3. Оценка возможности использования железобетонных фундаментов в качестве заземлителей электроустановок Для оборудования заземляющих устройств электроустановок в первую очередь должны быть использованы естественные заземлители, к которым, в частности, относятся железобетонные фундаменты промышленных зданий. Естественный заземлитель считается пригодным для оборудования заземляющего устройства, если его сопротивление растеканию тока менее установленной нормативными документами величины [21]. Арматуру железобетонных конструкций промышленных зданий можно использовать в качестве заземляющего устройства, если выполнено непрерывное соединение металлической арматуры этих конструкций и если при этом выполняются требования к величине сопротивления растеканию тока в грунте. При использовании железобетонных фундаментов промышленных зданий в качестве заземлителей сопротивление растеканию заземляющего устройства R должно оцениваться по формуле, Ом R  0,5 ρЭ S , (4.15) 111 где S – площадь, ограниченная периметром здания, м2; удельное эквивалентное электрическое ρЭ – сопротивление грунта, Ом·м. Для расчета сопротивления грунта следует использовать формулу, Ом·м    h   S   , ρ Э  ρ1 1  exp   α 1   ρ 2 1  exp   β h1  S      (4.16) где ρ1 – удельное электрическое сопротивление верхнего слоя земли, Ом·м; ρ 2 – удельное электрическое сопротивление нижнего слоя земли, Ом·м; h1 – мощность (толщина) верхнего слоя земли, м; α, β – безразмерные коэффициенты, зависящие от соотношения удельных электрических сопротивлений слоев земли. Под верхним слоем следует понимать слой земли, удельное сопротивление которого ρ1 более чем в 2 раза отличается от удельного электрического сопротивления нижнего слоя ρ 2 . При ρ1 > ρ 2 α = 3,6 и β = 0,1; при ρ1 < ρ 2 α = 110 и β = 0,003. Обозначим допустимое сопротивление заземляющего устройства как RД. Тогда железобетонный фундамент промышленного здания возможно использовать для оборудования заземляющего устройства, если выполняется условие R < RД. Пример. Известно, что ρ1 = 500 Ом·м; ρ 2 = 130 Ом·м; h = 3,7 м; S = 55 м. Тогда в соответствии с формулой (4.16) получим, Ом·м 112   3,7  55    ρ Э  5001  exp   3,6   1301  exp   0,1   208 . 55  3,7      По формуле (4.15) определяем железобетонного фундамента, Ом R  0,5 сопротивление 208  1,9 . 55 Принимаем, что допустимое сопротивление заземляющего устройства RД равно 8 Ом. Так как выполняется условие R < RД, то железобетонный фундамент промышленного здания можно использовать в качестве заземляющего устройства электроустановок. 4.4. Расчет напряженности электрического поля промышленной частоты Вблизи электроустановок промышленной частоты в различных точках пространства напряженность электрического поля имеет разные значения. Факторами, от которых она зависит, являются: расстояния между точкой, в которой определяется напряженность поля, и токоведущими частями; номинальное напряжение электроустановки; высота размещения над землей токоведущих частей и др. В некоторых случаях, например, вблизи воздушных линий электропередачи, напряженность электрического поля может быть определена расчетом. Рассмотрим определение напряженности электрического поля, создаваемого трехфазной воздушной линией электропередачи. Для упрощения принимаем, что линия не 113 имеет грозозащитных тросов или тросы ее изолированы от опор и не оказывают существенного влияния на электрическое поле, создаваемое проводами. Если это влияние учитывать, то напряженность будет иметь меньшие значения. В литературе [22] доказано, что напряженность электрического поля Е, создаваемая трехфазной воздушной линией электропередачи (рис. 4.3), в заданной точке Р, определяется формулой, В/м E C U ф 4π  ε o 2k1  k 3  k 5 2  3k 3  k 5 2  2k 2  k 4  k 6 2  3k 4  k 6 2 , (4.17) где С – емкость фазы относительно земли, Ф/м; U Ф – напряжение фазы относительно земли (эффективное значение фазного напряжения); ε о  8,85·10-12 – электрическая постоянная, Ф/м; k1 , k 2 , k 3 , k 4 , k 5 , k 6 – коэффициенты, определяемые по следующим соотношениям: k1  xd xd H h H h x x  ; k   ; k   ; 2 3 m А2 n А2 m А2 n А2 m В2 n В2 (4.18) k4  H h H h xd xd H h H h  2 ; k5  2  2 ; k6  2  2 . 2 mВ nВ mС nС mС nС Значение длин отрезков H, x , d, m и n определяются по рис. 4.3, который должен выполняться с соблюдением определенного масштаба. Отрезки m и n являются гипотенузами соответствующих прямоугольных треугольников (рис. 4.3) и поэтому могут определяться по следующим уравнениям, м: 114 mА  mВ  mС   x  d 2  H  h 2 ; 2 x 2  H  h  ;  x  d 2  H  h 2 ;  x  d 2  H  h 2 ; 2 x 2  H  h  ;  x  d 2  H  h 2 . nА  nВ  nС  (4.19) y A B C H-h mл mв mс Р H-h H K Еy O Еx Е x x d H+ h d nA / A nB / B nC C / Рис. 4.3. К расчету напряженности электрического поля Высота размещения провода над землей Н должна приниматься равной фактической высоте размещения участка провода, ближайшего к точке Р, поскольку на формирование поля в этой точке основное влияние оказывает ближайший 115 участок провода (рис. 4.4). Эта высота определяется из следующего выражения, м: H  HП  4x  f  x  1   , l  l (4.20) где H П – высота крепления провода на опоре, м; f  H П  H О – стрела провеса провода, м; H О – габарит линии (наименьшее расстояние от проводов до земли) м; x – расстояние по горизонтали от опоры до интересующей нас точки провода, м; l – длина пролета линии (расстояние между опорами), м. Д/ f НП Н0 Н Д x l Рис. 4.4. К расчету высоты размещения провода над землей 116 Емкость фазы относительно земли на единицу длины линии с горизонтальным расположением проводов определяется следующим выражением, Ф/м: C ln  2π  ε o 2 H СР  d 2 r 3 4 H СР d2  , (4.21) 2 H СР d2 где r – диаметр фазного провода, м; H СР – средняя высота подвеса проводов над поверхностью земли, м: 2 1 H СР  H П  f  H П  2 H O  . 3 3 (4.22) При расщепленных фазах, состоящих каждая из n проводов радиусом ro , м, с расстоянием между ними (шаг расщепления) a , м, вместо r надо подставлять в формулу (4.21) эквивалентный радиус rэкв , м: rэкв  P  n ro  an 1 (4.23) где P – поправочный коэффициент. При n = 2 и n = 3, коэффициент P = 1, а при n = 4, P = 1,09. Пример. Определить напряженность электрического поля на высоте h = 2 м от земли в точке под проводом средней фазы линии ( x = 0 м) в середине пролета. Линейное напряжение составляет 330 кВ. Линия имеет горизонтальное расположение 117 проводов с расстоянием между ними d = 10,5 м; фазы – расщепленные, состоящие из трех проводов АСО-500 радиусом ro =1,51 см с шагом расщепления a = 40 см. Высота подвеса проводов на опоре H П = 21 м, габарит линии H О = 8,5 м, средняя высота подвеса проводов над землей H СР = 12,5 м. Грозозащитные тросы изолированы от опор, т.е. влияние их на электрическое поле линии не учитывается. Работник выполняет обязанности стоя. Решение. По формуле (4.21) определяем емкость фазы относительно земли, Ф/м 2  3,14  8,85  10 12 2  12,5  10,5 C ln 3   12,41.  0,0151  0,4 2  3 4  12,5 2  10,5 2 12,5 2  10,5 2 Далее по формуле (4.17) с учётом известного соотношения между фазным и линейным напряжениями находим напряженность поля Е в заданной точке. При этом, поскольку напряженность требуется определить в середине пролета, высоту Н принимаем равной габариту линии, т.е. Н = 8,5 м. Для этой точки х = 0 м (см. рис. 4.3), отрезки m и n равны: m А  mС  8,5  2  10,5 2  152,5 м; 2 n А  nС  8,5  22  10,5 2  mВ  8,5  2  6,5 м; nВ  8,5  2  10,5 м. 118 220,5 м; Коэффициенты k для точки K будут следующими: 10,5 10,5   1,9  10  2 ; 152,5 220,5 6,5 10,5 k2    9,8  10  2 ; 152,5 220,5 6,5 10,5  24,9  10  2 ; k 3  0; k 4  2  2 6,5 10,5  10,5  10,5 k5    2,0  10  2 ; 152,5 220,5 6,5 10,5 k6    8,7  10  2. 152,5 220,5 k1  Значение напряженности электрического поля Е в точке К рассчитаем по формуле (4.17), В/м E 12  10 12  330  10 3 4π  8,85  10 12  3     10 4 2  1,9  2,0  3  2,0 2  2  9,8  24,9  8,7  324,9  8,7  6678 . . 2 2 2 Аналогично можно определить напряженность поля в других точках при разных значениях x . Напряжённость электрического поля в местах нахождения работников нормируется согласно документам [23, 24]. 119 4.5. Определение значения тока, проходящего через человека под воздействием электрического поля промышленной частоты Вблизи действующих электроустановок и линий передачи переменного тока через тело человека постоянно проходит ток, стекающий в землю. При этом, если человек не изолирован от земли, ток будет стекать в землю через площадь соприкосновения человека с землей. Если же человек изолирован от земли (имеет изолирующую обувь), ток в землю будет стекать через емкостную связь между телом человека и землей. В общих случаях значение тока примерно одинаково, при условии, что человек находится на одном и том же месте и не слишком высоко над землей. Величина тока, проходящего через человека, зависит от места нахождения человека относительно токоведущих частей и земли, номинального напряжения электроустановок (линии) и других факторов. В нормативном документе [22] показано, что для человека среднего роста (около 170 см), находящегося в электрическом поле промышленной частоты и стоящего на земле, значение проходящего в землю тока вычисляется по формуле, мкА I 12  ЕY (4.24) где ЕY – модуль вертикальной составляющей вектора напряженности электрического поля на высоте 170 см, кВ/м. Значение ЕY вычисляется по формуле, В/м: EY  120 C Uф 4π  ε o 2k 2  k 4  k 6 2  3k 4  k 6 2 . (4.25) Смысл, входящих в формулу (4.25) величин описан при рассмотрении формулы (4.17). Допустимое значение тока, длительно проходящего, через человека и обусловленного воздействия электрического поля, составляет 50 мкА. Формулы (4.24) и (4.25) справедливы для человека, находящегося в вертикальном положении. Величина тока, проходящего через человека, будет зависеть от его габаритов и положения тела. Например, при работе в лежачем положении, в полулежащем положении, на четвереньках создаются условия для прохождения через работника тока в горизонтальном направлении. Этот ток будет определяться горизонтальной составляющей напряженности электрического поля, которая рассчитывается по следующей формуле, В/м EX  C U ф 4π  ε o 2k1  k 3  k 5 2  3k 3  k 5 2 . (4.26) Смысл входящих в формулу (4.26) величин описан при рассмотрении формулы (4.17). 121 5. БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В строительстве и стройиндустрии используются различные технологические процессы и оборудование, которые должны быть безопасными. Поэтому на стадии их проектирования важно правильно рассчитать эти параметры, обеспечив в дальнейшем безопасную работу оборудования. Наличие огромного числа технологических процессов и оборудования не позволяют охватить все вопросы, связанные с их безопасностью, поэтому ниже приведены, на наш взгляд, наиболее важные для строителей методики расчета параметров безопасности. 5.1. Расчет резьбовых соединений Самым распространенным в технике разъемным соединением является резьбовое. Выбор вида резьбового соединения, как и любого другого, зависит от условий его работы (температуры, характера нагрузок, наличия коррозии и т.п.). Резьбовые соединения могут выходить из строя вследствие разрыва или среза стержня болта, среза или смятия резьбы и т.п.). В зависимости от условий сборки и нагружения применяют различные виды болтовых соединений. Ниже рассмотрены только наиболее распространенные упрощенные методы расчета [25]: соединение ненапряженное (гайка не затянута); соединение напряженное (гайка затянута) с внешней дополнительной осевой нагрузкой; соединение напряженное с поперечной внешней нагрузкой. Расчет ненапряженного болтового соединения 122 Примером такого соединения является хвостовик грузоподъемного крана с нарезанной резьбой, как показано на рис. 5.1. В данном случае гайка свободно навинчена на нарезанную часть хвостовика грузоподъемного крюка и зафиксирована от самоотвинчивания шплинтом, проходящим через гайку и стержень хвостовика. d 4 3 2 d3 Рис. 5.1. Схема ненапряженного болтового соединения: 1  крюк; 2  шайба; 3  гайка; 4  хвостовик крюка 1 G Пренебрегая массой крюка, можно считать, что резьба нагружается только растягивающей силой PP , приложенной к крюку. Статическая прочность стержня с резьбой в связи с объемным напряжением выше (примерно на 10%), чем гладкого стержня. Поэтому расчетный диаметр d P может быть приближенно найден по соотношению, мм d P  d  0,9S , (5.1) где d  наружный диаметр резьбы, мм; S  шаг резьбы, мм. Допуская, что напряжения в опасном сечении резьбового хвостовика распределяются равномерно, можно, используя условие прочности на растяжение 123 4 PP  σ P  , π  d P2 определить расчетный диаметр резьбы d P , мм σP  dP  (5.2) 4 PP , π  σ P  (5.3) где PP  осевая сила, Н; σ P   допускаемое напряжение на растяжение, МПа, которое можно находить с использованием табл. 5.1 и табл. 5.2. Т абл и ца 5 .1 Соотношения допускаемых напряжений на растяжение σ P и предела текучести Материал болта Сталь углеродистая Сталь легированная σ T сталей Постоянная нагрузка при размере резьбы М6…М16 М16…М30 Переменная нагрузка при размере резьбы М6…М16 М16…М30 (0,2…0,25) σ T (0,25…0,4) σ T (0,08…0,12) σ T 0,12 σ T (0,15…0,2) σ T (0,2…0,3) σ T (0,1…0,15) σ T 0,15 σ T Т абл и ца 5 .2 Основные материалы для резьбовых деталей и их характеристики Материал Ст3 Ст4 Ст5 124 σ B , МПа σ T , МПа δ, % Примечание Низко- и среднеуглеродистые стали обычного качества 380…470 240 26 Неответственные резьбовые соединения, 420…520 260 24 средненапряженные 500…620 280 20 соединения общего назначения Стали углеродистые качественные А12 35 45 450…600 500…650 700…850 240 300 650 22 18 15 В машинах напряженности средней Основные элементы метрической резьбы относительно болта и гайки показаны на рис. 5.2, а размеры приведены в табл. 5.3. Гайка d,D d3 S d 2,D2 Болт Рис. 5.2. Основные элементы метрической резьбы: d, d2, d1  наружный, средний и внутренний диаметры наружной резьбы (болта); D, D2, D1  наружный, средний и внутренний диаметр внутренней резьбы (гайки); d3  внутренний диаметр болта по дну впадины; S  шаг резьбы Т абл и ца 5 .3 Размер метрической резьбы [25], мм D=D 6 7 Шаг S d 2  D2 d1  D1 d3 1 0,75 0,5 1 0,75 0,5 5,350 5,513 5,675 6,350 6,513 6,675 4,917 5,188 5,459 5,917 6,188 6,459 4,773 5,080 5,387 5,773 6,080 6,387 125 8 126 1,25 1 0,75 0,5 7,188 7,350 7,513 7,675 6,647 6,917 7,188 7,459 6,466 6,773 7,080 7,387 Пр о до л же н и е таб л. 5 .3 D=D 9 10 11 12 14 16 18 20 22 Шаг S d 2  D2 d1  D1 d3 1,25 1 0,75 0,5 1,5 1,25 1,0 0,75 0,5 1,5 1,0 0,75 0,5 1,75 1,5 1,25 1,0 2 1,5 1,25 1 2 1,5 1 2,5 2 1,5 1 2,5 2 1,5 1 2,5 2 1,5 1 8,183 8,350 8,513 8,675 9,026 9,188 9,350 9,513 9,675 10,026 10,350 10,513 10,675 10,863 11,026 11,188 11,350 12,701 13,026 13,188 13,350 14,701 15,026 15,350 16,376 16,701 17,026 17,350 18,376 18,701 19,026 19,350 20,376 20,701 21,026 21,350 7,647 7,917 8,188 8,459 8,376 8,647 8,917 9,188 9,459 9,376 9,917 10,188 10,459 10,106 10,376 10,647 10,917 11,835 12,376 12,647 12,917 13,835 14,376 14,917 15,294 15,835 16,376 16,917 17,294 17,835 18,376 18,917 19,294 19,835 20,376 20,917 7,466 7,773 8,080 8,387 8,160 8,466 8,773 9,080 9,387 9,160 9,773 10,080 10,387 9,853 10,160 10,466 10,773 11,546 12,160 12,466 12,773 13,546 14,160 14,773 14,933 15,546 16,160 16,773 16,933 17,546 18,160 18,773 18,933 19,546 20,160 20,773 127 Око н ча н ие та б л. 5 .3 D=D Шаг S d 2  D2 d1  D1 d3 3 22,051 20,752 20,319 2 22,701 21,835 21,546 24 1,5 23,026 22,376 22,160 1 23,350 22,917 22,773 Пр и меча ни е . Основные элементы метрической резьбы, приведенной в табл. 5.3: d, d2, d1  наружный, средний и внутренний диаметры наружной резьбы (болта); D, D2, D1  наружный, средний и внутренний диаметр внутренней резьбы (гайки); d3  внутренний диаметр болта по дну впадины; S  шаг резьбы Пример. Определить грузоподъемность крюка, изображенного на рис. 5.1, и изготовленного из стали Ст.3, если размер резьбы М24 с шагом 2 мм. Решение. Определим используя табл. 5.3: расчетный диаметр dP = d3 болта, d P  21,546 мм. Найдем допускаемое напряжение на растяжение для стали Ст3, используя табл. 5.1 и табл. 5.2: σ T =240 МПа; σ P  0,3  σ T  0,3  240  72 МПа. Теперь можно определить из формулы (5.2) осевую расчетную нагрузку PP (грузоподъемность) на крюк, Н PP  128 πd P2 3,14  21,546 2 σP  72  26240 . 4 4 Расчет напряженного (гайка затянута) соединения с внешней дополнительной осевой нагрузкой Примером такого соединения могут служить болты крепления крышки сосудов под давлением. Обычно между крышкой и корпусом устанавливают прокладку из прокладочного материала (меди, латуни, асбеста и т.п.), как показано на рис. 5.3. Затяжка болтов должна обеспечивать герметичность соединения и, кроме того, болты должны выдерживать осевую нагрузку от давления среды внутри сосуда на крышку. Следовательно, на болт будут действовать сила затяжки и внутреннее давление, приходящееся на один болт. P Рис. 5.3. Схема напряженного болтового соединения d do PC D P Так как на практике величину затяжки болтов часто не контролируют, то смысл точного расчета теряется. Обозначим через PЗАТ силу затяжки болта, через P1  силу, создаваемую на каждый болт от внутреннего давления 129 среды в сосуде, через Р  осевую нагрузку на болт. Тогда можно записать соотношение между ними в виде P  PЗАТ  K δ  Р1 , (5.4) где K δ  коэффициент внешней нагрузки, учитывающий деформации болта и деталей соединения. При приближенных расчетах при отсутствии упругих прокладок можно принимать K δ = 0,2…0,3. Силу P1 , Н, создаваемую на каждый болт от внутреннего давления среды в сосуде, можно определить, если известно давление среды в сосуде PC , МПа, диметр крышки D по осям крепящих болтов, мм, число болтов n P1  π  D 2 PC .  4 n (5.5) Силу затяжки болта PЗАТ для обеспечения необходимой герметичности соединения можно определить в зависимости от внешней нагрузки и материала прокладки по формуле, Н PЗАТ  K P  Р1 , (5.6) где K P  коэффициент затяжки. По условию нераскрытия стыка (соединения) при постоянной нагрузке K P = 1,25…2,0; по условию герметичности соединения при упругой прокладке K P =1,3…2,5; при металлической фасонной прокладке K P =2,0…3,5; при металлической плоской прокладке K P =3,0…5,0. При затяжке болт испытывает также напряжение кручения. Для учета этого в расчетах необходимо напряжения 130 нагрузки увеличить на 30%. Таким образом, с учетом формул (5.4)(5.6) имеем соотношение для определения расчетной нагрузки PP на болт, Н PP  1,3Р  1,3( PЗАТ  K δ  P1 )  1,3  π  D 2 PC  ( K P  K δ ). (5.7) 4 n При статической нагрузке уравнение прочности болта записано ранее в виде выражения (5.2), из которого и может быть найден расчетный диаметр резьбы болта. Пример. Определить диаметр резьбы болтов из стали Ст3, крепящих стальную крышку сосуда, работающего под избыточным давлением 0,5 МПа. Крышка имеет диаметр по осям болтов 1 м, число крепящих болтов – 16. Решение. Определим по формуле (5.7) расчетную нагрузку PP , действующую на каждый болт крышки, Н 3,14  1000 2 0,5 PP  1,3   (2  0,25)  71800. 4 16 Используя уравнение (5.3), можно ориентировочный расчетный диаметр резьбы болта, мм dP  найти 4  71800  19,5 , 3,14  240 где σ P  0,3  σ T  0,3  240  72 табл. 5.1 и 5.2. найдено с использованием 131 Принимая для болта метрическую резьбу с крупным шагом S = 2,0 мм, и учитывая, что d 3  19,5 мм, найдем по табл. 5.3 минимальный диаметр болта, мм d МИН  22 . Окончательно с использованием полученных результатов принимаем к установке болт с метрической резьбой М22х2. Расчет напряженного болтового соединения с поперечной внешней нагрузкой Соединение представляет собой две соединенные болтом планки, которые растягиваются поперечной силой R (рис. 5.4). P d Рис. 5.4. Схема напряженного болтового соединения с поперечной нагрузкой R R do P Болт вставлен в отверстие с зазором. Силы R должны компенсироваться силой трения F, возникающей на стыке 132 соединяемых планок. При этом необходимо болт затягивать таким усилием P, чтобы сила трения F на поверхности была на 20…30% больше силы R, стремящейся раздвинуть планки F  P  f  (1,2...1,3) R , где f  коэффициент трения на поверхности соединения. При трении стали по стали коэффициент трения f  0,16...0,20 . Тогда сила затяжки болта P  (1,2...1,3) R . f Так как в данном случае имеем напряженное болтовое соединение, где болт испытывает напряжение кручения и растяжения, для учета влияния кручения увеличиваем расчетную нагрузку в 1,3 раза, как было указано ранее, PРАСЧ  1,3  Р . При соединении планок болтами в количестве i, уравнение прочности будет иметь вид σP  4  PРАСЧ  σP . π  d P2  i При проектном расчете расчетный диаметр резьбы болта dP  2 R . i  f  σP 133 Пример. Определить диаметр резьбы болта для соединения двух планок из стали Ст3 сечением 20х60 мм под статическую растягивающую нагрузку R = 4 кН. Болт вставлен в отверстие с зазором. Решение. Предполагая, что болт будет изготовлен также из стали Ст3, определим по табл. 5.2 предел текучести σ T = 240 МПа. Допускаемое напряжение на растяжение найдем с использованием табл. 5.1, принимая, что диаметр болта лежит в пределах 16…30 мм, МПа σP  0,4  σ T  0,4  240  96. Принимая коэффициент трения f = 0,2 и число болтов i = 1, определим расчетный диаметр резьбы из условия прочности на растяжение, мм dP  2 R 2  4000   20,4. i  f  σP 0,2  96 По табл. 5.3 подбираем ближайший стандартный внутренний диаметр резьбы, по которому окончательно устанавливаем размер болта. Как видно из табл. 5.3, ближайший стандартный внутренний диаметр d 3 = 21,546 мм, что соответствует стандартной резьбе М24 с шагом 2 мм и наружным диаметром 24 мм. Расчет болтового соединения с поперечной внешней нагрузкой 134 Соединение представляет собой две соединенные болтом планки, которые растягиваются силой R (рис. 5.5). Болт вставлен в отверстие без зазора (после развертки), что позволяет при расчетах прочности соединения не учитывать силы трения и пренебрегать затяжкой болта. Сам болт работает при этом как штифт, т.к. затяжка болта не требуется, а стержень болта следует рассчитывать по напряжениям среза и смятия. Примером такого соединения могут служить болты крепления толкателей к металлическому основанию. d Рис. 5.5. Схема болтового соединения с поперечной нагрузкой R do R При расчете на срез используется уравнение прочности стержня болта 4P τ CP  , (5.8) π  d o2 где d o  внутренний диаметр резьбы болта, мм; τ CP  допускаемое напряжение на срез, которое может быть найдено по соотношению, МПа τ CP  (0,2...0,3)σ T , (5.9) 135 где τ T  предел текучести металла болта, МПа, значение которого приведены в табл. 5.2. Зная величину растягивающей силу P , можно определить внутренний диаметр резьбы болта, мм do  4P . π  τ CP  (5.10) При втором расчете используется уравнение прочности на смятие болта d o  h  σ CM   P , (5.11) где h  высота смятия участка; σ CM  допускаемое напряжение на смятие, которое может быть найдено для стали по соотношению, МПа σ CM  0,8  σ T . (5.12) Из уравнения (5.11) может быть найдена высота смятия участка болта h , мм h P . d o  σ CM  (5.13) Пример. Определить диаметр резьбы болта из стали Ст3 для соединения двух стальных планок под растягивающую нагрузку 10 кН. Болт вставлен в отверстие без зазора и будет испытывать напряжение среза и смятия. 136 Решение. Определим допускаемое напряжение на срез τ CP и на смятие σ CM стержня болта из стали Ст3, используя формулу (5.9) и табл. 5.2, МПа τ CP  0,25  240  60 , σ CM  0,8  240  192 . Найдем по формуле (5.10) минимальный внутренний диаметр резьбы болта из условия его работы на срез, мм do  4  10000  14,6 . 3,14  60 Принимаем диаметр стержня болта 16 мм с метрической резьбой М16 и крупным шагом 2 мм. Полученный размер стержня болта проверим на смятие, используя формулу (5.13). Высота смятия участка болта h составит, мм h 10000  3,57 . 14,6  192 5.2. Защита оборудования от разлетающихся деталей При работе машин, механизмов и оборудования имеются потенциально опасные вращающиеся или движущиеся части. Для обеспечения безопасности работающих и находящихся рядом людей эти части должны быть ограждены. Также стараются оградить зоны возможного выброса рабочего материала и инструмента, зоны факторов повышенной опасности (высоких температур, напряжений, излучений) и т.п. 137 Ограждения представляют собой физическую преграду между человеком и опасным или вредным производственным фактором. Защитные ограждения, приспособления и устройства должны исключать: возможность соприкосновения работника с движущимися частями машины; выпадение или вылет обрабатываемых деталей (материалов), а также частей рабочих органов при их поломках; попадание в работающих частичек обрабатываемого материала; возможность травмирования при установке и смене рабочих органов или инструментов. Оградительные устройства чаще всего изготавливают в виде сплошных жестких щитов и кожухов из листовой стали толщиной не менее 0,8 мм, либо листового алюминия толщиной не менее 2 мм, либо из прочной пластмассы толщиной не менее 4 мм. При необходимости осмотра ограждаемых механизмов или деталей оборудования ограждения снабжают смотровыми окнами из безопасного стекла толщиной не менее 4 мм. С этой же целью, а также для снижения массы конструкции ограждения выполняют с отверстиями. Они могут представлять собой решетки или сетки. Решетчатые и сетчатые ограждения необходимо располагать не ближе 50 мм от движущихся частей. Обычно размер ячеек сетки не превышает 10х10 мм. В зависимости от назначения и условий работы ограждения изготавливают из различных материалов. Они могут одновременно выполнять роль паро-, газо- и пылеприемников, исключать воздействие тепловых и электромагнитных излучений на работающих, а в отдельных случаях снижать шум и т.п. Такие ограждения называют комбинированными. Например, ограждение заточного круга, кроме защиты человека от отлетающих частиц (в том числе и частей самого круга при его разрушении), выполняет функцию пылеприемника. Ограждения с отверстиями должны удовлетворять следующим условиям [26]: при х > 60  d < 0,1x; 138 при х < 60  d < 6, где x  расстояние от частей оборудования, представляющих опасность для работающих, до ограждения, мм; d  диаметр отверстия, мм. В ограждениях с отверстиями в виде многоугольников вписанные в них окружности должны удовлетворять тем же условиям, а любые диагонали многоугольников не должны превышать удвоенного диаметра окружности. При обработке хрупких материалов (чугуна, латуни, бронзы, текстолита и др.) на высоких скоростях резания стружка от станка разлетается на значительное расстояние (3...5 м). При точении вязких материалов (медь, сталь) для стружки характерны высокая температура (400...600 °С) и большая кинетическая энергия, вследствие чего она представляет серьезную опасность не только для работающего на станке, но и для находящихся вблизи лиц. Например, при токарной обработке повреждение глаз отлетающей стружкой, пылевыми частицами обрабатываемого металла, осколками режущего инструмента и частицами абразива превышает 50% общего числа производственных травм. Вот почему ограждения должны иметь определенный запас прочности, гарантирующий безопасность рабочего и находящегося рядом обслуживающего персонала. При расчете сплошных ограждений из металла по действующей ударной нагрузке определяют толщину стенки ограждения. Для абразивного вращающегося круга в случае его разрыва на две части (рис. 5.6, а) ударная нагрузка PОТЛ на ограждение может быть определена по соотношению, Н PОТЛ 2 VОКР  mK , 2Ro (5.14) 139 где mK  масса отлетающей части круга, кг; VОKР  окружная скорость вращения абразивного круга, м/с; Ro  радиус центра тяжести половины абразивного круга или детали, м, который можно найти по формуле Ro  4R 2  r 3 3π  R 2  r 2 , (5.15) где R  радиус внешней окружности круга или детали, м; r  радиус центрального отверстия круга или детали, м. 2 ЦТ 1 ЦТ r r R R а б Рис. 5.6. Расчетные схемы при отлетающих деталях: 1  отлетающая половинка круга; 2  отлетающая часть детали; ЦТ  центр тяжести отлетающей детали При отрыве от вращающейся детали (круга) более мелкой части (рис. 5.6, б) ударная (центробежная) сила PОТЛ отлетающей части составит, Н 140 PОТЛ VK2  mK , Ro (5.16) где VK  линейная скорость движения отлетающей части или детали, м/с; Ro  радиус кривизны траектории отрыва части детали, м. По найденному значению PОТЛ по табл. 5.4 можно ориентировочно определить толщину стенки ограждения из листовой стали. Таблица 5.4 Зависимость толщины стенки ограждения из листовой стали от ударной нагрузки [26] Ударная нагрузка, кН 4,91 8,33 14,6 17,15 25,67 31,16 39,69 47,04 61,74 Толщина стенки ограждения, мм 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ударная нагрузка, кН 73,5 80,36 96,04 102,9 115,64 139,16 159,74 188,16 205,8 Толщина стенки ограждения, мм 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Сплошные ограждения, толщину стенок которых находят по описанному выше методу, могут быть заменены сетчатыми или решетчатыми после соответствующего расчета конструкции ограждения в зависимости от характера нагрузки (растяжение, изгиб, срез). 141 Пример. На токарном станке обрабатывается чугунный вал, наружным диаметром 2  Ro = 400 мм. Скорость вращения вала составляет nОБ = 300 мин-1. При обработке от вала отлетает кусочки стружки массой mK = 10 г. Определить толщину стенки ограждения из листовой стали, предполагая, что вал разрушиться не может. Решение. Расчет толщины стенки ограждения из листовой стали определим, используя ударную (центробежную) силу PОТЛ отлетающих кусочков стружки, по формуле (5.16), Н 6,282  2,63 , 0,15 где скорость движения VK отлетающих частиц стружки определена по соотношению, м/с PОТЛ  0,01 VK  wK  RO  π  nОБ 3,14  300  RO   0,2  6,28 . 30 30 Здесь wK  угловая скорость обрабатываемого вала, рад/с. Как видно из сравнения полученного значения ударной силы отлетающих кусочков стружки с данными табл. 5.4, толщина стенки ограждения из листовой стали может быть принята не более 1 мм. 5.3. Расчет на прочность сосудов, работающих под давлением При расчете на прочность отдельных элементов теплосилового и другого оборудования (барабаны котлов, 142 трубопроводы, коллекторы, воздухосборники компрессоров и др. элементы), работающих под давлением, наиболее часто определяется толщина их стенки при конструктивном расчете или допускаемое давление в этих элементах при поверочном расчете. Методика конструктивного и поверочного расчетов в основном одинакова, разница лишь в целях расчета и искомых величинах. В основу расчета на прочность деталей положен принцип оценки прочности по несущей способности (предельной нагрузке). Этот прогрессивный метод расчета, позволяющий наилучшим образом использовать свойства металла, требует строго соблюдения правил Госгортехнадзора РФ к материалам, из которых они изготовлены. Основными расчетными формулами при конструкторском расчете при расчете толщины δ стенки труб поверхностей нагрева и трубопроводов являются:  для бесшовных труб по формуле, мм δ P  DB C, 200  σ  P (5.17)  для труб с продольным сварным швом по формуле, мм δ PD C, 200  φ  σ  P (5.18) где P  расчетное давление, МПа; D, DB  наружный и внутренний диаметры сосуда, мм; σ  допустимое напряжение, кг/мм2; φ  коэффициент прочности в продольном направлении. Этот коэффициент характеризует ослабление сосуда отверстиями. При отсутствии отверстий φ = 1. При расчетах 143 толщины стенки цилиндрической части, например барабанов котла типа КЕ можно принимать, что φ = 0,46. Ослабление сосуда может быть создано не только отверстиями, но и сварными швами. Для стыковых сварных швов в зависимости от конструкции шва и способа сварки принимают φ = 0,9…1,0; C  прибавка к расчетной толщине стенки, учитывающая технологические и другие допуски, мм. При расчетах она обычно принимается в пределах от 0 до 1 мм. В знаменателе формул (5.17) и (5.18) присутствует расчетное давление  P . При расчетах плюс принимается, если в сосуде разрежение, и минус, если в сосуде избыточное давление. Пример. Рассчитать толщину стенки барабана котла ДКВР-10-13, если барабан выполнен из стали 25К, имеющей допустимое напряжение σ =133 кг/мм2 при температуре пара в барабане котла около 200 оС, расчетное давление пара в барабане котла 1,4 МПа, внутренний диаметр барабана – 1004 мм. Решение. Расчет толщины стенки барабана котла, который ослаблен отверстиями для экранных труб и труб конвективных пучков, проведем по формуле (5.17), мм δ 1,4  1004  1  12,7 . 200  0,46  133  1,4 В действительности толщина стенки барабана котла ДКВР-10-13 составляет 14 мм. Сравнение с рассчитанной выше величиной показывает, что расчеты выполнены правильно. 144 5.4. Предохранительные устройства от механических перегрузок Устройства, обеспечивающие безопасную эксплуатацию машин и оборудования посредством ограничения скорости, давления, температуры, электрического напряжения, механической нагрузки и других факторов, которые способствуют возникновению опасных ситуаций, называют предохранительными. Они должны срабатывать автоматически с минимальным инерционным запаздыванием при выходе контролируемого параметра за допустимые пределы. В качестве таких предохранительных устройств могут быть предохранительные муфты с разрушающимся элементом, пружинно-кулачковые, фрикционные и зубчато-фрикционные муфты, центробежные, пневматические и электронные регуляторы и т.п. Рассмотрим принцип действия на примере предохранительного устройства от механических перегрузок, представляющего собой предохранительную муфту с разрушающимся элементом, как показано на рис. 5.7. 3 4 5 2 1 6 Рис. 5.7. Предохранительная муфта с разрушающимся элементом (штифтом): 1, 6  полумуфты; 2  резьбовая пробка; 3, 4  стальные закаленные 145 втулки; 5  штифт Такие муфты отличаются простотой и имеют широкое применение. Разрушающимся элементом являются цилиндрические штифты, имеющие гладкую поверхность или снабженные специальной выточкой. Шкив, звездочку или шестерню, расположенные на ведущем валу, соединяют с приводным (ведомым) валом срезными штифтами, рассчитанными на определенную нагрузку. Если последняя превысит допустимое значение, то штифт разрушается, и ведущий вал начинает вращаться вхолостую. После устранения причины появления таких нагрузок срезанный штифт заменяют новым. Диаметр штифта d ШТ , мм, предохранительной муфты, который обычно изготовляют из стали 45 или 65Г, можно рассчитать по формуле, мм d ШТ  4MP , π  R  τ CP (5.19) где M P  расчетный момент, Н·м; R  расстояние между осевыми линиями передающих валов и штифта, м; τ CP  предел прочности на срез, МПа (для стали 45 и 65Г в зависимости от вида термообработки, при статической нагрузке значения лежат в пределах τ CP = 145...185 МПа; при пульсирующей нагрузке τ CP = 105...125 МПа; при симметричной знакопеременной нагрузке τ CP = 80...95 МПа). При 146 расчетах рекомендуется принимать меньшие значения указанных величин предела прочности на срез. Следует заметить, что обычно при расчете диаметра штифта расчетный момент M P принимают на 10...20% выше предельного допустимого момента M ПР , т.е. M P = (1,1…1,2) M ПР . Если штифтов несколько и они расположены по окружности, то расчетный момент, разрушающий штифт, может быть найден из условия среза по формуле, Н MP  2 πd ШТ  n  R  τ CP , 4 K HP (5.20) где n  число штифтов; K HP  коэффициент неравномерности распределения нагрузки между штифтами. При n = 2…3 K HP = 1,2…1,3. Пример. Рассчитать диаметр штифта, который установлен в предохранительной муфте в качестве разрушаемого элемента, как показано на рис. 5.7. Число штифтов – 2. Расчетный момент на валу двигателя равен 400 Н·м. Расстояние между осями валов и осями штифтов 100 мм. Штифты изготовлены из стали 45. Решение. За расчетный момент M P принимаем момент выше предельного допустимого M ПР , Н·м M P  1,2  400  480 . Нагрузку выбираем симметричную знакопеременную, поэтому для стали предел прочности на срез примем τ CP = 80 МПа. 147 Используя формулу (5.20), можно минимальный диаметр разрушаемого штифта, мм d ШТ  определить 4 MP 4  480   5,64 , π  R  τ CP  n  K HP 3,14  0,1  80  2  1,2 где коэффициент неравномерности распределения нагрузки между штифтами K HP при числе штифтов n = 2 принят равным 1,2. Следовательно, на предохранительной муфте могут быть использованы два штифта из стали 45 каждый диаметром 5,64 мм. 5.5. Расчет на устойчивость сжатых стоек В строительстве и различных технологических процессах и оборудовании достаточно часто используются разнообразные стойки (стойки строительных конструкций и лесов, вертикальные опоры и подставки и т.п.). Сжатая стойка при нагрузке на нее должна обеспечивать устойчивость равновесия и прямолинейность формы, т. е. должна быть исключена опасность возникновения продольного изгиба. Сила Р, сжимающая стойку, должна быть не больше допускаемой [Р], т.е. Р < [Р]. Последняя составляет некоторую часть от критической силы: P  PKP , nУ  (5.21) где [n У ]  требуемый (допускаемый) коэффициент запаса устойчивости. 148 Условие устойчивости имеет вид nУ  PKP  nУ  , Р (5.22) где nУ  коэффициент устойчивости; для стальных стоек металлоконструкций [n У ] = 1,72,0; для деталей машин (домкраты, ходовые винты) [n У ] = 3,05,0. Критическая сила (при потере устойчивости в упругой стадии) вычисляется по формуле Эйлера: PKP  π 2  E  J МИН , (μ  l ) 2 (5.23) где Е  модуль продольной упругости материала стойки; J МИН  наименьший из осевых моментов инерции поперечного сечения стойки; μ  коэффициент приведения длины, зависящий от способов закрепления концов стойки (рис. 5.8); l  длина стойки. P P P P P 149 =1 =2  = 0,5  = 0,7 =1 Рис. 5.8. Схемы закрепления концов стоек Критическое напряжение в материале стойки (на основе формулы Эйлера) σ KP  π 2 где λ  μ l iМИН E , λ2 (5.24)  гибкость стержня; J МИН  минимальный радиус инерции поперечF ного сечения стойки; F  площадь поперечного сечения стойки. Критическая сила связана с критическим напряжением соотношением: iМИН  PKP  σ KP  F . (5.25) Формула Эйлера применима при условии, что σ KP  σ ПЦ , (5.26) где σ ПЦ  предел пропорциональности материала стойки. Из условия (5.26) следует, что формула Эйлера справедлива при условии λ  λ ПРЕД , (5.27) 150 где λ ПРЕД  предельная гибкость материала, зависящая от его физико-механических свойств; λ ПРЕД  π Е . σ ПЦ (5.28) В случае выполнения неравенства λ o  λ  λ ПРЕД , (5.29) где λ o  значение гибкости, при которой критическое напряжение становится равным пределу текучести (для стальных и дюралюминиевых стоек), формулу Эйлера применять нельзя. Расчеты ведут по эмпирическим формулам Тетмайера  Ясинского (для стальных, дюралюминиевых и деревянных стержней): (5.30) σ KP  a  b  λ , для стоек из других материалов σ KP  762  11,8λ  0,52λ 2 , (5.31) где а и b  эмпирические коэффициенты, имеющие размерность напряжения (табл. 5.5). Для чугунных стоек условие применимости эмпирической формулы также выражается неравенством (5.29); значения а,b, λ o и λ ПР ЕД приведены в табл. 5.5. Т абл и ца 5.5 Значения а, b, λ o и λ ПРЕД 151 Материал а, Н/мм2 b, Н/мм2 λo λ ПРЕД Стали 10, Ст2 Стали 15, Ст3 Стали 25, Ст5 Стали 10Г2СД, 15ГС Дюралюминий Д16Т Сосна, ель Чугун 264 310 350 429 406 29,3  0,70 1,14 1,15 1,52 2,83 0,194  62 61 57 50 30  10 105 100 92 83 53 70 80 Напряжения в стальных и деревянных строительных конструкций, а также в сжатых металлоконструкций подъемно-транспортных рассчитывают по формуле σ P  φσ C  , F стойках стойках машин (5.32) где φ  коэффициент продольного изгиба; [σ C ]  основное допускаемое напряжение па сжатие, устанавливаемое без учета опасности продольного изгиба. Коэффициент φ зависит от материала и гибкости стойки. Последняя при проектном расчете неизвестна, поэтому последний приходится вести последовательными приближениями. Пример. На рис. 5.9 показана расчетная схема трубчатой стойки строительной конструкции. Требуется проверить стойку на устойчивость от действия силы Р = 80 кН при [n У ] = 2,5, если она изготовлена из стали марки Ст3. Высота стойки l = 2 м. P  50 2000 152  60 Решение. Для расчета на устойчивость должна быть известна критическая сила для заданной стойки. Для этого необходимо установить, no какой формуле следует вычислять критическую силу, т.е. надо сопоставить гибкость стойки с предельной гибкостью для ее материала. Из табл. 5.8 для стали Ст3 выпишем значение предельной гибкость материала стойки и значение гибкости, при которой критическое напряжение становится равным пределу текучести λ ПРЕД = 100, λ o = 61. Для определения гибкости рассчитываемой стойки вычисляем геометрические характеристики J, F , i ее поперечного сечения: 4 4 d 4   do   60 4   50   J π 1      3,14 1      329000 мм4; 64   d   64   60   2 2 d 2   do   60 2   50   Fπ 1      3,14 1      864 мм2; 4   d   4   60   i J 329000   19,5 мм. F 864 153 У величин J и i опущены индексы «мин», т.к. поперечное сечение стойки имеет форму кругового кольца, для которого, как известно, все центральные оси главные и все главные центральные моменты инерции одинаковы. Определим гибкость стойки λμ l iМИН  0,7 2000  71,1 . 19,5 Как видим, выполняется условие (5.29) λ o  λ  λ ПРЕД , т.е. критическую силу можно определить по формуле Тетмайера – Ясинского (5.30), Н/мм2 σ KP  310  1,14  71,1  228,9 . Критическая сила для стойки составит (формула 5.25)), Н PKP  228,9  864  198000 . Расчетный коэффициент запаса устойчивости стойки в соответствии с формулой (5.22) будет nУ  198000  2,62 . 75000 nУ  nУ  на 4,8%. Следовательно, Таким образом, рассматриваемая стойка не потеряет устойчивости под действием силы Р. 154 5.6. Расчет предохранительных клапанов В процессе эксплуатации котлов и сосудов различного назначения возможны случаи превышения в них давления среды относительно номинального, что может привести к разрушению в них барабанов, коллекторов, сосудов и другого оборудования. Каждый элемент котла или технологического оборудования, внутренний объем которого с находящейся там средой ограничен запорными органами, должен быть защищен предохранительными устройствами, автоматически предотвращающими повышение давления сверх допустимого путем выпуска рабочей среды в атмосферу или утилизационную систему. Для предотвращения взрывов в системах паро- и водопроводах паровых и водогрейных котлов, сосудах различного назначения и т.п. используют различные предохранительные клапаны (не путать с взрывными предохранительными клапанами!), которые автоматически сбрасывают давление среды, если оно начинает подниматься выше допустимого. Каждый котельный агрегат или сосуд, работающий под давлением, должен быть снабжен предохранительным клапаном. В соответствии с нормативным документом [27] водогрейные котлы без барабанов с температурой воды до 115 о С производительностью менее 407 кВт должны иметь один предохранительный клапан, при большей производительности – два, один из которых контрольный. Предохранительные клапаны должны защищать котлы, пароперегреватели и экономайзеры, сосуды различного 155 назначения от превышения в них давления более чем на 10% расчетного (разрешенного). Превышение давления при полном открытии предохранительных клапанов выше, чем на 10% расчетного может быть допущено лишь в том случае, если это предусмотрено расчетом на прочность котла, пароперегревателя и экономайзера, сосуда. В качестве предохранительных устройств допускается применять: а) рычажно-грузовые предохранительные клапаны прямого действия; б) пружинные предохранительные клапаны прямого действия; в) импульсные предохранительные устройства, состоящие из импульсного клапана и главного предохранительного клапана. Установка тех или иных предохранительных устройств на оборудовании определяется нормативными документами Госгортехнадзора России. Наиболее широко используемым, надежным, простым и легко регулируемым считается клапан рычажной конструкции, схема которого изображена на рис. 5.10. 2 5 3 4 156 1 Рис. 5.10. Предохранительный рычажный клапан: 1  трубопровод; 2  рычаг; 3  клапан; 4 – седло клапана; 5  регулировочный груз На трубопровод приваривается фланец с седлом 4. Сам клапан 3 прижимается сверху рычагом 2, который с одной стороны закреплен на оси к трубопроводу 1, а с другой стороны имеет регулируемый груз 5. За счет грузов и рычага клапан 3 плотно прижимается к седлу 4. При достижении средой давления в трубопроводе, равного давлению срабатывания клапана, клапан приподнимается вместе с рычагом, и пар или вода выходят из системы, давление при этом понижается. С помощью грузов 5 можно регулировать давление срабатывания (подъема из седла) клапана. К недостаткам таких клапанов следует отнести их громоздкость, быстрый износ зеркала седла под действием струи среды. На передвижных котлах и котлах паропроизводительностью менее 35 т/ч должны устанавливаться пружинные предохранительные клапаны. Принципиальная конструкция такого клапана показана на рис. 5.11. 2 3 1 157 4 5 Рис. 5.11. Пружинный предохранительный клапан: 1 – корпус; 2 – натяжной винт с резьбой; 3 – шток; 4 – упорная шайба; 5 – пружина; 6 – тарелка клапана; 7 – трубопровод; 8 – седло клапана В приваренном к трубопроводу корпусе 1 в верхней части имеется отверстие с резьбой, куда вворачивается натяжной винт 2. Винт внутри полый, и внутри этой полости может свободно двигаться шток 3, на конце которого закреплена тарелка клапана 6. Нижний конец винта 2 с шайбой 4 является упором для пружины 5, которая прижимает с определенной силой тарелку 6 к седлу клапана 8. За счет вкручивания винта 2 или его выкручивания можно регулировать силу прижимания тарелки к седлу клапана, т.е. регулировать давление открытия клапана. Корпус 1 имеет в верхней вертикальной части каналы для прохода среды при срабатывании клапана. При проектировании в котельной нескольких водогрейных котлов без барабанов допускается вместо предохранительных клапанов на котлах предусматривать установку двух предохранительных клапанов диаметром не менее 50 мм на трубопроводе, к которому присоединены котлы. На «отключаемых по воде» экономайзерах один предохранительный клапан устанавливается на входе в экономайзер, другой – на выходе из экономайзера. 158 На барабанных котлах предохранительные клапаны устанавливаются на патрубках, присоединенных непосредственно к барабану котла без запорных устройств. Все клапаны снабжаются патрубками и трубами, позволяющими отводить рабочую среду в безопасное место при срабатывании клапана. Площадь сечения отводной трубы должна быть не менее двойной площади сечения предохранительного клапана. Суммарная пропускная способность устанавливаемых на паровом котле предохранительных устройств должна быть не менее номинальной паропроизводительности котла. При проектировании диаметр для прохода среды d каждого предохранительного клапана принимается по расчету. Для котлов он рассчитывается по наибольшей его производительности по формулам СНиПа [27], мм: при установке котлов с естественной циркуляцией d  516 Q ; n  hK (5.33) при установке котлов с принудительной циркуляцией d  258 Q , n  hK (5.34) где Q  максимальная теплопроизводительность котла, МВт; n  количество клапанов; hK  высота подъема клапана, мм. При расчете тепловой мощности котла QK необходимо учитывать температуру перегрева пара и его давление, а также температуру питательной воды. 159 Диаметры предохранительных клапанов должны приниматься по расчету, но не менее 40 мм при производительности котла до 280 кВт и не менее 50 мм при большей производительности. Диаметр прохода (условный) рычажно-грузовых и пружинных клапанов должен быть не менее 20 мм. Допускается уменьшение условного прохода клапанов до 15 мм для котлов паропроизводительностью до 0,2 т/ч и давлением до 0,8 МПа при установке двух клапанов. Пример. Рассчитать диаметр минимального проходного сечения предохранительного клапана, устанавливаемого на барабане парового котла ДЕ-10-14. Паропроизводительность котла D составляет 10 т пара в час. Решение. Определим тепловую мощность парового котла QK по формуле, МВт QK  D 10 (iПП  iПВ )  10 3  (3000  460)  10 3  7,05 . 3,6 3,6 Здесь для котла ДЕ-10-14 приято: энтальпия пара iПП =3000 кДж/кг, энтальпия питательной воды iПВ =460 кДж/кг. Так как котел работает с естественной циркуляцией воды в экранных трубах и трубах конвективного пучка, то для определения минимального диаметра клапана для прохода среды d используем формулу (5.33), мм d  516 160 Q 7,05  516  90,9 . n  hK 1  40 Здесь принято, что устанавливаем один рабочий клапан n = 1, а высота подъема клапана hK = 40 мм. 5.7. Безопасность условий эксплуатации компрессорных установок В строительстве, энергетике, предприятиях стройиндустрии и различных технологических процессах часто необходимо использовать сжатый газ или воздух, которые компремируют в компрессорных установках. Наиболее часто в строительстве используют одноступенчатые поршневые компрессоры для получения сжатого воздуха избыточным давлением 0,2…0,4 МПа. Воздух используют для механизации трудоемких процессов, рыхления грунтов и вскрытия дорожных покрытий, транспортировки материалов и т.п. Обычно для этих целей применяются передвижные компрессорные установки, однако при большом и постоянном потреблении сжатого газа строят стационарные компрессорные станции. Эксплуатация поршневых компрессоров должна строго соответствовать ПБ 03-576-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» [28]. При эксплуатации компрессорных установок, предназначенных для компремирования взрывоопасных и токсичных газов, необходимо руководствоваться соответствующими Правилами, утвержденными Госгортехнадзором РФ. Компрессорные установки, работающие на взрывоопасных и токсичных газах, должны иметь предохранительные устройства и сдвоенную запорную арматуру с воздушником между ними, а также устройство для аварийного сброса давления газа в атмосферу или в факельную систему. Компрессорные установки должны быть спроектированы 161 так, чтобы уровень звука на рабочих местах при длительной непрерывной работе компрессоров не превышал 85 дБ и допустимая максимальная амплитуда вибрации трубопроводов составляла не более 0,2 мм при частоте до 40 Гц. Система смазок компрессорной установки должна обеспечивать бесперебойную подачу масла для смазки цилиндров, подвижных механизмов и сальников газовых компрессоров. Согласно Правилам устройства и безопасной эксплуатации воздушных компрессоров и воздухопроводов разница между температурой вспышки масла и температурой сжатого воздуха должна быть не менее 75 °С. Все движущиеся и вращающиеся части компрессора и его оборудования (маховики, валы, муфты, передачи и др.) должны быть надежно ограждены. При сжатии газа в компрессоре температура его повышается и на выходе из компрессора может превысить допустимую t ДОП , оС t ДОП  t ВСП  75 , (5.35) где t ВСП  температурой вспышки компрессорного масла, °С. Данную температуру можно принять, зная марку масла, по табл. 5.6. Т абл и ца 5 .6 Температура вспышки масел, используемых в компрессорах [29] Марка компрессорного масла Кп-8 К-8з К-12 К-12В К-19 КС-19 МК-22п 162 Температура вспышки 200 190 216 220 245 270 240 t ВСП , оС К-28 275 Конечную температуру сжатого газа T2 можно определить исходя из условия, что сжатие осуществляется в политропном процессе, К m 1 P2 m (5.36) T2  T1( ) , P1 где T1  температура газа на входе в компрессор, К; P1  давление газа на входе в компрессор, Па; P2  давление газа на выходе из компрессора, Па; m  показатель политропы процесса сжатия газа, при расчетах можно принять m = 1,3. При работе компрессора всегда должно выполняться условие, при котором воспламенения смазки в компрессоре не произойдет t 2  t ДОП  t ВСП . (5.37) Пример. Определить максимальное давление сжатого воздуха, создаваемое одноступенчатым поршневым компрессором с воздушным охлаждением, если в нем для смазки используется масло марки Кп-8. Начальное давление и температуру атмосферного воздуха принять: P1 =0,1 МПа, t1 = 25 оС . Решение. По табл. 5.6 находим, что температура вспышки для масла Кп-8 равна 200 оС. Эта температура и будет определять максимальное давление сжатия воздуха PMAX . 163 Используя формулу (5.36), определим максимальное давление сжатого воздуха, при котором произойдет вспышка масла, МПа 1, 3 TВСП m1 200  273 1,31 )  0,1  ( )  0,74 . T1 25  273 m PMAX  P1 ( 5.8. Расчет выделений вредных веществ в технологических процессах и аварийных ситуациях В строительстве, энергетике, лесоперерабатывающей отрасли, на предприятиях стройиндустрии в различных технологических процессах часто образуются различные вредные вещества (пылевидные, жидкие, пары, газы). Промышленные производства и технологическое оборудование, являющиеся источниками загрязнения атмосферы, подразделяют на 4 группы:  имеющие условно чистые выбросы, в которых концентрация вредных веществ не превышает санитарногигиенических норм;  имеющие дурно пахнущие выбросы;  содержащие нетоксичные вещества;  имеющие выбросы, содержащие канцерогенные, токсичные или ядовитые вещества. Выбросы вредных газообразных веществ от предприятий обычно осуществляются через различные устройства (дымовые и выхлопные трубы, продувочные свечи, вентиляционные шахты и т.п.). Такие устройства называются источниками выброса, а сами выбросы называют организованными. Выбросы с открытых складов, при добыче сырья и т.п. называют неорганизованными. 164 Большое значение для оценки последствий попадания в атмосферу загрязняющих веществ имеет высота устья источника выброса (H). В зависимости от высоты устья над уровнем земной поверхности источники относят к одному из следующих четырех классов:  высокие, H = 50 м;  средней высоты, H = 1050 м;  низкие, H = 210 м;  наземные источники, H = 2 м. Для оценки количества выделений вредных веществ в атмосферный воздух в технологических процессах и оборудовании используется расчетный метод. Этим методом с определенной степенью точности можно определить характер и количество выделяющихся в атмосферный воздух вредных веществ. По полученным результатам расчета выбросов составляют сводную таблицу вредных выделений, по которым определяют возможные концентрации в приземном слое атмосферы на производственной площадке и на окружающих ее территориях. При превышении предельно допустимых концентраций вредных веществ должны быть разработаны мероприятия по их снижению. Расчет выделений вредных веществ при окраске изделий нитрокрасками Окраска изделий и последующая их сушка сопровождается выделением вредных веществ. После нанесения краски на поверхность изделия происходит испарение растворителя и образование пленки. Пленка представляет собой слой вязкого геля, толщина и твердость которого со временем увеличиваются. Пленка препятствует испарению растворителя. Интенсивность выделения летучих веществ зависит от физико-химических свойств материала, а 165 также от метеорологических условий окружающей воздушной среды. При окраске поверхности изделия различают несколько периодов выделения летучих веществ: а) начальный  нанесение материала на поверхность сопровождается выделением летучих веществ с возрастающей интенсивностью; б) основной  при нанесении окрасочного материала интенсивность выделения летучих веществ со всей окрашенной поверхности постоянна; в) конечный  окрасочный материал на поверхность не наносится, интенсивность выделения летучих веществ уменьшается. Общее количество вредных веществ, выделяющихся в атмосферу, при полном высыхании изделий может быть определено по формуле, г G  B W  τ , (5.38) где В  количество испарителя, выделившегося с единицы площади окрашенной поверхности при полном высыхании краски, г/м2; W  скорость окраски, м2/мин;   время высыхания краски, мин. Коэффициент, характеризующий интенсивность испарения летучих веществ для лакокрасочных изделий определяется по формуле 0,75 , (5.39) τП где τ П  продолжительность высыхания лакокрасочных материалов до условия «от пыли», ч. Под временем высыхания до условия «от пыли» понимают время образования на K 20  166 выкрашенной поверхности тончайшей пленки, к которой пыль не прилипает. При окраске нитрокрасками принимают τ П =0,5 ч. Коэффициент, характеризующий интенсивность испарения растворителя при определенных метеорологических условиях, определяется соотношением K  K 20  K t  K B  K w  K σ , (5.40) где коэффициент, учитывающий температуру Kt  окружающей среды при окраске (табл. 5.7) K B  коэффициент, учитывающий относительную влажность воздуха (табл. 5.8); K w  коэффициент, учитывающий подвижность воздуха в месте окраски (табл. 5.9); K σ  коэффициент, учитывающий фактическую толщину слоя пленки. При расчетах может быть принят K σ = 1. Т абл и ца 5 .7 Значение коэффициента t,оC Kt - 30 0,1 - 20 0,15 - 10 0,2 0 0,4 +10 0,6 Kt +20 1,03 +30 1,9 +40 2,4 +50 3,7 Т абл и ца 5 .8 Значение коэффициента , % KB 60 0, 8 70 0, 9 80 1,0 KB 90 0, 8 100 0, 6 Пр и меча ни е .   относительная влажность воздуха, %. 167 Т абл и ца 5 .9 Значения коэффициента w, м/с Kw 0 1,0 0,2 1,7 0,4 2,3 Kw 0,6 2,5 0,8 2,8 1,0 2,0 Пр и меча ни е. w  скорость воздуха в месте окраски, м/с. Количество выделяющихся вредных парообразных веществ в начальный G1 и основной G2 периоды высыхания нитрокраски можно определить по формуле, G1  G2  B W ( K  τ  1) , K (5.41) где τ  продолжительность сушки, мин. Продолжительность начального периода высыхания, мин: τ1  4,5 , K (5.42) время основного периода, мин τ 2  τ  τ1 . (5.43) Интенсивность выделения летучих веществ V2 в основной период сушки, г/мин: V2  B  τ 2 . 168 (5.44) Количество летучих веществ, выделяющихся в основной период сушки: G2  V2  τ 2 . (5.45) Количество летучих веществ, выделяющихся в начальный период сушки, с учетом формулы (5.41): G1  (G1  G2 )  G2 . (5.46) Количество вредных летучих веществ, выделяющихся в конечный период сушки, после окончания окраски: G3  G  (G1  G2 ) . (5.47) Расчет выделений вредных веществ при разливе легкоиспаряющейся жидкости При хранении легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, в результате нарушения технологического режима или аварии эти жидкости могут оказаться разлитыми на полу помещения. Свободные поверхности жидкостей также имеются при хранении в открытых резервуарах, промывке оборудования, пропитке деталей и т.п. Это может привести к пожаровзрывоопасной ситуации и опасным для здоровья и жизни человека концентрациям паров жидкостей в воздухе рабочей зоны. Возникшая ситуация может усугубиться, если в местах разлива жидкости существует перемещение масс воздуха, т.е. существует конвекция. Количество вредных веществ, испаряющихся со свободной поверхности жидкости, зависит от ее химических свойств, температуры, площади зеркала испарения, продолжительности испарения, подвижности воздуха и т.п. 169 Процесс переноса образовавшихся паров от источника испарения в окружающую среду может быть диффузионным, а также обусловленным естественной или вынужденной конвекцией. При испарении жидкости из глубоких сосудов, когда создается пленочный режим, характеризующийся образованием над поверхностью жидкости пленки неподвижного воздуха сравнительно большой толщины, количество вредного i вещества Gi , поступающего в атмосферный воздух, можно вычислить по формуле [30], г/ч Gi  10 3 k 2 Di  F  Ci  PАТ  Poi  ln  k1 h  PАТ  PЖi   ,  (5.48) где k1  коэффициент, учитывающий снижение интенсивности испарения со свободной поверхности от понижения температуры поверхности жидкости при испарении, определяемый по табл. 5.10; коэффициент, учитывающий интенсивность k2  испарения в зависимости от отношения открытой поверхности испарения F1 (люка, отверстия и т.п.) к полной поверхности испарения F2 , значения которого приведены в табл. 5.11; Di  коэффициент диффузии пара i компонента в смеси, 2 м /ч; F  площадь поверхности испарения, м2; C i  объемная концентрация i компонента в газовой смеси, 3 мг/м ; h  глубина от поверхности испарения до верхнего края горловины сосуда, м; PАТ  атмосферное давление, Па; 170 Poi  парциальное давление паров i компонента смеси на некотором удалении от поверхности испарения, Па; PЖi  парциальное давление паров i компонента смеси над поверхностью жидкости при температуре испарения, Па. Т абл и ца 5 .1 0 Температура кипения жидкости, оС Коэффициент k1 < 80 100 150 > 150 1,5 1,3 1,1 1,0 Т абл и ца 5 . 1 1 Отношение F1 F2 Коэффициент k 2 поверхностей 0,0001 0,001 0,01 0,1 0,5 0,8 > 0,8 0 0,01 0,1 0,2 0,3 0,6 1,0 Коэффициент диффузии пара определить по формуле, м2/ч P Di  Doi o РАТ T   To i компонента можно 2   ,  (5.49) где Doi – коэффициент диффузии i компонента смеси при температуре To = 273 К и давлении Po =101308 Па, м2/ч; Т – температура испаряющейся жидкости, К. Значение Doi может быть определено по формуле, м2/ч Doi  0,8 μi , (5.50) 171 где μ i – молекулярная масса i компонента, кг/кмоль, которая может быть принята из табл. 5.12. Объемную концентрацию насыщенных паров i 3 компонента в газовой смеси над поверхность жидкости, мг/м Ci  120 PHi  μ i , T (5.51) где PHi – давление насыщенных паров i вещества над чистым компонентом при заданной температуре Т, Па. Зависимость давления насыщения пара чистого вещества от температуры описывается уравнением, Па PHi  133,3  10 A B T , (5.52) где А и В – эмпирические коэффициенты для чистых веществ, значения которых приведены в табл. 5.12. Т абл и ца 5 . 1 2 Физико-химические свойства веществ [1] Вещество Азот Аммиак Анилин Ацетон Бензол 172 Химическая формула Молекуля рная масса , кг/кмоль Температу ра кипения TКИП , К N2 NН3 С6Н7N С3Н6О С6Н6 28,01 17,03 93,13 58,08 78,12 77,35 239,9 457,6 329,7 353,3 Постоянные определения парциального давления паров жидкости А В 4,428 52,7 5,007 1198 6,9212 1457 7,2506 1281,7 6,984 1252,8 Вода Дибутиламин Изобутилбензол Кислота уксусная Метан Метанол Метиламин Метилхлорид Пропилацетат Спирт изобутиловый Стирол Уайт-спирит Фенол Формальдегид Этанол Этилбензол Этиленгликоль Этилхлорид Н2О С8Н19N 18,01 129,25 373,2 432,8 7,9608 7,266 1678 1616,4 С10Н14 134,22 445,9 6,928 1525,4 С2Н4О2 СН4 СН4О СН5N СН3Сl С5Н10О2 60,05 16,03 32,04 31,06 50,49 102,14 391,1 111,7 337,9 266,7 249 374,8 7,557 6,6118 8,349 8,911 6,994 7,0481 1642,5 389,92 1835 1577 902,4 1294,4 С4Н10О С8Н8 С6Н6О СН2О С2Н6О С8Н10 74,12 104,15 147,3 94,11 30,03 46,07 106,17 381 418,4 413,2 455 254 351,6 409,3 8,7051 7,267 8,0113 11,563 6,905 9,274 6,959 2058,4 1604,6 2218,3 3586,3 847,1 2239 1425,5 С2Н6О2 С2Н5Cl 62,07 64,52 470,4 285,5 9,0126 6,9491 2753,2 1012,8 Более подробно с методиками расчета выделений вредных веществ при испарении жидкостей можно ознакомиться в справочной литературе [1]. Пример. Определить количество испаряющегося метанола через люк цистерны, расположенной вертикально. Размеры цистерны: высота – 3 м, диаметр – 2 м. Диаметр люка 0,5 м. Цистерна заполнена метанолом наполовину. Температура наружного воздуха и метанола в цистерне равна 30 оС, атмосферное давление – 102 кПа. 173 Решение. По табл. 5.12 найдем параметры для метанола: μ = 32,04 кг/кмоль; TКИП = 337,9 К; Поправочные коэффициенты будут: k1 =1,5, т.к. t КИП  64,9 оС; k 2  0,2 , т.к. F1  3,14  0,25 2  0,196 м2, F 0,196 F2  3,14  1,0 2  3,14 м2, 1   0,062 . F2 3,14 Коэффициент диффузии метанола может быть определен по формуле (5.49), м2/ч 2 101308  303  D  0,141    0,173 , 102000  273  где Do  0,8  0,141 м2/ч. 32,04 Рассчитаем давление насыщенного пара метанола по формуле (5.52), Па PHi  133,3  10 8, 349 1835 303  26170 . Объемную концентрацию насыщенных паров метанола найдем по формуле (5.51), мг/м3 C  120 26170  32,04  332000 . 303 Направляем полученные выше значения в формулу (5.48) и определяем количество испаряющегося метанола из цистерны, г/ч Gi  10 3 174 0,2 0,173  3,14  332000  102000  0   ln    7,13 , 1,5 1  102000  26179  где принято, что парциальное давление паров метанола на некотором удалении от поверхности испарения Poi = 0 Па, а F  F2 . 5.9. Расчет выделений вредных веществ при эксплуатации автомобилей Нормативные параметры микроклимата на рабочих местах в помещениях (гаражах и т.п.), где хранится или эксплуатируется подвижной состав, обеспечиваются за счет инженерных систем отопления и вентиляции. Значения требуемых параметров приведены в СНиП 2.04.05-86* [31]. Одним из основных вредных выделений в гараже при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автомобилей является окись углерода, концентрация которого не должна превышать допустимых норм (табл. 5.13). Количество окиси углерода, выделяющейся при прогреве двигателя («газовании») или движении автомобиля, определяется по формуле, кг/ч G  15  g  P , 100 (5.53) где 15 – количество выхлопных газов, получающихся при сгорании в ДВС 1 кг жидкого топлива, кг/ч; Р – процентное содержание окиси углерода в выхлопных газах в зависимости от режима работы принимается: при запуске и прогреве ДВС и выезде автомобиля со стоянки принимается равным 4%, при движении. Та бли ца 5. 13 175 Предельно допустимые концентрации некоторых вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест [2] Загрязняющее вещество Предельно допустимая концентрация, мг/м3 максимально-разовая среднесуточная Неорганическая пыль, сажа Диоксид серы Оксид углерода Диоксид азота Бенз(а)пирен Оксид азота ПДК MP.i ПДК CC.i 0,15 0,5 5,0 0,085 0,6 0,05 0,05 3,0 0,04 0,1 мкг/100 м3 0,06 Расход топлива и технические характеристики некоторых типов автомобилей приведены в табл. 5.14. Зная количество автомобилей n, поставленных на прогрев, несложно просчитать общее количество выхлопных газов GОБ от автомобилей, кг/ч, и количество образовавшейся окиси углерода M CO , г/ч, по формулам: GОБ  G  n ; (5.54) M CO  40  GОБ . (5.55) Т абл и ца 5 .1 4 Технические характеристики автомобилей Марка автомобиля ВАЗ-2104 ВАЗ-2106 ВАЗ-21093 ВАЗ-21213 Москвич-2141 176 Грузоподъемность, т      Тип топлива Бензин Бензин Бензин Бензин Бензин Расход топлива на 100 км пробега, л 8,5 9 7,5 11,5 9,4 ГАЗ-24 ГАЗ-3102 ГАЗ-3110 УАЗ-31512 ГАЗ-33027 ГАЗ-3309 ГАЗ-3308 ЗИЛ-433102 ЗИЛ-5301 АО ЗИЛ-5301 ЕО КамАЗ-55111 КамАЗ-65115 МАЗ-53366 МАЗ-6303    0,4 0,8 4,5 4,5 6 3,78 3,75 15,37 15 8,3 12,3 Бензин Бензин Бензин Бензин Бензин Дизельное Бензин Дизельное Дизельное Дизельное Дизельное Дизельное Дизельное Дизельное 13 13 11,4 16 17 17 24,5 27 15 15 34 32,2 25,5 26 Объем наружного воздуха, который необходимо подавать в помещение, где происходит хранение и прогрев ДВС подвижного состава, можно определить по формуле, м3/ч L  1000 M CO , ПДК СО (5.56) где ПДК СО – предельно допустимая концентрация окиси углерода в воздухе рабочей зоны, мг/м3, определяемая по табл. 5.13. Расчетную температуру воздуха в помещениях хранения подвижного состава в холодный период времени следует принимать равной 5 C . При движении автомобиля, зная расход топлива в л на каждые 100 км, можно рассчитать удельный расход топлива, кг/ч GОБ  WCP  V100  10 3 ρ ; 100 (5.57) 177 где WCP – средняя скорость движения автомобиля, км/ч; V100 – расход топлива на каждые 100 км пути, л; ρ – плотность топлива, кг/м3. Для конкретного вида эта величина должно браться из справочных материалов, т.к. плотность топлива при 20 оС может изменяться в пределах от 720 кг/м3 для бензинов до 830 кг/м3 для дизельного топлива. 5.10. Расчет концентраций загрязняющих веществ в рабочей зоне при пуске и эксплуатации газопровода При пуске газопровода в эксплуатацию после окончания его строительства или после ремонта проводят испытания на его герметичность. Для этого газопровод заполняют газом (продувают) и испытывают под необходимым избыточным давлением. При заполнении газопровода газом и его продувке неизбежно происходят утечки газа, который попадает в атмосферный воздух. При эксплуатации газопроводов газ также может попадать в атмосферу из-за негерметичности различных соединений газопровода и арматуры. При этом природный газ считается загрязняющим веществом, и его концентрация в воздухе не должна превышать предельно допустимые. Конечной целью расчетов концентраций загрязняющих веществ в рабочей зоне при пуске и эксплуатации газопроводов является определение ПДК газа в атмосферном воздухе и сравнение их значений с допустимыми ПДК в рабочей зоне. Расчет выбросов загрязняющих веществ при продувке и заполнении газопровода газом При вводе газопровода в эксплуатацию производят его продувку газом до полного вытеснения воздуха. В связи с тем, что в процессе продувки нельзя точно установить момент, когда 178 весь воздух вытеснен из трубопровода газом, часть газа неизбежно выбрасывается в атмосферу. Объем газа V ПР , выходящего из газопровода в атмосферу, обычно при расчетах принимается не более 5% от объема газопровода, который испытывается. Сам объем газа может быть определен по формуле, приведенной в методике [32], м3 VПР  0,00357  VГ  PAT  PГ , 273  t Г (5.58) где VГ  объем газопровода, м3; PAT  атмосферное давление, Па ( PAT =101300 Па); PГ  избыточное давление газа в газопроводе при продувке, Па; о t Г  температура газа в газопроводе, С; Мощность (массовый расход) выбросов газа M ПР в период продувки газопровода можно определить по формуле, г/с M ПР  VПР  ρ Г , τ ПР (5.59) где ρ Г  плотность выходящего из газопровода газа, г/м3. Обычно при продувке газопровода природным газом, содержание метана в котором составляет до 96% и более, все расчеты по выбросам ведутся на метан. При расчетах может быть принято ρ Г = 680 г/м3; τ ПР  время продувки газопровода, ч. При расчетах удельных показателей время продувки в зависимости от длины газопровода и давления испытания принимается от 1,5 до 10 часов. 179 Истечение газа из газопровода при его продувке осуществляется через стальные вентили диаметром 40 мм, чем и обеспечивается безопасный выброс газа из газопровода. Залповые выбросы вредных веществ (газа) возникают также при проведении профилактических и ремонтных работ на наружных газопроводах и газорегуляторном пункте, а также при срабатывании предохранительно-сбросных клапанов в случае превышения максимального рабочего давления газа после регулятора не более, чем на 15%. Источники выброса обычно являются низкими, т.к. высота выбросов не превышает 10 м. При проектных расчетах ее можно принимать равной 5 м в соответствии с рекомендациями [32]. В связи с вышесказанным контроль за выбросами из всех источников в системе газоснабжения обычно осуществляется с использованием соотношения M  0,1 , ПДК (5.60) где M  мощность выбросов газа из газопровода, г/с; ПДК  максимальная разовая предельно-допустимая концентрация вредных веществ, мг/м3. Для природного газа ПДК принимается по метану равным 50 мг/м3 [32]. Выбросы газа при эксплуатации газопровода и оборудования за счёт негерметичности Технологические утечки газа, связанные с негерметичностью газопровода и установленной на нем арматуры, представляют собой утечку газа в грунт и атмосферу. 180 Эти утечки являются неизбежными вследствие невозможности достижения абсолютной герметичности резьбовых и фланцевых .соединений, запорной арматуры. Утечки газа, связанные с негерметичностью фланцевых и резьбовых соединений, можно определить по формуле, г/с G  3,57  0,278  10 5  K  PГ  K HГ  VГ  μ , t Г  273 (5.61) с 0,5  cм 2 ; м3  ч 0,278  коэффициент перевода из кг/ч в г/с; K  коэффициент запаса, принимаемый равным 2 при PГ > 0,2 МПа и равным 1,5 при PГ < 0,2 МПа; PГ  избыточное давление газа в газопроводе, Па; K HГ  коэффициент негерметичности, характеризующий падение давления в газопроводе, ч-1. При предварительных расчетах данный коэффициент можно принимать равным 1; μ  молекулярная масса газа (для метана μ =16 кг/кмоль). где 3,57  коэффициент, Пример. Определить технологическую утечку природного газа из газопровода внутренним диаметром 1,2 м и длиной 1,5 км. Газ находится при избыточном давлении 0,6 МПа и температуре 15 оС. Решение. Найдем объем газа в газопроводе, м3 VГ  π  D2 3,14  1,2 2 l 1500  1696 . 4 4 181 Утечки газа из газопровода можно определить по формуле (5.61), г/с G  3,57  0,278  10 5  2  6  10 5  1  1696  16  4700 . 15  273 5.11. Выбросы вредных веществ при сжигании органического топлива При работе теплогенерирующих установок, а также многих других топливосжигающих устройств образуется достаточно много вредных веществ, загрязняющих окружающую среду. Часть этих веществ образуется при сжигании органического топлива в топках и выносится с дымовыми газами в виде токсичных газов и мелкодисперсной золы через дымовую трубу, часть удаляется с золой и шлаком. Загрязнение воздушной среды теплогенерирующими установками связано с выбросами в дымовую трубу мелкодисперсной золы, токсичных газов, таких как NO, NO2, SO2, CO, бензапирена и др. Количество образующихся вредных газов зависит от вида топлива и его состава, организации процесса горения в топочных устройствах, температуры горения и многих других факторов. Основным показателем, характеризующим загрязнение воздушной среды, является выброс вредных веществ в единицу времени. Их количество может быть определено по нижеприведенным формулам в соответствии с нормативной методикой, изложенной в [34]. Расчет выбросов твердых частиц 182 Суммарное количество твердых частиц (летучей золы и несгоревшего топлива) MТВ, поступающих в атмосферу с дымовыми газами теплогенерирующей установки, может быть определено по формуле, г/c M ТВ η А Р q 4 QHР  1000  В(а УН  )(1  ЗУ ), 100 3268 100 (5.62) где В – расход натурального топлива теплогенерирующей установкой, кг/с; a УН – доля золы, уносимой газами из котла; A P – зольность топлива на рабочую массу, %; q 4 – потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, %; QHP – низшая теплота сгорания твердого или жидкого топлива, МДж/кг; 32,68 – теплота сгорания углерода, МДж/кг; ηЗУ – КПД золоулавливающего устройства, %. Расчет выбросов оксидов серы Суммарное количество в пересчете на SO2 оксидов серы, выбрасываемых в атмосферу c дымовыми газами, вычисляют по формуле, г/с ' '' M SO2  20  В  S P (1  ηSO )(1  ηSO ), 2 2 (5.63) где SP – содержание серы в топливе на рабочую массу для твердого и жидкого топлива (для газообразного топлива в кг/100 м3), %; B – расход натурального топлива ' теплогенерирующей установкой, кг/с или нм3/с; ηSO – доля 2 оксидов серы, связываемых летучей золой топлива в котле, '' определяемая из табл. 5.15; ηSO – доля оксидов серы, 2 улавливаемых в мокром золоуловителе, принимаемая в 183 зависимости от щелочности орошающей воды. Для сухих '' золоуловителей ηSO = 0. 2 Т абл и ца 5 .1 5 Доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива в котле Топливо ' ηSO 2 Угли: экибастузский березовский Канско-Ачинского бассейна: для топок с твердым шлакозолоудалением для топок с жидким шлакозолоудалением другие угли Канско-Ачинского бассейна: для топок с твердым шлакозолоудалением для топок с жидким шлакозолоудалением угли других месторождений 0,02 0,5 0,2 0,2 0,05 0,1 Сланцы: эстонские и ленинградские других месторождений 0,8 0,5 0,15 Торф Мазут Газ 0,02  При наличии в топливе сероводорода расчет выбросов дополнительного количества оксидов серы в пересчете на SO2 ведется по формуле, г/с ' '' ΔM SO2  18,8  В{H 2S}(1  ηSO )(1  ηSO ), 2 2 (5.64) где H2S – содержание сероводорода в топливе на рабочую массу, %. 184 Расчет выбросов оксида углерода Расчет количества выбросов оксида углерода ведется по формуле, г/c M CO  В  q3  R  QHP (1  q4 ), 100 (5.65) где q3 – потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %; R – коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную наличием в продуктах неполного сгорания оксида углерода; принимается: для твердого топлива  1; для мазута  0,65; для газа  0,5; QHP – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг или МДж/м3. Расчет выбросов оксидов азота Количество выбросов в пересчете на NO2 оксидов азота может быть рассчитано по формуле, г/с M NO2  В  (1  q4 P )QH K NO2 β K β t β α (1  β P )(1  β δ ), 100 (5.66) где K NO – удельный выброс оксидов азота при сжигании топлива на 1 МДж теплоты, г/МДж, принимаемый по табл. 5.16. В таблице обозначено: D – паропроизводительность котла, т/ч; QK – тепловая мощность парового или водогрейного котла по QK  B.Q HP ; T – введенной в топку теплоте, МВт, 2 коэффициент избытка воздуха, подаваемого в топку котла; qR – тепловое напряжение зеркала горения, МВт/м2, q R  QK ; FЗГ – FЗГ площадь зеркала горения котла, м2; R – характеристика 185 гранулометрического состава угля – остаток на сите с размером ячеек 6 мм, %. При отсутствии данных принимать R = 30%; безразмерный коэффициент, учитывающий βK – принципиальную конструкцию горелки при сжигании природного газа: для всех дутьевых горелок напорного типа равно 2, для горелок инжекционного типа – 1,6, для горелок двухступенчатого сжигания – 0,7, при сжигании жидкого или твердого топлива – 1; β t – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота: при сжигании природного газа и мазута β t  1  0,002(t ГВ  30) ; при сжигании твердого топлива β t = 1, где t ГВ – температура воздуха, подаваемого в топку на горение, оС; β α – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота. При работе котла в соответствии с режимной картой β α = 1. При работе котла на твердом топливе β α = 1. В общем случае принимают при работе котла на газе β α = 1,225, на мазуте – β α = 1,113; β P – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на образование оксидов азота: при сжигании природного газа β P  0,16 p ; при сжигании мазута β P  0,17 p ; при сжигании твердого топлива β P  0,075 p , где Р – степень рециркуляции дымовых газов, %; βδ – безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру: при сжигании β δ  0,022  δ ; при сжигании мазута природного газа β δ  0,018  δ ; при сжигании твердого топлива β δ  0 , где δ – 186 доля воздуха, подаваемого в промежуточную зону факела (в процентах от общего количества организованного воздуха). Т абл и ца 5 .1 6 Удельный выброс оксидов азота при сжигании топлива Расчетная формула для Топливо Тип котла Природный газ Паровой K NO2  0,01 D  0,03 Водогрейный K NO2  0,013 QK  0,03 Паровой K NO2  0,01 D  0,1 Водогрейный K NO2  0,0113 QK  0,1 При слоевом Паровой и сжигании Водогрейный K NO2  0,35.103 α T (1  Мазут твердого топлива K NO2 , г/МДж  5,46 100  R 4 ) q R QHP 100 Расчет выбросов мазутной золы в пересчете на ванадий Мазутная зола представляет собой сложную смесь, состоящую в основном из оксидов металлов. В качестве контролирующего показателя принят ванадий, по содержанию которого в золе установлен санитарно-гигиенический норматив (предельно допустимая концентрация – ПДК). Суммарное количество в пересчете на ванадий мазутной золы, поступающей в атмосферу с дымовыми газами котла при сжигании мазута, можно рассчитать по формуле, г/с 187 M МЗ  GV B(1  η ОС )(1  η VЗУ ); 100 (5.67) где GV – количество ванадия в граммах в 1 тонне жидкого топлива, при отсутствии данных химического анализа вычисляют по формуле, г/т GV  2,222A P ; (5.68) η ОС – доля ванадия, оседающего с твердыми частицами на поверхностях нагрева мазутных котлов, которую принимают равной для котлов: 0,07 – с промежуточным пароперегревателем, когда очистка поверхностей производится в остановленном состоянии; 0,05 – без промежуточного пароперегревателя при тех же условиях очистки; 0 – для всех остальных случаев; η VЗУ – степень очистки дымовых газов от мазутной золы в золоулавливающих установках, %. При отсутствии V золоулавливающих устройств η ЗУ = 0; A P  содержание золы в мазуте на рабочую массу, %. Пример. Определить выбросы золовых частиц из дымовой трубы котельной, сжигающей каменный уголь с зольностью 21 P % и теплотой сгорания QH = 16 МДж/кг. Расход топлива составляет 26 кг/с, доля золы топлива в уносе a УН = 0,08. За котлом для очистки дымовых газов от золовых частиц установлен циклон со степенью очистки ηЗУ = 91%. Потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива в котлах составляют 3%. 188 Решение. Суммарное количество твердых частиц (летучей золы и несгоревшего топлива) MТВ, поступающих в атмосферу с дымовыми газами теплогенерирующей установки, может быть определено по формуле (5.62), г/c M ТВ  1000  26(0,08 21 3  16 91  )(1  )  73,7 . 100 3268 100 5.12. Рассеивание в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий Расчет вредных выбросов представляет собой сложную задачу, поэтому для понимания ниже приведена одна из методик расчета рассеивания вредных выбросов в атмосферном воздухе [33]. Расчет рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе Для выбросов нагретой или холодной газовоздушной смеси через одиночные точечные источники с круглым устьем расчет максимальных концентраций CM вредных веществ в приземном воздухе на расстоянии X M от источника загрязнения ведут по формуле, мг/м3 CM  A M  F  m n  η H 2  3 V1  t , (5.69) где A  коэффициент распределения температуры воздуха, зависящий от метеорологических условий местности и 189 определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и равный: 250  для Республики Бурятии и Читинской области; 200  для Европейской части РФ, Дальнего Востока, остальной территории Сибири; 180 – для Урала; 140 – для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской и Ивановской областей; M массовый расход вредного вещества, выбрасываемого в атмосферный воздух, г/с; F  безразмерный коэффициент скорости оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для пыли, газов и мелкодисперсных аэрозолей F = l, для пыли и золовых частиц при степени улавливания более 90% F = 2; для пыли и золовых частиц при степени улавливания менее 90% F = 2,5); m и n  безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса. Коэффициент m может быть определен через параметр f : m 1 0,67  0,1 f  0,343 f при f <100, m  1,47 3 f при f > 100, (5.70) где f  1000 ω  Do ; H  t 2 o 2 ω o  скорость выхода загрязненных газов из устья источника, м/с; 4  V1 Do  диаметр устья источника выброса, м; Do  ; π  ωo H  высота источника выбросов над уровнем земли, м. 190 t  разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси t Г и температурой окружающего атмосферного воздуха t В , оС. Температура атмосферного воздуха t В принимается равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года; V1 – объемный расход газовоздушной среды через устье источника выброса, м3/с; n – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от критической скорости υ M ветра: n  1 при υ M > 2; (5.71) n  0,53  υ 2M  2,13  υ M  3,13 при 2 > υ M > 0,5; n  4,4  υ M при υ M < 0,5, где υ M  0,65  3 V1  t ; H η  безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности. В случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, η = 1. Предельно допустимый выброс ПДВ i в атмосферный воздух i вредного вещества в выбрасываемой газовоздушной смеси не должен превышать следующих значений, г/с ПДВ i  ПДК МР .i  Н 2  3 V1  t A F mnη , (5.72) где ПДК МР .i  предельно допустимая максимально-разовая концентрация вредного вещества в приземном атмосферном воздухе населенных пунктов, мг/м3. Для некоторых вредных веществ значения ПДК приведены в табл. 5.13. 191 Расчет минимально необходимой высоты трубы, исходя из условия рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе Минимальная высота H источника выброса над уровнем земли, исходя из условия рассеивания вредных загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на высоте менее 2 м (т.е. применяется условие непревышения предельно допустимых концентраций вредных веществ от источника выброса в приземном воздухе), может быть определена по формуле, м H MIN ,i  Mi A F  m n η  , 3 V  t (ПДК i  CФ ,i ) 1 (5.73) где M i – количество выбросов i вредного загрязняющего вещества из источника выброса, г/с; ПДК i – предельно допустимая максимальная разовая концентрация i вредного загрязняющего вещества в приземном воздухе (табл. 5.13), мг/м3; CФi – фоновые концентрации i вредного загрязняющего вещества в районе расположения источника выбросов, мг/м3. Расчет минимальной высоты, например дымовой трубы, должен производиться по количеству выбросов золы и твердых частиц в единицу времени через устье источника выбросов (дымовую трубу) M TB , уносимые дымовыми газами, и на совместное количество выбросов в единицу времени оксидов азота M NO2 и оксидов серы M SO2 . 192 При расчете на совместный выброс оксидов азота и серы, первый сомножитель под корнем в формуле (5.73) Mi (ПДК i  CФ ,i ) должен быть заменен на следующий M SO2  ПДК SO2 M NO2 ПДК NO2 ПДК SO2  C Ф , SO2  СФ , NO2 ПДК SO2 . (5.74) ПДК NO2 При расчетах минимально необходимой высоты дымовой трубы предварительно должно быть сделано предположение о высоте трубы, т.е. задана ее высота H ЗАД . В расчетах добиваются, чтобы расхождение между H МИН и H ЗАД составляло не более 5%. За необходимую минимальную высоту дымовой трубы принимают большую из двух найденных по выбросам твердых веществ H MIN.TB и совместный выброс оксидов азота и серы H MIN . NO2  SO2 . Пример. Определить минимально необходимую высоту дымовой трубы, исходя из условия рассеивания золовых частиц в атмосферном воздухе, для котельной, данные по которой приведены в примере п. 5.10. Котельная расположена в г. Томске. Скорость выхода загрязненных газов из устья дымовой трубы ω o = 20 м/с; диаметр устья трубы Do = 2,5 м. Температура уходящих газов 140 оС. Фоновая концентрация 193 твердых частиц в зоне расположения котельной составляет 0,03 мг/м3. Решение. Минимальная высота источника выброса H MIN ,i над уровнем земли, исходя из условия рассеивания золовых частиц в атмосферном воздухе на высоте менее 2 м, может быть определена по формуле (5.73). Перед тем как воспользоваться этой формулой, определим некоторые вспомогательные величины. Зададим предварительно высоту трубы: H ЗАД = 100 м. Для г. Томск средняя максимальная температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца года по [35] составит 18,3 оС. Выбросы золы возьмем из примера п. 5.11: M TB = 73,7 г/с; Предельно допустимая концентрация золовых частиц в атмосферном воздуха на уровне 2 м от поверхности земли взята из табл. 5.13: ПДК ТВ = 0,15 мг/м3. Коэффициент распределения температуры воздуха A для г. Томска составит 200. Коэффициент скорости оседания вредных веществ в атмосферном воздухе: F = 2; Определим критическую скорость ветра υ M , для чего найдем предварительно параметр f и объемный расход газов через устье трубы f  1000 V1 : ω o2  Do 20 2  2,5  1000  0,822 ; 2 H ЗАД  t 100 2  (140  18,3) V1  ω o 194 π  D2 3,14  2,5 2  20  98,1 м3/с, 4 4 98,1  (140  18,3)  7,94 м/с. 80 Безразмерные коэффициенты m и n будут: тогда υ M  0,65  3 m 1 0,67  0,1 0,822  0,343 0,822 n  1.  0,927 ; Принимаем условие, что котельная расположена на слабопересеченной местности и η = 1. Минимально необходимая высота дымовой трубы для рассеивания золовых частиц составит (формула (5.73)), м H MIN ,ТВ  73,7 200  2  0,927  1  1   99,8 . 0,15  0,03 3 98,1  (140  18,3) Как видно из расчета, полученное значение минимальной высоты дымовой трубы H MIN ,ТВ  99,8 м отличается от ранее заданной H ЗАД = 100 м менее чем на 5%, поэтому расчет считаем законченным. 195 6. БЕЗОПАСНОСТЬ РАБОТ НА ТЕПЛОСИЛОВОМ ОБОРУДОВАНИИ Эксплуатация и использование в строительстве и при производстве строительных материалов и изделий различных огнетехнических и топливосжигающих устройств (топок, котлов, печей, сушил и т.п.) связаны с высокими температурными режимами оборудования и повышенной опасностью его для обслуживающего персонала. Безопасная эксплуатация теплосилового оборудования обслуживающим персоналом в первую очередь определяется правильностью расчетов тепловых и температурных режимов технологических процессов и оборудования уже на стадии проектирования. 6.1. Обеспечение безопасных температурных условий на поверхности теплосилового оборудования При тепловых расчетах огнетехнических и топливосжигающих установок часто встает задача теплотехнического расчета ограждающих конструкций, исходя из условий безопасной эксплуатации установки. В основе тепловых расчетов лежат законы теплообмена. Сам теплообмен представляет собой сложный процесс, который для удобства расчета расчленяют на три простых процесса: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. Процесс теплопроводности происходит при непосредственном соприкосновении (соударении) частиц вещества (молекул, атомов и свободных электронов) и сопровождается обменом энергии и их теплового движения. 196 Механизм переноса теплоты зависит от агрегатного состояния тела. Процесс конвекции происходит лишь в сплошных средах (жидкости и газы) и представляет собой перенос теплоты в результате перемещения и перемешивания частиц среды в пространстве. Процесс теплового излучения состоит в переносе теплоты от одного более нагретого тела к другому электромагнитными волнами, возникающими в результате сложных молекулярных и атомных возмущений. Безопасная эксплуатация теплотехнического оборудования достигается обеспечением допустимых температур на наружных поверхностях оборудования. Например, для участков элементов котлов и трубопроводов температура нагретой поверхности, с которой возможно непосредственное соприкосновение обслуживающего персонала, должна быть не более 55 оС [36] при температуре окружающей среды не более 25 оС. Тепловой расчет обмуровки огнетехнического агрегата или любого другого теплотехнического оборудования производится по специальным методикам [37]. Расчет плотности теплового потока через многослойное ограждение огнетехнического агрегата, например, как показано на рис. 6.1, ведется по формуле, Вт/м2 q (t Ф  t B ) , n δi 1 1   αФ αB i λi (6.1) где t Ф  температура пламени факела, оС; t B  температура окружающей среды (воздуха), оС; 197 α Ф  коэффициент теплоотдачи от факела к внутренней поверхности обмуровки, Вт/(м2К); α В  коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности обмуровки агрегата к окружающей среде, зависящий от ориентации ограждения в пространстве и определяемый по эмпирической формуле, Вт/(м2К) α B  α O  α1 (t CT.B  30)  α 2 (t CT.B  30) 2  α 3 (t CT.B  30) 3 , справедливой для t CT.B = 25…210 о С. (6.2) Значения коэффициентов α O , α1 , α 2 и α 3 в формуле (6.2) приведены в табл. 6.1; δ i  толщина i слоя ограждения, м; λ i  коэффициент теплопроводности i слоя ограждения, Вт/(м.К): для теплоизоляционных материалов их значения приведены в табл. 6.2, для огнеупорных материалов – в табл. 6.3. Факел tФ Ф qСТ tCT.Ф 198 1 2 3 Т Воздух В tВ qCT.B tСТ.В 1 2 3 Т Рис. 6.1. Схема многослойной ограждающей стены огнетехнического агрегата: 1, 2, …, i  отдельные слои ограждающей конструкции; Т  теплоизоляционный слой Таблица 6.1 Коэффициенты для расчета α В при разной ориентации ограждения в пространстве [37] Теплоотдающая поверхность Вертикальная стенка Свод Под αO α1  10 2 α 2  10 4 α 3  10 6 9,5 98,15 4,74 1,74 9,7 9,3 100 91,5 4,43 3,88 1,35 1,37 Таблица 6.2 Свойства теплоизоляционных материалов Плотность ρ , кг/м3 Теплопроводность λ Т , Вт/(м.К) 800 0,13+19*10-5 t СР Асбозонолит 500…550 0,143+19*10-5 t СР Асботермит 550…570 0,109+14,5*10-5 t СР Вермикулит 150…200 0,072+26,2*10-5 t СР Вермикулитовые плиты 350…380 0,081+15*10-5 t СР Наименование и марка Асбест пушеный 199 Диатомит молотый 400…500 0,091+28*10-5 t СР Диатомитовый кирпич 500…600 0,113+23*10-5 t СР Диатомитовые плиты 500…600 0,113+23*10-5 t СР Маты из минплиты 150…200 0,049+20*10-5 t СР Стекловата 130…170 0,04+35*10-5 t СР Перлит вспученный 150 0,054+18,6*10-5 t СР Пеношамот 600 0,10+14,5*10-5 t СР Таблица 6.3 Свойства огнеупорных материалов Наименование и марка Динасовый кирпич Муллитовый кирпич Пеношамотный кирпич Шамотный кирпич Плотность ρ , кг/м3 900…1950 Теплопроводность λ Т , Вт/(м.К) 2340…2520 1,12+4,44*10-4 t СР 950 0,28+2,3*10-4 t СР 1800…1900 0,84+6*10-4 t СР Пр и меча ни е . Здесь обозначено 0,9+7*10-4 t СР t СР  средняя температура слоя мате- о риала, С. Плотность теплового потока от наружной поверхности обмуровки (стенки) в окружающую среду qB (рис. 6.1) однозначно связана с температурой наружной поверхности t CT.B и в соответствии с законом теплообмена НьютонаРихмана может быть определена по формуле, Вт/м2 qB  α В (t CT.B  t В ) . 200 (6.3) Более подробно познакомиться с методиками теплового расчета ограждающих конструкций теплосилового оборудования можно по другим изданиям [3738]. Пример. Определить, исходя из условия безопасной эксплуатации огнетехнического агрегата, максимальную плотность теплового потока через плоский свод печи, если температура воздуха в цехе 20 oС. Решение. С учетом рекомендаций по безопасному обслуживанию нагретых поверхностей огнетехнических агрегатов, с которой возможно непосредственное соприкосновение обслуживающего персонала, принимаем, что температура нагретой поверхности не должна превышать t CT.B < 55 oС. Коэффициент теплоотдачи от нагретой поверхности печи к окружающему воздуху α В можно рассчитать по формуле (6.2), Вт/(м2К) α B  9,7  (55  30)  4,43 10 4 (55  30) 2   1,35 10 6 (55  30) 3  34,4. Используя формулу (6.3), определим максимально допустимую плотность теплового потока через ограждающую конструкцию (свод) печи, при которой температура на наружной поверхности свода будет безопасной для обслуживающего персонала, Вт/м2 qB  34,4(55  20)  1204 . 201 6.2. Расчет теплового излучения от оборудования В технологических процессах различных производств достаточно часто встречаются случаи, когда рабочая зона, где трудятся люди, находится в зоне действия теплового излучения от различных излучающих объектов (стен печей, нагретых тел и т.п.). При этом тепловое излучение, когда оно превышает допустимые пределы, оказывает отрицательное воздействие на их работоспособность. Наряду с температурой, влажностью и скоростью движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений к показателям микроклимата относится интенсивность теплового излучения согласно ГОСТ 12.1.005-88 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. Обеспечить в таких условиях нормальные условия микроклимата на рабочих местах можно за счет правильно организованного рабочего места. Тепловое излучение, как указано выше, представляет собой процесс распространения внутренней энергии излучающего тела с помощью электромагнитных волн, которое могут распространяться в вакууме, газах и других прозрачных средах. Твердые и жидкие тела имеют значительные поглощательную и излучательную способности, вследствие чего в процессах лучистого теплообмена участвуют лишь тонкие поверхностные слои: для плохих проводников теплоты толщина излучающего слоя составляет до 1 мм, для хороших проводников теплоты – до 1 мкм. Поэтому в этих случаях тепловое излучение можно рассматривать как поверхностное явление. 202 Интенсивность излучения зависит от природы тела, его температуры, длины волны, состояния поверхности, а для газов – еще от толщины слоя, давления, числа атомов в молекуле. Оптимальные показатели микроклимата устанавливаются нормативным документом [39]. Согласно этому документу интенсивность теплового потока излучением (ЕПАД) от нагретых поверхностей технологического оборудования, осветительных приборов, инсоляции на постоянных и непостоянных рабочих местах не должна превышать 35 Вт/м2 при облучении 50% поверхности тела и более, 70 Вт/м2 – при величине облучаемой поверхности тела от 25 до 50% и 100 Вт/м2 – при облучении не более 25% поверхности тела человека. Интенсивность лучистого падающего теплового потока на работающих от открытых источников излучения (нагретый металл, стекло, пламя и др.) не должна превышать 140 Вт/м2, при этом облучению не должно подвергаться более 25% поверхности тела человека и обязательным является использование средств индивидуальной защиты, в том числе средств защиты лица и глаз. При наличии теплового облучения температура воздуха на постоянных рабочих местах не должна превышать верхние границы оптимальных значений для теплого периода года, на непостоянных рабочих местах – верхние границы допустимых значений для постоянных рабочих мест. Величина допустимого для глаз теплового потока излучением qДОП в зависимости от области спектра излучения приведена в табл. 6.4. Та б ли ц а 6 .4 Значения допустимого теплового потока излучением для глаз Область спектра Допустимая Ультрафиолетовая Видимая Инфракрас ная 0,05 16,6 168 интенсивность 203 теплового излучения qДОП , Вт/м2 В целях профилактики тепловых травм температура наружных поверхностей технологического оборудования или ограждающих его устройств не должна превышать 45 °С. Одним из мероприятий по созданию благоприятных условий микроклимата в рабочей зоне на производстве является защита человека в этой зоне от теплового излучения. В производственной обстановке у рабочих, находящихся вблизи нагретых поверхностей и тел, в результате поглощения поверхностью тела лучистой энергии повышается температура кожи и глубже лежащих тканей на облучаемом участке. Кроме того, на облучение реагирует весь организм: происходят биохимические сдвиги, нарушения работы сердечно-сосудистой и нервной систем. Длительное воздействие инфракрасных лучей с длиной волны в пределах 0,72…1,5 мкм (лучи Фохта) вызывает катаракту глаз (помутнение хрусталика). Тепловое излучение, кроме непосредственного воздействия на рабочих, нагревает окружающие конструкции (пол, стены, перекрытия, оборудование), в результате чего температура воздуха внутри помещения повышается, что также ухудшает условия труда и снижает уровень безопасности. Способы защиты от теплового излучения следующие:  теплоизоляция излучающих горячих поверхностей;  экранирование излучающих тел;  применение воздушного душирования;  применение защитной одежды. Теплотехнические расчеты по защите рабочей зоны от теплового излучения рассмотрены в литературе [38, 40]. Плотность теплового потока излучением на рабочем месте определяется в зависимости от соотношения l к F, где l  расстояние от источника теплового излучения до рабочего места, взятое в м, F  площадь излучающей поверхности в м2. 204 Если l < F, то интенсивность теплового излучения может быть рассчитана по формуле, Вт/м2 T 0,78[( И ) 4 110] F , 100 qИ  l (6.4) если l > F, то расчет ведут по формуле T 0,78[( И ) 4 110]F , 100 qИ  2 l (6.5) где TИ  температура излучающей поверхности, К. При необходимости применения защитных экранов для уменьшения потока теплового излучения применяется следующая методика. Определяется степень экранирования или коэффициент понижения температуры μ для системы «излучатель – экран» определяется по соотношению μ TИ , TЭ ( 6.6) где TИ, TП и TЭ – температуры поверхностей излучателя, облучаемого тела и экрана, К. Для системы излучающих и облучаемых тел приведенные излучательные способности могут быть определены по формулам: система «излучатель – экран» 205 ε И -Э  1 , 1 1  1 εИ εЭ ( 6.7) система «экран – облучаемое тело» ε Э-П  1 , 1 1  1 εЭ εП ( 6.8) где ε И , ε П и ε Э – излучательные способности излучателя, облучаемого тела и экрана, значения которых могут быть взяты из табл. 6.5. Степень снижения температуры m между излучающим и облучаемым телами при наличии экранов можно рассчитать по формуле 4 T  1 -  П   TИ  m 4 . 1 ТП    μ 4  Т И  Излучательная способность Материал Алюминий полированный Асбестовый картон Асбошифер Бетон Бумага 206 ε ( 6.9) Т абл и ца 6 .5 различных материалов Температура, оС ε 50…500 40…400 20 0,04…0,06 0,13…0,96 0,96 0,96 0,8…0,9 – 20 Дерево строганое Жесть белая Кирпич динасовый Кирпич красный Кирпич магнезитовый Кирпич шамотный Краска масляная Резина Сталь листовая Сталь листовая с блестящим слоем окиси Сталь оцинкованная Сталь нержавеющая Стекло обычное Стекло матовое Ткань асбестовая Толь Штукатурка известковая 20 20 1000 20 1000…1300 1000 100 23 950…1100 0,8…0,9 0,28 0,66…0,8 0,88…0,93 0,38 0,75 0,92…0,96 0,86…0,94 0,55…0,61 20 20 700 20…100 20 20 20 20 0,82 0,28 0,45 0,91…0,94 0,96 0,78 0,91…0,93 0,78 С учетом выше найденных величин можно определить количество экранов n, которые необходимо установить между излучателем и облучаемым телом nm ε И Э  1. ε ЭП (6.10) Окончательно число экранов определяется путем округления до целого числа найденной выше величины n в большую сторону. Пример. Рассчитать плотность теплового потока излучением в рабочей зоне обжигальщика в цехе по обжигу керамического кирпича, если известно, что температура наружной поверхности стены печи в зоне обжига равна 85 оС, площадь излучения 8 м2, расстояние от стены печи до рабочего места обжигальщика 4 м. 207 Решение. При сравнении величин l = 4 м и F = 8 м2 видно, что l < F. Поэтому расчет плотности теплового потока излучением проводим по формуле (6.4), Вт/м2 qИ  0,78[( 85  273 4 ) 110] 8 100  29,9 4 . Если считать, что облучению подвергается вся поверхность тела обжигальщика, то согласно нормативным требованиям [39] максимальная плотность потока излучения при облучении 50% поверхности тела и более не должна превышать 35 Втм2, что и выполняется в нашем случае. Значит, никакой защиты от теплового излучения для рабочего места обжигальщика не требуется. Излучение от стены печи происходит в инфракрасной области спектра, т.е. допустимый тепловой поток излучением для глаз (табл. 6.4) составляет qДОП = 168 Вт/м2, а реальный тепловой поток излучением в нашем случае значительно меньше и составляет qИ = 29,9 Вт/м2. Поэтому средства индивидуальной защиты для глаз обжигальщику не требуются. 6.3. Расчет излучения через топочные отверстия Эксплуатация огнетехнических установок (котлов, печей и др.) связана с повышенной пожароопасностью. Правильно спроектированное теплотехническое оборудование позволит избежать нештатных ситуаций, повысить надежность и безопасность его работы. При сжигании топлива в топочной камере образуется факел  мощный источник тепловой энергии, передаваемой излучением. Этот источник лучистой энергии может в 208 определенных условиях вызвать воспламенение горючих материалов или огнеопасных паров и газов вокруг установки и способствовать возникновению и развитию пожара при несоблюдении противопожарных мероприятий. Температура пламени факела в огнетехнических устройствах может достигать высоких значений, например, как приведено в табл. 6.6. Т абл и ца 6 .6 Температура пламени факела в топочных устройствах Горючий материал Мазут, торф Древесина, бурый уголь, сырая нефть Каменный уголь, резина, бензин Антрацит, сера Горючие газы Температура пламени TФ , К 1273 1373 1473 1573 1773 Следует отметить, что при горении на пожаре температура пламени веществ (табл. 6.7) ниже, чем температура пламени аналогичных веществ при их сжигании в топочных устройствах, что объясняется различиями в условиях горения. При проектировании теплосиловых и огнетехнических установок необходимо учитывать, что отверстия в ограждении топочного устройства (для загрузки топлива, подачи воздуха, технологические и т.п.) опасны не только из-за возможности вылетания искр и выпадения углей, но опасность заключается и в том, что при излучении от факела мощности его теплового потока нередко оказывается достаточно для воспламенения находящихся поблизости горючих конструкций и материалов. Т абл и ца 6 .7 Температура пламени факела на пожаре Горючий материал Температура пламени, К 209 Мазут в резервуарах Бензин в резервуарах Древесина Древесина в штабелях пиломатериалов Дизельное топливо и нефть в резервуарах Резинотехнические изделия Этиловый спирт Торф 1273 1473 1047…1147 1127…1317 1373 1473 1147…1177 1027…1067 Излучение от факела в пространство печи идет по всем направлениям, т.е. излучение носит сферический характер. Однако через топочное отверстие наружу попадает только часть энергии факела. При этом излучение пламени через топочное отверстие в значительной мере определяется размерами самого отверстия: высотой h, шириной b и толщиной стены  ограждающей конструкции. Значение коэффициента диафрагмирования топочного пространства K Д характеризует, насколько при прохождении через отверстие уменьшается тепловое излучение от факела в топочном устройстве к окружающим телам, находящимся вне топочного устройства. K Д* , K Д** h 2 0,8 1 0,6 3 0,4  0,2 0 210 0 0,4 0,8 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 h/ и b/ Рис. 6.2. График для определения коэффициентов диафрагмирования: 1  топочное отверстие вытянутой формы (в виде длинной щели); 2  топочное отверстие прямоугольной формы; 3  топочное отверстие круглой или квадратной формы Коэффициент диафрагмирования можно рассчитать по формуле K Д  K Д*  K Д** , где  δ и K Д*  f h  δ K Д**   b (6.11)  коэффициенты диафрагмирования, зависящие от соотношений h  и b  и определяемые по рис. 6.2. Тепловое излучение от факела носит сферический характер и определяется законом Стефана-Больцмана, когда плотность теплового излучения от тела пропорционально четвертой степени абсолютной температуры излучающего тела. Значение плотности теплового потока излучением от факела qП можно определить по рис. 6.3 в зависимости от абсолютной температуры факела TФ , Вт/м2. Плотность теплового потока излучением от факела на внешнем срезе топочного отверстия может быть вычислена по формуле, Вт/м2 qПОТВ  K Д  qП . (6.12) 211 Существует два условия пожарной безопасности применительно к рассматриваемому случаю теплообмена «топочное отверстие  горючий материал (ГМ) стены», которые можно сформулировать следующим образом. Первое условие. Если материал, находится в зоне «видимости» факела, то при определенной плотности теплового потока излучением он может загореться. Чтобы этого не произошло, необходимо, чтобы выполнялось условие: плотность теплового потока на поверхности материала qФCT не должна превышать установленной критической плотности для материала стены qКР , т.е. qФСТ  q КР . (6.13) Здесь qФCT  плотность лучистого теплового потока между факелом и поверхностью стены с учетом влияния топочного отверстия, Вт/м2. qП , Вт/м 2 70000 50000 30000 10000 673 212 873 1073 1273 1473 1673 TФ , К Рис. 6.3. Плотность теплового потока излучением через топочное отверстие в зависимости от температуры факела Значения критической плотности теплового потока излучением на поверхность материала приведены в табл. 6.8. Следует отметить, что значения тепловых потоков qКР для твердых материалов, приведенные в табл. 6.8, были определены для условий неподвижной среды при длительности облучения 15 мин и более [41]. Т абл и ца 6 .8 Предельно допустимая температура нагрева некоторых горючих материалов и критическая плотность теплового потока облучением [41] Материал Торф кусковой брикетный Древесина шероховатая окрашенная Картон Хлопок-волокно Стеклопластик Пластик слоистый (типа гетинакс) Резина Пергамин Допустимая температура применения TДОП , К Температура самовосплам С Критическая плотность облучения qКР , Вт/м2 353 353 225 225 9800 13300 353 353 373 393 373 295 295 427 205  12800 17500 10800 7500 15400 393  393 480   15400 14500 17500 енения О t СВ , 213 Плотность лучистого теплового потока от факела, идущего через топочное отверстие и попадающего на поверхность материала стены с учетом влияния топочного отверстия, может быть определена по формуле, Вт/м2, qФCT  ε ПР  СО [( TФ 4 TCT 4 ) ( ) ]ψ CT Ф . 100 100 (6.14) Здесь Co  постоянная Стефана, Co =5,67 Вт/(м2К4); TФ  абсолютная температура факела в топочном устройстве, которая может быть принята по табл. 6.6, К; TCT  абсолютная температура горючего материала стены, которая может быть принята при расчете на возгораемость материала от теплового излучения равной предельно допустимой TДОП , К. Значения допустимой температуры приведены в табл. 6.8; ε ПР  приведенная излучательная способность системы тел «факел – горючий материал стены», которая может быть найдена по формуле ε ПР  1 ; 1 1  1 ε Ф ε CT (6.15) ε CT и ε Ф  излучательные способности материала стены и пламени факела, которые приведены в табл. 6.5 и 6.9; ψCTФ  коэффициент облученности системы «поверхность стены  топочное отверстие (факел)», который может быть определен с учетом геометрии и 214 месторасположения облучаемых тел в соответствии с рис. 6.4 по справочнику [42] или по рис. 6.5. Т абл и ца 6 .9 Излучательная способность пламени факела ε Ф Сжигаемое топливо и характер пламени Несветящееся пламя при сжигании газа Пламя при сжигании бензина Пламя при слоевом сжигании каменных и бурых углей, древесины, торфа Пламя при сжигании мазута εФ 0,4 0,96…0,99 0,7 0,85 Второе условие. Если при облучении горючего материала температура его поверхности TCT превысит допустимую температуру TДОП , то возможно самовозгорание. Чтобы этого не произошло, необходимо выполнить условие: qФCT T TCT  100  4 ( Ф ) 4   TДОП . 100 ε ПР  Сo  ψ CT Ф (6.16) 2A 2B FCT L dFФ Рис. 6.4. Cистема облучаемых тел: 2 A – длинная сторона прямоугольника; 2 B  короткая сторона 215 прямоугольника; L  расстояние между поверхностями Пример. Определить минимальное расстояние L между топочным отверстием печи обжига керамического кирпича и горючим материалом стены – деревянный щит, покрытый масляной краской и находящийся напротив отверстия. Топливом для печи служит мазут. Размеры топочного отверстия следующие: h = 0,15 м; b = 0,3 м;  = 0,5 м. Размеры облучаемой стены: 2A = 1 м; 2B = 1,2 м. Решение. Рассчитаем для условий задачи коэффициенты диафрагмирования K Д* , K Д** и K Д , для чего найдем симплексы: h 0,15   0,3 ; δ 0,5 b 0,3   0,6 . δ 0,5 ψ CT Ф 0,200  2 1 0,8 0,7 0,120 0,10 0,080 0,064 0,5 0,4 0,3 0,040 0,032 0,2 0,020 0,016 2160,010 0,008 0,005 A  0,1 L 0,1 0,2 0,4 0,8 1,6 3,2 B/ L Рис. 6.5. Коэффициент облученности ψ CT Ф бесконечно малой поверхности dFФ параллельной ей прямоугольной поверхностью конечных размеров FCT (рис. 6.4): 2 A , 2 B – длины сторон прямоугольника; L – расстояние между поверхностями Из рис. 6.2 определим: K Д*  0,35 и K Д**  0,48 , тогда K Д  0,35  0,48  0,41 . По табл. 6.2 для мазута найдем температуру пламени факела  TФ = 1273 К. Тогда, используя рис. 6.3, найдем плотность теплового потока излучением от факела, Вт/м2 qП = 54000. Плотность теплового потока излучением в самом топочном отверстии может быть вычислена по формуле (6.12), Вт/м2 qПОТВ  0,41  54000  22140 . 217 Найдем предварительно приведенную излучательную способность системы тел «факел – горючий материал стены» по формуле (6.16) ε ПР  1 1 1  1 0,85 0,94  0,79 , где ε Ф = 0,85 и ε CT = 0,94  излучательные способности факела и масляной краски на деревянном щите, найденные по табл. 6.9 и 6.5. Принимаем из табл. 6.8 для нашего горючего материала стены (окрашенная древесина) допустимую температуру нагревания TДОП = 353 К и критическую плотность теплового потока qКР = 17500 Вт/ м2. Подставляя в формулу (6.14) значение критической плотности теплового потока qKP  qФСТ , получим 17500  0,79  5,67[( 1273 4 353 4 ) ( ) ]ψ CT Ф , 100 100 откуда численное значение углового коэффициента будет ψ CT Ф  0,15 . Задавшись значением расстояния от топочного отверстия до деревянного щита L = 1 м, определим соотношения A 0,5 B 0,6   0,5 и   0,6 . По рис. 6.5 на оси абсцисс L 1 L 1 B  0,6 и поднимаемся вверх до пересечения с находим L 218 линией ψ CT Ф  0,15 . Этому пересечению соответствует A  , L A  0,5 . L Принимаем новое значение L = 0,4 м, определим A B  1,25 и  1,5 . По рис. 6.5 этим значениям соотношения L L A  1,25 . На этом расчет соответствует точка пересечения L закончен. Следовательно, минимальное расстояние L между топочным отверстием печи и деревянным щитом для предотвращения возгорания последнего должно быть не менее 0,4 м. а должно быть 7. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПОМЕЩЕНИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ 7.1. Расчет параметров взрыва Взрывом называют быстрое экзотермическое химическое превращение взрывоопасной среды, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных проводить работу. Основными факторами среды, характеризующими опасность взрыва для помещений и оборудования, являются:  максимальное давление взрыва;  максимальная температура взрыва; 219  скорость нарастания давления при взрыве;  давление во фронте ударной волны. К опасным и вредным факторам, воздействующим на работающих в результате взрыва, относят:  ударную волну;  пламя;  обрушивающиеся конструкции, оборудование, коммуникации, здания и сооружения и их разлетающиеся части;  образовавшиеся при взрыве и (или) выделившиеся из поврежденного оборудования вредные вещества, содержание которых в воздухе рабочей зоны превышает предельно допустимые концентрации. Одним из наиболее важных параметров взрывопожарной опасности смеси газов, легкокипящих жидкостей и пылей с воздухом или другими окислителями является создаваемое при взрыве избыточное давление взрыва Р. Расчетное избыточное давление взрыва в помещении, зависящее от вида горючего вещества, является одним из параметров, по которому определяется категория помещения по взрывопожарной опасности. В соответствии с нормативным документом [43] все помещения по взрывопожарной опасности разбиты на пять категорий (табл. 7.1). Т абл и ца 7 .1 Категории помещений в зависимости от находящихся в них материалов и веществ Категория помещения А 220 Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении Горючие газы (ГГ), легковоспламеняющиеся взрывопожароопасные жидкости (ЛВЖ) с температурой вспышки не более 28 oС в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее Б В1-В4 Г Д 5 кПа. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа Горючие пыли или волокна, ЛВЖ взрывопожароопасная с температурой вспышки более 28 oС, горючие жидкости (ГЖ) в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздушные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа ГЖ и трудногорючие жидкости, твердые пожароопасные горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся к категориям А или Б Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; ГГ, ГЖ и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии Пр и меча ни е . Разделение помещений на регламентируется положениями, изложенными в [43]. категории В1-В4 Категории помещений следует определять согласно методическим рекомендациям, изложенным в [43, 44]. Расчет избыточного давления взрыва для горючих газов, паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей Избыточное давление взрыва P для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F, определяется по формуле, кПа 221 P  ( PMAX  Po )  m  Z 100 1   , VCB  ρ C CT K H (7.1) где PMAX  максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать PMAX = 900 кПа; Po  начальное давление, кПа. При расчетах допускается принимать равным 101 кПа; m  масса горючего газа или паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, вышедших в помещение в результате нарушения технологического режима или аварии, кг; Z  коэффициент участия горючего вещества во взрыве, который должен быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно методике, изложенной в [43]. При расчетах допускается принимать значение Z по табл. 7.2; VCB  свободный объем помещения (не занятый оборудованием и мебелью), определяемый через реальный объем помещения VП , м3 VCB  0,8  VП ; (7.2) ρ  плотность газа или пара горючего вещества при расчетной температуре t P , вычисляемая по формуле, кг/м3 ρ 222 μ ; Vo (1  0,003677  t P ) (7.3) μ  молярная масса горючего вещества, кг/кмоль; V o  мольный объем, равный 22,413 м3/кмоль; t P  расчетная температура, оС. Т абл и ца 7 .2 Значение коэффициента участия горючего вещества во взрыве Вид горючего вещества Водород Горючие газы (кроме водорода) Горючие и легковоспламеняющиеся жидкости, нагретые до температуры вспышки и выше Горючие и легковоспламеняющиеся жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля Горючие и легковоспламеняющиеся жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля Z 1,0 0,5 0,3 0,3 0 В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры t P по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61 оС; C CT  стехиометрическая концентрация горючих газов или паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей по объему, вычисляемая по формуле, % 223 CCT  100 ; 1  4,84  β (7.4) n H  n X nO   стехиометрический коэффициент 4 2 кислорода в реакции сгорания; nC , nH , nO , nX  число атомов углерода, водорода, кислорода и галоидов в молекуле горючего вещества; K H  коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. При расчетах допускается принимать K H = 3. β  nC  Значения показателей пожарной опасности некоторых индивидуальных веществ приведены в табл. 7.3. Расчет избыточного давления взрыва для горючих пылей Взрывоопасная смесь горючей пыли с воздухом может образовываться в различных технологических процессах, таких как производство пшеничной и травяной муки, сушка трав, производство органических мелкодисперсных порошков и т.п. Расчет избыточного давления взрыва P для горючих пылей проводится по формуле, кПа ΔP  224 m  QHP  Po  Z 1  , VCB  ρ B  C P  (t o  273) K H (7.5) Т абл и ца 7 .3 Значения показателей пожарной опасности некоторых индивидуальных веществ [43] Химическая формула Молекулярная масса , кг/кмоль Температура вспышки, оС Характерис тика вещества C2H2 26,038  ГГ сгорания QH , кДж/кг 49965 Ацетон C3H6О 58,123 -69 ГГ 45713 Бензол C6H6 78,113 -11 ЛВЖ 40576 Бутан C4H10 58,123 -69 ГГ 45713 H2 2,016  ГГ 119841 C6H14 86,177 -23 ЛВЖ 45105 C6H14О 102,17 +60 ЛВЖ 39587 C4H10 58,123 -76 ГГ 45578 Изобутиловый спирт C4H10О 74,12 +28 ЛВЖ 36743 Изопропиловый спирт C3H8О 60,09 +14 ЛВЖ 34139 CH4 16,04  ГГ 50000 CH4О 32,04 +6 ЛВЖ 23839 СО 28,01  ГГ 10104 Вещество Ацетилен Водород Гексан Гексиловый спирт Изобутан Метан Метиловый спирт Оксид углерода Теплота P 225 Пр о до л же н и е та б л. 7 .3 Химическая формула Молекулярная масса , кг/кмоль Температура вспышки, оС Характерис тика вещества C2H4О 44,05 -18 ГГ сгорания Q H , кДж/кг 27696 Пропан C3H8 44,096 -96 ГГ 46353 Пропилен C3H6 42,080  ГГ 45604 Стирол C8H8 104,14 +30 ЛВЖ 43888 Толуол C7H8 92,140 +7 ЛВЖ 40936 Формальдегид СH2О 30,03  ГГ 19007 Хлорбензол C6H5Сl 112,56 +29 ЛВЖ 27315 Хлорэтан C2H5Сl 64,51 -50 ГГ 19392 Циклогексан C6H12 84,16 -17 ЛВЖ 43833 Этан C2H6 30,069  ГГ 52413 Этилацетат C4H8О2 88,10 -3 ЛВЖ 23587 Этиловый спирт C2H6О 46,07 +13 ЛВЖ 30562 Вещество Оксид этилена 226 Теплота P где Po, VCB , K H имеют те же значения, что и в формуле (7.1); m  расчетная масса взвешенной в объеме помещения или оборудования пыли, образовавшейся в результате нарушения технологического процесса или аварийной ситуации, кг; QHP  теплота сгорания горючего вещества, Дж/кг; ρ B  плотность воздуха до взрыва при начальной температуре t o , кг/м3 1,27 ρB  ; (7.6) t O  273 CP  теплоемкость воздуха, кДж/(кгК). При расчетах допускается принимать CP = 1,017 кДж/(кгК); Z  коэффициент участия взвешенной пыли во взрыве, который рассчитывается по формуле Z  0,5  F ; (7.7) F  массовая доля частиц пыли размером менее критического, с превышением которого аэровзвесь становится взрывобезопасной, т.е. неспособной распространять пламя. Значение параметра F может быть найдено по специальной методике, изложенной в [43]. В отсутствие возможности получения сведений для расчета величины Z допускается принимать Z = 0,5. Пример. В складском помещении, размеры которого составляют 10х8х4 м3, находится в емкостях легковоспламеняющаяся жидкость – бензол. В результате разгерметизации одной емкости из нее вытекает в помещение 10 кг бензола, который испаряется. 227 Определить категорию пожаровзрывоопасности. помещения склада по Решение. Категорию помещения по взрывопожарной опасности можно определить, если будет известно избыточное давление взрыва в помещении. Для определения этого давления выпишем характеристики бензола C6H6 из табл. 7.3: μ = 78,113 кг/кмоль; QHP = 40576 кДж/кг. Избыточное давление взрыва в помещении определим по формуле (7.1), кПа P  (900  101)  10  0,3 100 1    40,8 . 256  2,85 2,68 3 При расчетах было принято или рассчитано: PMAX = 900 кПа; Po = 101 кПа; m = 10 кг; Z = 0,3 (табл. 7.2); VCB = 0,81084 =256 м3 ( формула (7.2)); 78,113  2,85 кг/м3 (формула (7.3)); 22,413  (1  0,003677  61) 6 100 nC  6 ; nH  6 ; β  6   7,5 ; CCT   2,68 %; 4 1  4,84  7,5 K H = 3. ρ P  40,8 Найденное избыточное давление кПа превышает 5 кПа (табл. 7.1), поэтому помещение склада по взрывопожарной опасности относится к категории «А». Расчет мощности взрыва сосуда со сжатым газом Достаточно часто на производстве происходят аварии, сопровождающиеся взрывом сосуда, содержащего сжатый газ. При этом возникает проблема расчета мощности взрыва. 228 Мощность взрыва сосуда, заполненного сжатым газом, можно определить по формуле, Вт A N  , (7.8) τ где A  работа взрыва, Дж; τ  время взрыва, с. Работу, которую совершает сжатый газ при взрыве, ориентировочно можно определить по формуле, Дж V P A C 1 m 1  P2    1  P1  m 1 m , (7.9) где VC  объем сосуда со сжатым газом, м3; P1  давление среды, где находится сосуд, Па; P2  абсолютное давление сжатого газа в сосуде, Па; m  показатель политропы расширения сжатого газа. При расчетах можно принять m = 1,2. Пример. Произошел взрыв воздухосборника компрессора, имеющего объем 0,3 м3 и рассчитанного на избыточное давление 0,5 МПа. Определить мощность взрыва, если время действия взрыва составило 0,01 с при конечном давлении воздуха в воздухосборнике 1,2 МПа. Давление атмосферного воздуха составляет 0,1 МПа. Решение. Определим работу сжатого воздуха, произведенную в период взрыва, используя формулу (7.9), Дж A 0,3  0,1  10 6 1,2 (  1) 1,2  1 0,1 1, 2 1 1, 2  224000 . 229 Тогда мощность взрыва воздухосборника составит, МВт N 0,224  22,4 . 0,01 7.2. Предохранение оборудования от разрушений при взрывах пыле- и газовоздушных смесей Эксплуатация различных огнетехнических, теплосиловых и технологических установок (топок, печей, сушилок, котлов, нефтеперерабатывающего оборудования и т.п.), где имеется возможность образования взрывоопасной смеси, связана с высокой опасностью воспламенения и взрыва этой смеси. Безопасная эксплуатация такого оборудования, зданий и сооружений обслуживающим персоналом определяется правильностью расчетов систем безопасности уже на стадии проектирования. Для предотвращения разрушения элементов котлов и технологического оборудования при возможных взрывах газои пылевоздушных смесей необходимо устанавливать взрывные предохранительные клапаны, которые должны срабатывать при давлениях меньше значений давлений, приводящих к разрушению конструкций. Эти клапаны обеспечивают своевременный сброс давления продуктов сгорания из мест взрыва в окружающую среду. Распространение получили взрывные предохранительные клапаны разрывного, откидного и сбросного типов. Широкое применение в котлах и технологическом оборудовании получили клапаны разрывного типа. Принципиальное устройство клапана показано на рис. 7.1. В ограждении, например, котла делается окно, куда крепится 230 короб 7 клапана. Короб на конце имеет фланец 2, на который накладывается крупноячеистая металлическая сетка (40х40 или 50х50 мм) 3 и асбестовая мембрана 1 толщиной 2…3 мм. Все это прижимается накладным фланцем 8. Асбестовый лист такой толщины не пропускает дымовые газы наружу при эксплуатации котла и выдерживает давление, создаваемое дымовыми газами. Такой лист не прочен и при воздействии на него динамических нагрузок легко разрушается при взрыве газов. Асбестовый лист может длительно работать при температурах газов 500 оС, кратковременно – при 700 оС, что необходимо учитывать при установке взрывных клапанов. Поэтому взрывные предохранительные клапаны устанавливают таким образом, чтобы они не подвергались прямому тепловому воздействию факела. 1 2 3 4 5 6 7 2 3 1 8 Рис. 7.1. Взрывной предохранительный клапан (разрывного типа): 1  асбестовая разрушающаяся мембрана; 2, 8  фланцы; 3  металлическая 231 крупноячеистая сетка; 4  огнеупорный слой стены; 5  теплоизоляционный слой стены; 6  упорный уголок; 7  металлический короб Для предохранения технологического оборудования от разрушения при взрывах используют откидные клапаны (рис. 7.2, а), которые представляют собой плиту, находящуюся на вертикальной или горизонтальной стенке в наклонном положении, закрепленную с одной стороны на оси клапана. При взрыве клапан поворачивается вокруг оси и дает возможность свободного выхода газов, образовавшихся при взрыве. Масса клапана должна быть достаточной для обеспечения плотного его прилегания к корпусу. Сам откидной клапан представляет собой плоскую конструкцию, изготовленную из асбестового листа толщиной 8…10 мм, уложенного на металлическую сетку. Все это закреплено с двух сторон фланцами. Для герметизации клапан обмазывают огнеупорной замазкой (огнеупорной глиной). 1 2_ 3 а 232 1 2 4 б Рис. 7.2. Принципиальная конструкция взрывного предохранительного клапана: а – откидного типа; б – сбросного типа; 1 – ограждающая конструкция топочного устройства; 2  клапан; 3  ось; 4  трос Сбросные клапаны (рис. 7.2, б) представляют собой плиту, конструктивно похожую на откидной клапан, укладываемую горизонтально, которая при работе оборудования под своей тяжестью плотно лежит в «седле» клапана. При взрыве она отбрасывается в сторону. Для того, чтобы при отлете клапан не нанес вреда и не поранил обслуживающий персонал, он прикрепляется с помощью троса к какому-нибудь основанию, что позволяет ограничить расстояние отлета клапана. Изготавливают такие клапаны из асбестового листа толщиной 8…10 мм и укладывают на металлическую сетку. Для герметизации их обмазывают огнеупорной замазкой. Устанавливают клапаны на перекрытиях и стенах топок и газоходов. Наиболее целесообразно устанавливать взрывные клапаны в верхней части топочной камеры или газохода для той части объема, где возможны взрывы. Место установки клапанов увязывают с зонами наиболее вероятного скопления утечек газов и паров, зонами образования газовых мешков. 1 2 3 Отвод газов 4 Рис. 7.3. Установка взрывного клапана: 1  огнеупорный слой; 2  теплоизоляционный слой; 3  взрывной клапан; 4 – защитный короб 233 Располагают клапаны так, чтобы при срабатывании взрывной волной не был поражен обслуживающий персонал. Если же установить клапан таким образом нельзя, необходимо после клапана иметь защитный короб или козырек, прочно прикрепленный к основным конструкциям оборудования, отводящий взрывной выхлоп в сторону (рис. 7.3). Форма взрывных предохранительных клапанов должна быть квадратной или круглой, т.к. в этом случае для разрыва мембраны требуется наименьшее давление. В топках котлов, работающих на газовом, жидком и палевидном топливе, и на дымоходах от них в соответствии с требованиями нормативных документов [4547] следует предусматривать взрывные предохранительные клапаны. Для паровых котлов с давлением пара свыше 0,07 МПа и водогрейных котлов с температурой воды выше 115 °С взрывные клапаны следует предусматривать в соответствии с требованиями, приведенными в [46]. Расчет и подбор взрывных предохранительных клапанов должен выполняться в соответствии с действующими нормативными документами [4547], исходя из условия, что на 1 м3 внутреннего объема топки или газоходов необходимо не менее 0,025 м2 площади клапана. При этом должны быть выполнены требования:  для котлов паропроизводительностью до 10 т/ч площадь поверхности клапана должна быть не менее 0,15 м2;  для котлов паропроизводительностью от 10 до 60 т/ч над топкой должны быть установлены взрывные клапаны общей площадью поверхности не менее 0,2 м2, на газоходах – не менее двух клапанов с минимальной суммарной площадью поверхности 0,4 м2. 234 При расчете площади взрывных предохранительных клапанов для технологического оборудования следует принимать площадь одного взрывного клапана не менее 0,05 м2. Необходимость установки взрывных клапанов на промышленных печах и дымоходах от них, а также места установки взрывных клапанов и их число следует определять нормами технологического проектирования, а при отсутствии указанных норм  документами проектной организации. Взрывы газо- и пылевоздушных смесей могут происходить внутри зданий и сооружений. Для предотвращения разрушений от взрывов здания и сооружения должны иметь легко сбрасываемые конструкции или легко разрушаемые ограждающие конструкции: оконные переплеты, специально изготовленные проемы, двери, открывающиеся наружу, и т.п. В соответствии с требованиями нормативного документа [46] наружные ограждающие конструкции наземной части топливоподачи для топлива с выходом летучих веществ на горючую массу 20% и более (разгрузочных устройств, дробильных отделений, транспортерных галерей, узлов пересыпки, надбункерных галерей) следует проектировать исходя из того, что площадь легкосбрасываемых конструкций должна быть не менее 0,03 м2 на 1 м3 объема помещения. Для зданий и сооружений, где может произойти взрыв, а также в индивидуальных котельных, работающих на жидком и газообразном топливе, следует предусматривать легкосбрасываемые ограждающие конструкции из расчета 0,03 м2 на 1 м3 объема помещения. Пример 1. Рассчитать минимальную площадь взрывного предохранительного клапана, устанавливаемого в топке парового котла, работающего на газообразном топливе. Объем топки составляет 5 м3. Определить число и площадь устанавливаемых предохранительных взрывных клапанов. 235 Решение. Минимальную площадь взрывных предохранительных клапанов для котла паропроизводительностью до 10 т/ч можно рассчитать из условия, что на 1 м3 внутреннего объема топки или газоходов необходимо не менее 0,025 м2 площади клапана, м2 FK  0,025  VT  0,025  5  0,125 . Учитывая, что площадь поверхности каждого клапана должна быть не менее 0,15 м2, принимаем к установке один клапан общей площадью 0,15 м2. 7.3. Оценка огнестойкости строительных конструкций Пожар – неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства. Как показывают многочисленные исследования [48], при возникновении пожара в зданиях, температура среды в очаге пожара может достигать величин 9001100 оС через 2030 минут после его возникновения. Основным опасным фактором пожара, который является причиной разрушения, повреждения строительных конструкций, элементов зданий, становится быстрое повышение температуры в очаге пожара. Строительные конструкции зданий и сооружений в обычных условиях эксплуатации могут сохранять работоспособность в течение десятков лет, однако при пожаре они могут разрушиться всего лишь в течение нескольких десятков минут. Способность строительных конструкций и объектов сопротивляться воздействию пожара называют огнестойкостью. Это основной показатель при проектировании элементов защиты как противопожарной преграды. 236 Под пределом огнестойкости понимают промежуток времени (в часах или минутах) от начала огневого испытания конструкции при стандартном температурном режиме до наступления одного или последовательно нескольких нормируемых для данной конструкции признаков предельных состояний: – потеря несущей способности (обрушение или недопустимый прогиб) – обозначается «R»; – потеря целостности (образование в конструкциях или стыках сквозных трещин или сквозных отверстий) – обозначается «Е»; – потеря теплоизолирующей способности (повышение температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 160 оС или в любой точке этой поверхности более чем на 190 оС по сравнению с температурой конструкции до нагрева, или более чем на 220 оС, независимо от температуры конструкции до нагрева – обозначается «I». Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления этих предельных состояний. Например, предел огнестойкости конструкции равен R 120. Это означает, что огнестойкость конструкции  f S (R )  120 мин по признаку «R» – потере несущей способности. Стандартный температурный режим пожара представляется в виде следующей зависимости температуры среды T f от времени с начала пожара  , оС: T f  345  lg( 8   )  To , (7.10) где To – начальная температура среды, оС, при расчете может быть принята равной 20 оС;  – время стандартного огневого испытания, мин. 237 Расчетная оценка огнестойкости конструкций в общем случае заключается в решении трех задач: определение температурного режима пожара в помещении (теплофизическая задача), определение температурного поля в строительной конструкции при пожаре (теплофизическая задача), определение изменения несущей способности конструкции под действием пожара (прочностная задача). Решение этих трех задач сложно и трудоемко. Поэтому на практике применяют инженерный метод расчета огнестойкости строительных конструкций. Некоторые выдержки из этого метода приведены ниже, для более детального знакомства необходимо воспользоваться литературой [48]. Оценка огнестойкости железобетонных конструкций Предел огнестойкости железобетонных элементов (плиты, балки и т.п.) τ f S определяется по типу арматурной стали и критической температуре их прогрева при пожаре. Для арматурных сталей классов А-I, А-II, А-IIIв, А-IV и др. критическая температура их прогрева на пожаре взята равной 500 оС. Зная тип бетона, геометрические характеристики элемента и его закрепление в строительной конструкции, расстояние до оси арматуры со стороны воздействия пожара, можно по табл. 7.47.5 определить предел огнестойкости конструкции. Т абл и ца 7 .4 Пределы огнестойкости свободно опертых плит [48] (извлечения) Минимальные Пределы огнестойкости, мин толщина плиты и Вид бетона и характеристика плиты расстояние до оси 15 30 60 90 120 150 180 арматуры , мм ТяТолщина h 30 50 80 100 120 140 155 желый плиты 238 Опирание по двум сторонам и по контуру Опирани е по контуру при lY lX   10 15 25 35 45 60 70 10 10 10 15 20 30 40  1,5 Пр и меча ни я . 1. Минимальная толщина плиты h обеспечивает значение предела огнестойкости по признаку «I», а расстояние до оси арматуры – значение предела огнестойкости по признаку «R». 2. Пределы огнестойкости многопустотных и ребристых (с ребрами вверх) панелей и настилов следует принимать по таблице, умножая их на коэффициент 0,9. 3. Эффективная толщина многопустотной плиты для оценки огнестойкости определяется делением площади поперечного сечения плиты, за вычетом площади пустот, на ее ширину. Т абл и ца 7 .5 Пределы огнестойкости статически определимых свободно опертых балок из тяжелого бетона, нагреваемых с трех сторон [48] Пределы огнестойкости, мин 30 60 90 120 Ширина балки b и расстояние до оси арматуры , мм b  b  b  b  Минимальные размеры железобетонных балок, мм 80 25 120 40 150 55 200 65 120 15 160 35 200 45 240 55 160 10 200 30 280 40 300 50 200 10 300 25 400 35 500 45 Минимальна я ширина ребра bW , мм 80 100 100 120 239 150 180 b  b  240 80 280 90 300 70 350 80 400 65 500 75 600 60 700 70 140 160 Оценка огнестойкости несущих металлических конструкций Фактические пределы огнестойкости несущих металлических конструкций определяются по табл. 7.6 в зависимости от приведенной толщины металла t red , которая определяется по формуле, см t red  A , U (7.11) где A  площадь поперечного сечения металлической конструкции, см2; U  обогреваемая часть периметра сечения конструкции, см. Т абл и ца 7 .6 Пределы огнестойкости несущих металлических конструкций [48] (извлечения) Размеры, см Краткая характеристика конструкции 1. Стальные балки, прогоны, ригели без огнезащиты с приведенной толщиной металла t red 2. 240 Стальные балки перекрытий и tred = 0,3 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 Предел огнестойкости, мин R 7,2 R9 R 15 R 18 R 21 R 27 конструкции лестниц при огнезащите по сетке слоем бетона или штукатурки толщи- ной а 3. Стальные стойки и колонны с огнезащитой: из штукатурки по сетке или из бетонных плит толщиной а; из сплошных керамических и силикатных кирпича и камней толщиной а; из гипсовых плит а=1 2 3 R 15 R 90 R 150 а = 2,5 5 6 а = 6,5 12,5 а=3 6 R 45 R 60 R 150 R 120 R 300 R 60 R 360 При установлении предела огнестойкости металлических конструкций с огнезащитой следует принимать в качестве критической температуры прогрева при пожаре значение температуры 500 оС. Оценка огнестойкости несущих деревянных конструкций Фактические пределы огнестойкости несущих деревянных конструкций определяются по табл. 7.7 в зависимости от исполнения конструкции, наличия огнезащитного слоя и т.п. Т абл и ца 7 .7 Пределы огнестойкости несущих металлических конструкций [48] (извлечения) Краткое описание конструкции 1. Деревянные стены и перегородки толщиной а, оштукатуренные с двух сторон при толщине слоя штукатурки 2 см 2. Перекрытия деревянные с накатом или с подшивкой и штукатуркой по дранке или по сетке при толщине штукатурки 2 и более см Размеры, см а = 10 15 20 25 Предел огнестойкости, мин RI 36 RI 45 RI 60 RI 75 RI 45 241 3. Перекрытия по деревянным балкам при накате из несгораемых материалов и защите слоем гипса или штукатуркой толщиной а а=2 3 R 60 R 90 =0,025 h=0,14 м Пример. Определить предел огнестойкости железобетонной многопустотной плиты перекрытия жилого здания, выполненной из тяжелого бетона. Плита имеет размеры, как показано на рис. 7.4. Длина плиты 6 м. Растянутая арматура кл. АIII, пять стержней диаметром d S  12 мм. b 1 м Стержень Воздействие пожара Рис. 7.4. Поперечное сечение многопустотной железобетонной плиты перекрытия и схема воздействия пожара Решение. Как видно из рисунка, толщина защитного слоя бетона до оси растянутой арматуры   0,025 м. При воздействии пожара снизу на плиту это самый неблагоприятный случай, т.к. натянутая арматура защищена наименьшим слоем бетона. Зная, что  = 25 мм и что плита опирается по двум сторонам, с использованием табл. 7.4 определяем по признаку «R» (потере несущей способности) предел огнестойкости, мин: τ f S ( R)  0,960=R 54 . 242 При толщине плиты h = 140 мм, по табл. 7.4 определим предел огнестойкости плиты по признаку «I», мин: τ f S ( I )  0,9150=I 135 . 7.4. Эвакуация людей из зданий и сооружений при пожаре При пожаре возможна не только потеря материальных ценностей, но и создаются опасные ситуации для жизни и здоровья людей. Пожарная безопасность объекта обеспечивается системой предотвращения пожара, системой противопожарной защиты и организационно-техническими мероприятиями. Требования к указанным системам и комплекс организационно-технических мероприятий определены ГОСТ 12.1.004-91 [49]. Системы предотвращения пожара и противопожарной защиты должны исключать воздействие на людей опасных факторов пожара (ОФП): повышенной температуры, пониженного содержания кислорода в воздухе, ухудшающейся видимости из-за дыма, выделяющихся при горении токсичных продуктов, обрушений, взрывов и др. Эвакуация представляет собой процесс организации самостоятельного движения людей наружу из помещений, в которых имеется возможность воздействия на них опасных факторов пожара. Эвакуация осуществляется по специальным путям через эвакуационные выходы [50]. Защита людей на путях эвакуации обеспечивается комплексом объемно-планировочных, эргономических, 243 конструктивных, инженерно-технических и организационных мероприятий. Эвакуационные пути в пределах помещения должны обеспечивать безопасную эвакуацию людей через эвакуационные выходы из данного помещения без учета применяемых в нем средств пожаротушения и противодымной защиты. За пределами помещений защиту путей эвакуации следует предусматривать из условия обеспечения безопасной эвакуации людей с учетом функциональной пожарной опасности помещений, выходящих на эвакуационный путь, численности эвакуируемых, степени огнестойкости и класса конструктивной пожарной опасности здания, количества эвакуационных выходов с этажа и из здания в целом. Время возникновения опасной для человека ситуации называется критической продолжительностью пожара. Это время зависит от многих факторов. На основе данных о критической продолжительности пожара с учетом коэффициентов безопасности устанавливается необходимое время эвакуации людей из зданий и сооружений различного назначения (табл. 7.8 и 7.9). Время, в течение которого все люди могут выйти из помещения или здания, определяют расчетом и называют расчетным. Расчетное время эвакуации людей из помещений и зданий устанавливается по расчету времени движения одного или нескольких людских потоков через эвакуационные выходы от наиболее удаленных мест размещения людей. При расчете весь путь движения людского потока подразделяется на участки (проход, коридор, дверной проем, лестничный марш, тамбур) длиной li и шириной i. Начальными участками являются проходы между рабочими местами, оборудованием, рядами кресел, столами и т. п. 244 При определении расчетного времени длина и ширина каждого участка пути эвакуации принимаются по проекту. Длина пути по лестничным маршам, а также по пандусам измеряется по длине марша. Длина пути в дверном проеме принимается равной нулю. Проем, расположенный в стене, толщиной более 0,7 м, а также тамбур следует считать самостоятельным участком горизонтального пути, имеющим конечную длину li. Расчетное время эвакуации людей р следует определять как сумму времени движения людского потока по отдельным участкам пути i по формуле, мин р = 1+ 2+ 3 + ...+ i , (7.12) где 1, 2, ..., i  время движения людского потока на первом (начальном) и последующих участках движения людского потока, мин. Время движения людского потока по первому участку пути 1 вычисляют по формуле, мин τ1  l1 , v1 (7.13) где l1  длина первого участка пути, м; v1  скорость движения людского потока по горизонтальному пути на первом участке, м/мин, принимаемая по табл. 7.10 в зависимости от плотности людского потока D1. Плотность людского потока D1 на первом участке пути вычисляют по формуле, м2/м2 D1  N1  f , l1  δ1 (7.14) 245 где N1  число людей на первом участке, чел.; f  средняя площадь горизонтальной проекции человека, 2 м : взрослого в летней одежде  0,1; взрослого в зимней одежде  0,125; подростка  0,07; 1  ширина первого участка пути, м. Скорость движения людского потока vi на участках пути, следующих после первого, принимается по табл. 7.8 в зависимости от интенсивности движения людского потока. Интенсивность движения людского потока может быть рассчитана по формуле, м/мин или чел/мин qi  Di  vi . (7.15) Интенсивность движения не зависит от ширины потока и является функцией плотности людского потока. Значение интенсивности движения людского потока на первом участке пути q1 выбирается из табл. 7.8 по значению D1, найденному по формуле (7.10). Далее интенсивность движения потока вычисляют для всех последующих участков пути, в том числе и для дверных проемов, по формуле, м/мин или чел/мин: qi  qi 1δ i 1 , δi (7.16) где i, i-1  ширина рассматриваемого i участка и предшествующего ему i -1 участка пути, м; qi, qi-1  значения интенсивности движения людского потока по рассматриваемому i участку и предшествующему i-1 участкам пути, м/мин. 246 Если значение qi, определяемое по формуле (7.15), меньше или равно значению qmax, то время движения по участку пути i определяется по формуле τi  li . vi (7.17) При этом значение qmax следует принимать равным, м/мин:  для горизонтальных путей  16,5;  для дверных проемов  19,6;  для лестницы вниз  16,0;  для лестницы вверх  11,0. Если значение qi > qmax , то ширину i данного участка пути следует увеличить так, чтобы соблюдалось условие 247 Т аб л и ца 7 .8 Необходимое время эвакуации, мин, из производственных зданий I, II и III степени огнестойкости Объем помещения, тыс. м3 Категория производства до 15 30 40 50 60 и более А, Б, Е 0,5 0,75 1 1,5 1,75 В 1,25 2 2 2,5 3 Г, Д Не ограничивается Т аб л и ца 7 .9 Необходимое время эвакуации людей, мин, из общественных зданий I и II степени огнестойкости Необходимое время эвакуации, мин., при объеме помещения тыс. м3 Помещения Зрительные залы в театрах, клубах, домах культуры и др. залы с колосниковой сценой; торговые залы универсальных магазинов Зрительные, концертные, лекционные залы и залы собраний, выставочные и др. без колосниковой сцены (кинотеатры, крытые спортивные сооружения, цирки, столовые) 248 до 5 10 20 40 60 1,5 2 2,5 2,5 - 2 3 3,5 4 4,5 Т аб л и ца 7 .1 0 Значения скорости и интенсивности движения в зависимости от плотности людского потока Плотность людского потока D, м2/м2 Горизонтальный путь Дверной проем Лестница вниз Скорость v, м/мин Интенсивность q, м/мин Интенсивность q, м/мин Скорость v, м/мин 0,01 100 1 1 100 0,05 100 5 5 0,1 80 8 8,7 0,2 60 12 0,3 47 0,4 0,5 Лестница вверх ИнтенИнтенСкорость сивность q, сивность q, v, м/мин м/мин м/мин 1 60 0,6 100 5 60 3 95 9,5 53 5,3 13,4 68 13,6 40 8 14,1 16,5 52 15,6 32 9,6 40 16 18,4 40 16 26 10,4 33 16,5 19,6 31 15,6 22 11 0,6 27 16,2 19 24 14,4 18 10,8 0,7 23 16,l 18,5 18 12,6 15 10,5 0,8 19 15,2 17,3 13 10,4 13 10,4 0,9 и более 15 13,5 8,5 8 7,2 11 9,9 Пр и меча ни е . Табличное значение интенсивности движения в дверном проеме при плотности потока 0,9 и более, равное 8,5 м/мин, установлено для дверного проема шириной 1,6 м и более, а при дверном проеме меньшей ширины  интенсивность движения следует определять по формуле q  2,5  3,75δ . 249 qi  qmax . (7.18) При невозможности выполнения этого условия интенсивность и скорость движения людского потока по участку пути i определяют по табл. 7.8 при значении D = 0,9 и более. При слиянии в начале участка i двух и более людских потоков (рис. 7.5) интенсивность движения вычисляют по формуле qi  q δ i 1 i 1 δi , (7.19) где qi-1  интенсивность движения людских потоков, сливающихся в начале участка i, м/мин; i-1  ширина участков пути до слияния, м; i  ширина рассматриваемого i участка пути, м. Рис. 7.5. Схема слияния людских потоков 250 Если значение qi, определенное по формуле (7.18), больше qmax, то ширину i данного участка пути следует увеличить на такую величину, чтобы соблюдалось условие (7.17). В этом случае время движения по участку i определяется по формуле (7.16). Для обеспечения безопасной эвакуации людей необходимо, чтобы расчетное время было меньше необходимого времени эвакуации: τ p  τ нб , (7.20) где p – расчетное время эвакуации, мин; нб – необходимое время эвакуации, мин. Пример. Определить расчетное время эвакуации людей из зала универмага, расположенного на втором этаже. Здание II степени огнестойкости. Торговое оборудование расположено рядами. Расчетная схема представлена на рис. 7.6. Исходные данные для расчета приведены в табл. 7.11. Таблица 7.11 Исходные данные Характеристика Объем секции, м3 Площадь секции, Fсек., м2 Площадь под оборудование Fоб., м2 Ширина прохода на участке 1, 1, м Длина прохода на участке 1, l1, м Ширина лестничной клетки, л, м Длина лестничного марша lл , м Значение 1250 312 120 1,5 20 2,4 3,6 251 252 2 уч.4 2 уч.3 1,5 уч.2 2 1,5 уч.1 уч.6 2,4 1,5 2 20 4 2 Рис. 7.6. Расчетная схема эвакуации людей из зала универмага 26 253 Решение. 1. Путь эвакуации от наиболее удаленной от выхода точки до выхода наружу условно разделяем на восемь участков, в пределах которых ширина пути и интенсивность движения может быть принята неизменной. Людские потоки из проходов сливаются с потоком, двигающимся по сборному проходу, и направляются через лестничную клетку наружу. 2. Определяем возможное количество людей в торговом зале по формуле: F 312 N  секц   231, Fл 1,35 где Fсекц – площадь секции, м2 (табл. 7.4); Fл – площадь, занимаемая одним человеком, м2 (согласно СНиП принять 1,35 м2). 3. Средняя плотность людского потока: Dср  N f 231 0,125   0,15 , Fсекц  Fоб 312  120 где N – возможное количество людей в торговом зале; f – средняя площадь горизонтальной проекции человека, 2 м (принять: для взрослого человека в зимней одежде – 0,125 ); Fоб – площадь, занимаемая оборудованием, м2 (табл. 7.11). 3. Определяем время нахождения людей на каждом участке пути при эвакуации. Участок 1 (проход). а. Принимаем D1 = Dср. б. Значение интенсивности движения людского потока на первом участке пути q1 по горизонтальному пути определяем по табл. 7.1 в зависимости от плотности потока D1: q1 = 10 м/мин. в. Определяем v1 – значение скорости движения людского потока по горизонтальному пути на первом участке, в 254 зависимости от интенсивности движения людского потока на первом участке пути q1 по табл. 7.10: v1 = 70 м/мин. г. Определяем время движения людского потока по первому участку пути 1, мин τ1  l1 20   0,29 , v1 70 где l1 – длина первого участка пути, м (табл. 7.11); v1 – значение скорости движения людского потока на первом участке пути. Участок 2 (расширение пути). а. Определяем интенсивность движения людского потока, м/мин: q2  q1  δ1 10  1,5   3,75  4 , δ2 4 где q1 – интенсивность движения на участке 1; 1 – ширина прохода на участке 1 (табл. 7.11); 2 – ширина прохода на участке 2 рис. 7.6. б. Определяем v2 – значение скорости движения людского потока по горизонтальному пути на втором участке в зависимости от интенсивности движения людского потока на втором участке пути q2 по табл. 7.10: v2 =100 м/мин. в. Определяем время движения людского потока по второму участку пути 2, мин: τ2  l2 3,5   0,035 , v2 100 где l2  длина второго участка пути, м (рис. 7.6) 255 Участок 3 (слияние потоков). а. Определяем интенсивность движения людского потока: q3  q 2  δ 2  q1  δ1 4  4  10  1,5   7,75  8 , δ3 4 где 3  ширина третьего участка пути (рис. 7.6). б. Определяем v3 в зависимости от q3 по табл. 7.10: v3 = 80 м/мин. в. Определяем время движения людского потока по третьему участку пути 3, мин: τ3  l3 3,5   0,04 , v3 80 Участок 4 (слияние потоков). а. Определяем интенсивность движения людского потока: q4  q3  δ 3  q1  δ1 8  4  10 1,5   11,8  12 , δ4 4 где 4  ширина четвертого участка пути (рис. 7.6). б. Определяем v4 в зависимости от q4 по табл. 7.8: v4 = 60 м/мин. в. Определяем время движения людского потока по четвертому участку пути 4, мин 4  256 l 4 3,5   0,06 . v4 60 Примечание: при расчете всех участков необходимо следить за выполнением условия (7.18). Если значение qi станет больше qmax, то ширину i данного участка пути следует увеличить. Участок 5 (слияние потоков). Расчет участка 5, который включает в себы дверной проем, проводится аналогично расчету для участков 3 и 4 (слияние потоков). а. Определяем интенсивность движения людского потока q5  q 4   4  q1   1 5  12  4  10  1,5  31,5 . 2 q5  31,5  qmax  19,6 . Следовательно, необходимо увеличить ширину участка 5. Принимаем  5  4 м, Получили, что тогда q5  12  4  10  1,5  15,75  16 , 4 что меньше q max . б. Определяем v5 в зависимости от q5 по табл. 7.10: v5 = 40 м/мин. в. Определяем время движения людского потока 5 , мин. 5  l5 1,5   0,04 . v5 40 Так как дверной проем на лестничную клетку расположен в стене, имеющей толщину менее 0,7 м, то его длиной можно пренебречь. Участок 6 (лестница вниз). а. Определяем интенсивность движения людского потока, 257 q6  q5  δ 5 16  4   26,7 , δл 2,4 где л – ширина лестничной клетки, м (табл. 7.11). Так как q6  26,7  qmax  16 , то условие (7.18) не выполняется, следовательно, увеличиваем ширину лестничной клетки до 4 м. Тогда q6  16  4  16 м/мин. 4 б. Определяем v6 в зависимости от q6 по табл. 7.10 (лестница вниз): v6 = 40 м/мин. в. Определяем время движения людского потока 8, мин 6  l л 3,6   0,09 , v6 40 где lл – длина лестничного марша, м (табл. 7.11). г. Определяем расчетное время эвакуации людей из зала, мин  P   i  0,29  0,035  0,04  0,06  0,04  0,09  0,56 . д. Проверяем условие безопасности  p  0,56   нб . Из табл. 7.9 следует, что  нб  1,5 мин, следовательно, условие безопасности выполняется. Если бы условие безопасности не выполнялось, то проект нуждался бы в переработке. 258 7.5. Выбор типов и обоснование необходимого количества первичных средств пожаротушения Тушение пожара наиболее эффективно в его начальной стадии, и к тушению следует приступать сразу после возгорания, грамотно и быстро применяя первичные средства пожаротушения. Знание устройства, свойств первичных средств пожаротушения, умение правильно их выбирать и пользоваться ими необходимо всем как на производстве, так и в быту. При определении видов и расчета количества первичных средств пожаротушения следует учитывать физико-химические и пожароопасные свойства горючих веществ, их отношение к огнетушащим веществам, а также площадь производственных помещений, открытых площадок и установок. К первичным средствам пожаротушения относятся: – ручные и передвижные огнетушители; – вода (пригодна для тушения большинства легковоспламеняющихся и горючих веществ, ее нельзя применять для тушения ряда органических жидкостей и химических соединений, а также для подавления очага пожара на электроустановках, находящихся под напряжением); – песок (емкости для песка, входящие в конструкцию пожарного стенда, должны быть вместимостью не менее 0,1 м3);. – войлок, асбестовое полотно и др. (асбестовые полотна, грубошерстные ткани и войлок размером не менее 1х1 м предназначены для тушения небольших очагов пожаров при воспламенении веществ, горение которых не может происходить без доступа воздуха). Для размещения первичных средств пожаротушения в производственных и складских помещениях, а также на территории объектов должны оборудоваться щиты (пункты). Рассмотрим более подробно широко используемые огнетушители. 259 Огнетушители делятся на переносные (массой до 20 кг) и передвижные (массой не менее 20, но не более 400 кг). По виду применяемого огнетушащего вещества (ОТВ) огнетушители подразделяют на:  водные (ОВ);  пенные, которые, в свою очередь, делятся на воздушнопенные (ОВП) и химические пенные (ОХП); – порошковые (ОП); – газовые, которые подразделяются на углекислотные (ОУ) и хладоновые (ОХ); – комбинированные. По значению рабочего давления огнетушители подразделяют на огнетушители низкого давления (рабочее давление ниже или равно 2,5 МПа при температуре окружающей среды (20 ± 2) °С) и огнетушители высокого давления (рабочее давление выше 2,5 МПа при температуре окружающей среды (20 ± 2) °С). По назначению, в зависимости от вида заряженного ОТВ огнетушители подразделяют: – для тушения загорания твердых горючих веществ (класс пожара А); – для тушения загорания жидких горючих веществ (класс пожара В); – для тушения загорания газообразных веществ (класс пожара С); – для тушения загорания металлов (класс пожара Д); – для тушения электроустановок под напряжением (класс пожара Е). Огнетушители могут быть предназначены для тушения нескольких классов пожара. Огнетушащие порошки в зависимости от классов пожара, которые ими можно тушить, делятся на порошки типа АВСЕ, ВСЕ и Д. 260 В зависимости от назначения порошковые составы делятся на порошки общего назначения (типа АВСЕ, ВСЕ) и порошки специального назначения (которые тушат, как правило, не только пожар класса Д, но и пожары других классов). Комплектование технологического оборудования огнетушителями осуществляется согласно требованиям технических условий (паспортов) на это оборудование или соответствующим правилам пожарной безопасности. При определении видов и количества первичных средств пожаротушения следует учитывать физико-химические и пожароопасные свойства горючих веществ, их отношение к огнетушащим веществам, а также площадь производственных помещений, открытых площадок и установок. Выбор типа и расчет необходимого количества огнетушителей в защищаемом помещении или на объекте следует производить в зависимости от их огнетушащей способности, предельной площади, а также класса пожара горючих веществ и материалов: – класс А – пожары твердых веществ, в основном органического происхождения, горение которых сопровождается тлением (древесина, текстиль, бумага); – класс В – пожары горючих жидкостей или плавящихся твердых веществ; – класс С – пожары газов; – класс D – пожары металлов и их сплавов; – класс Е – пожары, связанные с горением электроустановок. Выбор типа огнетушителя (передвижной или ручной) обусловлен размерами возможных очагов пожара. При их значительных размерах необходимо использовать передвижные огнетушители. 261 Если возможны комбинированные очаги пожара, то предпочтение при выборе огнетушителя отдается более универсальному по области применения. Для предельной площади помещений разных категорий (максимальной площади, защищаемой одним или группой огнетушителей) необходимо предусматривать число огнетушителей одного из типов, указанное в табл. 7.12 и 7.13 перед знаком "++" или "+". Знаком "++" в таблицах обозначены рекомендуемые к оснащению объектов огнетушители, знаком "+" – огнетушители, применение которых допускается при отсутствии рекомендуемых и при соответствующем обосновании, знаком "–" – огнетушители, которые не допускаются для оснащения данных объектов. В замкнутых помещениях объемом не более 50 м3 для тушения пожаров вместо переносных огнетушителей или дополнительно к ним могут быть использованы огнетушители самосрабатывающие порошковые. При защите помещений ЭВМ, телефонных станций, музеев, архивов и т.д. следует учитывать специфику взаимодействия огнетушащих веществ с защищаемыми оборудованием, изделиями, материалами и т. п. Данные помещения следует оборудовать хладоновыми и углекислотными огнетушителями с учетом предельно допустимой концентрации огнетушащего вещества. Помещения, оборудованные автоматическими стационарными установками пожаротушения, обеспечиваются огнетушителями на 50%, исходя из их расчетного количества. Для размещения первичных средств пожаротушения, немеханизированного инструмента и пожарного инвентаря в производственных и складских помещениях, не оборудованных внутренним противопожарным водопроводом и автоматическими установками пожаротушения, а также на территории предприятий (организаций), не имеющих 262 наружного противопожарного водопровода, или при удалении зданий (сооружений), наружных технологических установок этих предприятий на расстояние более 100 м от наружных пожарных водоисточ- 263 Т абл и ца 7 .1 2 Нормы оснащения помещений ручными огнетушителями (извлечение из Правил пожарной безопасности в РФ) Категория Предельн Класс Пенные и Порошковые огнеХладоновые Углекислотные огнепомещения ая пожара водные тушители вместимостью огнетушители вместимостью защищае огнетушител и массой огнетушащего тушители и массой огнетушащего мая и вещества, л/кг вместимость вещества, л/кг площадь, вместимость ю 2 (3) л 2/2 5/4 10/9 2/2 5 (8)/3 (5) м2 ю 10 л А, Б, В 200 А 2 ++ – 2+ 1 ++ – – – (горючие В 4+ – 2+ 1 ++ 4+ – – газы и С – – 2+ 1 ++ 4+ – – жидкости) D – – 2+ 1 ++ – – – (Е) – – 2+ 1 ++ – – 2 ++ В 400 А 2 ++ 4+ 2 ++ 1+ – – 2+ D – – 2+ 1 ++ – – – (Е) – – 2 ++ 1+ 2+ 4+ 2 ++ Г 800 В 2+ – 2 ++ 1+ – – – С – 4+ 2 ++ 1+ – – – Г, Д 1800 А 2 ++ 4+ 2 ++ 1+ – – – D – – 2+ 1 ++ – – – (Е) – 2+ 2 ++ 1+ 2+ 4+ 2 ++ Общественн 800 А 4 ++ 8+ 4 ++ 2+ – – 4+ ые здания (Е) – – 4 ++ 2+ 4+ 4+ 2 ++ Пр и меча ни я. 1. Для тушения пожаров различных классов порошковые огнетушители должны иметь соответствующие заряды: для класса А – порошок АВС(Е); для классов В, С и (Е) – ВС(Е) или АВС(Е) и класса D – D. 264 2. Для порошковых огнетушителей и углекислотных огнетушителей приведена двойная маркировка: старая маркировка по вместимости корпуса, л, новая маркировка по массе огнетушащего состава, кг. Т абл и ца 7 .1 3 Нормы оснащения помещений передвижными огнетушителями (извлечение из Правил пожарной безопасности в РФ) Воздушнопенные Комбинированные Порошковые Углекислотные огнетушители огнетушители огнетушители огнетушители Категория Класс вместимостью вместимостью вместимостью вместимостью, л помещения пожара 100 л (пена, порошок), 100 л 25 80 100 л А, Б, В 500 А 1 ++ 1 ++ 1 ++ – 3+ (горючие газы В 2+ 1 ++ 1 ++ – 3+ и жидкости) С – 1+ 1 ++ – 3+ D – – 1 ++ – – (Е) – – 1+ 2+ 1 ++ В (кроме 800 А 1 ++ 1 ++ 1 ++ 4+ 2+ горючих газов В 2+ 1 ++ 1 ++ – 3+ и жидкостей), С – 1+ 1 ++ – 3+ Г D – – 1 ++ – – (Е) – – 1+ 1 ++ 1+ Пр и меча ни е . Для тушения очагов пожаров различных классов порошковые и комбинированные огнетушители должны иметь соответствующие заряды: для класса А – порошок АВС(Е); для класса В, С и (Е) – ВС(Е) или АВС(Е) и класса D – D. Предельная защищаемая площадь, м2 265 266 ников, должны оборудоваться пожарные щиты. Необходимое количество пожарных щитов и их тип определяются в зависимости от категории помещений, зданий (сооружений) и наружных технологических установок по взрывопожарной и пожарной опасности, предельной защищаемой площади одним пожарным щитом и класса пожара в соответствии с табл. 7.14. Т абл и ца 7 .1 4 Нормы оснащения зданий (сооружений) и территорий пожарными щитами (извлечение из Правил пожарной безопасности в РФ) Наименование функционального Предельная назначения помещений и категория защищаемая № помещений или наружных Класс Тип площадь одним п/п технологических установок по пожара щита пожарным взрывопожарной и пожарной щитом, м2 опасности 1 А, Б и В (горючие газы и жидкости) 200 А ЩП-А В (Е) ЩП-В ЩП-Е 2 В (твердые горючие вещества и 400 А ЩП-А материалы) Е ЩП-Е 3 ГиД 1800 А ЩП-А В ЩП-В Е ЩП-Е 4 Помещения и открытые площадки 1000 ЩП-СХ предприятий (организаций) по первичной переработке сельскохозяйственных культур 5 Помещения различного назначения А ЩПП при проведении сварочных или других огнеопасных работ Обо зна ч ени я : ЩП-А – щит пожарный для очагов пожара класса А; ЩП-В – щит пожарный для очагов пожара класса В; ЩП-Е – щит пожарный для очагов пожара класса Е; ЩП-СХ – щит пожарный для сельскохозяйственных предприятий; ЩПП – щит пожарный передвижной. 260 Пожарные щиты комплектуются первичными средствами пожаротушения, немеханизированным пожарным инструментом и инвентарем в соответствии с табл. 7.15. При использовании табл. 7.15 необходимо учесть, что для тушения пожаров различных классов порошковые огнетушители должны иметь соответствующие заряды, как сделано в пояснениях к табл. 7.12. Пример. Пусть категория производственного помещения  Б (по прил. 1 НПБ 105-95), автоматических стационарных установок и внутреннего противопожарного водопровода в наличии не имеется, защищаемая площадь  360 м2, класс пожара  В. Выбрать тип и рассчитать необходимое количество первичных средств пожаротушения. Решение. Поскольку в производственном помещении отсутствуют внутренний противопожарный водопровод и автоматические установки пожаротушения, для размещения первичных средств пожаротушения должны оборудоваться пожарные щиты, укомплектованные согласно табл. 7.15. Учитывая категорию производственного помещения по прил. 1 НПБ 105-95, защищаемую площадь, класс пожара при помощи табл. 7.13 выбираем требуемый тип пожарного щита и рассчитываем необходимое количество выбранных щитов. Используя информацию строки 1 табл. 7.13, получаем, что в рассматриваемом случае необходимо иметь 2 пожарных щита типа ЩП-В. 261 № п/п Т абл и ца 7 .1 5 Нормы комплектации пожарных щитов (извлечение из Правил пожарной безопасности в РФ) Наименование первичных Нормы комплектации в зависимости от средств пожаротушения, типа пожарного щита и класса немеханизированного пожара ЩП-А ЩП-В ЩП-Е инструмента и инвентаря ЩП-СХ ЩПП класс А класс В 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 262 Огнетушители:  воздушно-пенные (ОВП) 2+ вместимостью 10 л  порошковые (ОП) вместимостью и массой 1++2+ огнетушащего состава, л/кг (10/9, 5/4)  углекислотные (ОУ)  вместимостью и массой огнетушащего состава, л/кг (5/3) Лом 1 Багор 1 Крюк с деревянной  рукояткой Ведро 2 Комплект для резки электропроводов: ножницы,  диэлектрические боты и коврик Асбестовое полотно, грубошерстная ткань или  войлок Лопата штыковая 1 Лопата совковая 1 Вилы  Тележка для перевозки  оборудования Емкость для хранения воды 1 объемом: 0,2 м3 Ящик с песком  Насос ручной  Рукав Ду 18-20 длиной 5 м  класс Е 2+  2+ 2+ 1++2+ 1++2+ 1++2+ 1++2+  2+   1    1 1 1   1   1 - 2 1  1   1 1 1 1 1 1    1   1 1 1  1  1   1 1 1   1       1 1 16 17 Защитный экран 1,4 х 2 м Стойки для подвески экранов     6     6 Расчет необходимого количества модулей порошкового пожаротушения Расчёт необходимого для пожаротушения количества модулей следует производить в соответствии с рекомендациями НПБ 88-2001. В помещениях объемом свыше 400 м3, как правило, применяются способы пожаротушения – локальный по площади (объему) или по всей площади. Тушение защищаемого объема Тушение всего защищаемого объема помещения допускается предусматривать в помещениях со степенью негерметичности до 1,5%. Количество модулей N для защиты объема помещения можно определить по формуле N где VП  k1  k 2  k3  k 4 , VH (7.21) VП – объем защищаемого помещения, м3; VH – объем, защищаемый одним модулем выбранного типа, определяется по технической документации на модуль, м3; k1 = 1...1,2 – коэффициент неравномерности распыления порошка, при размещении насадок-распылителей на границе максимально допустимой (по документации на модуль) высоты k1 = 1,2; 263 k2 – коэффициент запаса, учитывающий затененность возможного очага загорания, зависящий от отношения площади, затененной оборудованием S3, к защищаемой площади S ЗП , и определяется как k 2  1  1,33 S3 S , при 3  0,15 . S ЗП S ЗП Площадь затенения определяется как площадь части защищаемого участка, где возможно образование очага возгорания, к которому движение порошка от насадкираспылителя по прямой линии преграждается непроницаемыми для порошка элементами конструкции. При S3 > S ЗП 0,15 рекомендуется установка дополнительных модулей непосредственно в затененной зоне или в положении, устраняющем затенение, при выполнении этого условия k 2 = 1; k3 – коэффициент, учитывающий изменение огнетушащей эффективности используемого порошка по отношению к горючему веществу в защищаемой зоне в сравнении с бензином А-76. Определяется по табл. 7.16; k4 – коэффициент, учитывающий степень негерметичности помещения: k 4  1  B  FНЕГ , F – отношение суммарной площади FП негерметичности (проемов, щелей) F к общей поверхности помещения FП ; где 264 FНЕГ  FНЕГ – площадь негерметичности в нижней части помещения; В  коэффициент, который для установок импульсного пожаротушения определяется по документации на модули и зависящий от площадей FНЕГ и F . Т абл и ца 7 .1 6 Коэффициент сравнительной эффективности огнетушащих порошков k3 при тушении различных веществ Порошки для тушения Горючее вещество пожаров класса В, С 1 Бензин А-76 1 0,9 2 Дизельное топливо 0,9 0,8 3 Трансформаторное масло 0,8 0,8 4 Бензол 1,1 1 5 Изопропанол 1,2 1,1 6 Древесина 1,0(2,0)  7 Резина 1,0(1,5)  Пр и меча ни е . В табл. 7.16 в скобках указаны значения коэффициента k3 Порошки для тушения пожаров класса А, В, С № п/п для установок только с ручным пуском. Пожаротушение по всей площади Количество модулей N, необходимое для пожаротушения по площади защищаемого помещения, определяется по формуле N S ЗП  k1  k 2  k 3  k 4 , SH (7.22) 265 где S ЗП – площадь защищаемого помещения, ограниченная ограждающими конструкциями, стенами, м2; SH – площадь, защищаемая одним модулем, определяется по документации на модуль, м2. Локальное пожаротушение по площади Локальная защита отдельных производственных зон и оборудования производится в помещениях со скоростями воздушных потоков не более 1,5 м/с. За расчетную зону локального пожаротушения принимается увеличенный на 10% размер защищаемой площади или увеличенный на 15% размер защищаемого объема. Расчет требуемого количества модулей ведется аналогично, как и при пожаротушении по всей площади. При этом принимается k4 = 1,3, но допускается принимать другие значения k4 , приведенные в документации на модуль или обоснованные в проекте. SH может В качестве приниматься площадь максимального ранга очага класса В, тушение которого обеспечивается данным модулем, м2. Пример. Требуется определить количество модулей порошкового пожаротушения МПП(Н)–6 (ТУ 4854–004– 00159158–02), необходимое для пожаротушения по площади защищаемого помещения. Класс пожара – А. Защищаемый от огня материал – древесина. Площадь защищаемого помещения S y – 40 м2. Оборудования, затеняющего защищаемую площадь, нет. 266 Решение. В формуле (7.22) известной является только величина S ЗП . Из входящего в комплект поставки модуля Руководства по эксплуатации МПП(Н)–6.00.00.000 РЭ берем значения: S H =10 м2 и k 4 =1,2. Значения коэффициентов k1 , k 2 , k 3 определяем по вышеприведенной методике: k1 =1,2 (приняли размещение насадок-распылителей на границе максимальной допустимой высоты); k 2 =1 (учли, что затеняющего оборудования нет); k 3 =2 (получено по табл. 7.12 с учетом сведений, взятых из заводской документации на модуль). Подставляя значения соответствующих величин в формулу (7.2), находим необходимое количество модулей МПП(Н)–6 N 40 1,2 1  2 1,2  5,76. 10 Получили дробное число модулей, требуемых к установке. За окончательный ответ принимаем следующее по порядку большее целое число, т.е. 6. 267 8. ОБЕСПЕЧЕНИЕ НОРМАТИВНЫХ САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ 8.1. Расчет искусственного освещения на рабочих местах Производственное освещение – это система устройств и мер, обеспечивающих благоприятную работу зрения человека и исключающая вредное или опасное влияние на него в процессе труда. Освещение на рабочих местах должно соответствовать требованиям нормативных документов [51,52]. Правильно спроектированное и выполненное производственное освещение обеспечивает возможность нормальной производственной деятельности, снижает производственный травматизм и заболеваемость. Плохо освещенные опасные зоны, слепящие источники света и блики от них, резкие тени ухудшают видимость, что может вызвать потерю ориентации работающих и привести к несчастному случаю. К освещению предъявляются следующие основные требования: – соответствие освещенности рабочих мест характеру зрительной работы; – равномерность распределения яркости по рабочей поверхности; – отсутствие резких теней на рабочих поверхностях; – постоянство освещенности во времени; – правильная цветопередача; – обеспечение электро-, взрыво- и пожаробезопасности; – экономичность эксплуатации. 268 Источниками света при искусственном освещеним могут быть газоразрядные (люминесцентные) лампы или лампы накаливания (ГРЛ и ЛН соответственно). Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение в них получается в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити. В газоразрядных лампах излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет явлений люминесценции, которая невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет. При выборе и сравнении источников света друг с другом пользуются следующими параметрами: – номинальное напряжение питания V, В; – электрическая мощность лампы P, Вт; – световой поток, излучаемый лампой F, лм; – максимальная сила света J, кд; – световая отдача   F/P, лм/Вт; – срок службы лампы; – спектральный состав света. Благодаря удобству в эксплуатации, простоте в изготовлении, низкой инерционности при включении, отсутствии дополнительных пусковых устройств, надежности работы при колебаниях напряжения и при различных метеорологических условиях окружающей среды лампы накаливания нашли широкое применение на производстве. Однако лампы накаливания имеют и существенные недостатки: низкая световая отдача ( ψ =7…20 лм/Вт), сравнительно малый срок службы (до 2,5 тыс. ч), в спектре преобладают желтые и красные лучи. Основным преимуществом газоразрядных ламп перед лампами накаливания является большая световая отдача 40… 110 лм/Вт. Они имеют значительно больший срок службы (до 8…12 тыс.ч). От газоразрядных ламп можно получить световой поток желаемого спектра, подбирая соответствующим 269 образом инертные газы, пары металлов, люминоформ. По спектральному составу видимого света различают лампы дневного света (ЛД), дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛЛД), холодного белого (ЛХБ), теплого белого (ЛТБ) и белого цвета (ЛБ). Обычно при выборе для производственных помещений источников света отдается предпочтение газоразрядным лампам, но выбор ламп накаливания тоже может быть обоснованным. Световой поток F ламп, являющийся их технической характеристикой, определяется для ламп накаливания по табл. 8.1 и для люминесцентных ламп по табл. 8.2. Т а б л и ц а 8.1 Технические данные ламп накаливания (ГОСТ 2239-70) Тип лампы В 215-255-25 Б 215-255-40 Б 215-225-60 Б 215-225-75 Б 215-225-100 Б 215-225-150 Б 215-225-200 Мощность, Вт 25 40 60 75 100 150 200 Световой поток, лм 230 415 715 950 1350 2100 2920 Световая отдача, лм/Вт 8,8 10,4 11,9 12,7 13,5 14,0 14,6 При размещении люминесцентных ламп, следует учитывать их размеры (табл. 8.3). Расчет искусственного освещения может производиться с различными целями в зависимости от исходных данных и особенностей производства. Обычно расчет сводится к решению одной из двух задач: – нахождению числа ламп и светильников заданного типа для определения требуемой освещенности на рабочем месте; 270 – определению фактической освещенности на рабочем месте при известных светильниках, числе, типе и мощности ламп. Т а б л и ц а 8.2 Характеристики люминесцентных ламп (ГОСТ 6825-70) Тип лампы Мощность, Вт ЛБ-20 ЛТБ-20 ЛХБ-20 ЛД- 20 ЛДЦ-20 ЛБ-40 ЛТБ-40 ЛХБ-40 ЛД-40 ЛДЦ-40 ЛБ-65 ЛТБ-65 ЛХБ-65 ЛД-65 ЛДЦ-65 ЛБ-80 ЛТБ-80 ЛХБ-80 ЛД-80 ЛДЦ-80 20 20 20 20 20 40 40 40 40 40 65 65 65 65 65 80 80 80 80 80 Световой поток, лм 1180 975 950 920 820 3000 2780 2780 2340 2100 4550 4200 4100 3570 3050 5220 4720 4600 4070 3560 Световая отдача, лм/Вт 59 48,7 47,5 46 41 75 69,5 69,5 58,5 52,5 70 64,4 63,1 54,9 46,9 65,2 59 57,5 50,9 44,5 Т а б л и ц а 8.3 Размеры люминесцентных ламп Мощность лампы, Вт 20 Длина лампы со штырем, мм 604 Диаметр ламп, мм 38 271 40 65 80 1213, 6 1514, 2 1514, 2 38 38 38 Расчет искусственного освещения в помещениях может производиться по различным методам, которые приведены ниже. Точечный метод Точечный метод расчета искусственного освещения позволяет определить освещенность конкретной точки поверхности при общем локализованном освещении. В основу точечного метода положено уравнение: ΕA  Ι  cos α , r2 (8.1) где EА – освещенность горизонтальной поверхности в рассматриваемой точке А, лк; Ι  _ сила света в направлении от источника к рассматриваемой точке А, кд; α _ угол между нормалью к поверхности, которой принадлежит точка А, и направлением вектора силы света в точку А; r _ расстояние от светильника до точки А, м. h Учитывая, что r  и вводя коэффициент запаса cos α k 3АП , получим cos 3 α ΕA  I  2 , h  k ЗАП 272 (8.2) где h – высота подвеса светильника над рассматриваемой поверхностью, м; k ЗАП – коэффициент запаса, связанный со старением лампы, загрязнением светильника. Для помещений с небольшим уровнем загрязнения коэффициент запаса принимается равным 1,3 для ламп накаливания и 1,5 для люминесцентных ламп. Метод светового потока (метод коэффициента использования светильника) Для расчёта общего равномерного освещения может использоваться метод светового потока, в соответствии с которым суммарный световой поток F, обеспечивающий требуемую освещенность, определяется по формуле, лм F  100 Ε H  S  Ζ  k ЗАП , η (8.3) где Ен – требуемая освещенность на рабочем месте, устанавливаемая по [51] в зависимости от разряда точности зрительной работы, от контраста объекта различения с фоном и от характеристики фона, лк; S – площадь помещения, м2; Z – коэффициент неравномерности освещения, зависящий от типа ламп, принимается равным в пределах 1,1…1,5;  – коэффициент использования светового потока, который показывает, какая часть светового потока ламп попадает на рабочую поверхность, %. Величина этого коэффициента зависит от типа светильника, коэффициента отражения стен ρ С , коэффициента отражения потолка ρ П и индекса помещения i . Индекс помещения определяется из выражения: 273 i A Б , ( А  Б )h (8.4) где Б и А – ширина и длина помещения, м; h – высота подъема светильника над рабочей поверхностью, м. Высоту h определяют из выражения: h  H  hP  hCB , (8.5) где Н – высота помещения, м; hP – высота рабочей поверхности, м; hCB – расстояние от потолка до светильника. Высота рабочей поверхности стола hP при работе сидя принимается равной 0,8 м, при работе стоя – 1 м. Расстояние от потолка до светильника для помещений высотой 3…4 м с целью исключения блескости принимают равным 0,3–0,5 м. Величину коэффициента использования светового потока  можно определить по табл. 8.4 или 8.5. Требуемое число ламп n выбранного типа и мощности может быть найдено по формуле n F , F1 (8.6) где F1 – световой поток одной лампы, определяемый для ламп накаливания по табл. 8.1 и для люминесцентных ламп по табл. 8.2. Метод удельной мощности осветительной установки Метод удельной мощности является наиболее простым, но и наименее точным. Удельной мощностью Р, Вт/м2, называется 274 отношение мощности осветительной установки к освещаемой площади S, м2. Данный метод позволяет определить мощность каждой лампы РЛ для создания в помещении нормируемой освещенности, Вт 275 Т а б л и ц а 8 .4 Коэффициенты использования светового потока светильников с люминесцентными лампами η, % Светильники ρП, % ρС , % 30 10 ОД 50 30 70 50 30 10 23 30 35 39 42 46 48 50 52 55 57 60 61 63 64 26 33 38 41 44 48 50 52 55 57 59 62 64 65 66 31 37 42 45 48 53 56 58 60 62 66 67 68 69 70 14 18 21 23 25 27 29 30 31 33 34 36 37 38 38 70 50 30 10 ЛСО 50 30 70 50 30 10 ОДР 50 30 70 50 25 28 31 34 37 42 45 47 49 51 53 55 58 60 61 26 27 29 31 33 37 38 41 42 45 47 50 52 53 55 28 29 31 33 35 38 40 42 45 46 48 49 52 55 58 32 33 35 37 38 42 44 47 49 50 52 54 55 57 60 Коэффициенты использования η, % i 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,1 1,25 1,5 1,75 2,0 2,25 3,0 3,5 4,0 5,0 ПВЛМ 50 30 16 20 23 25 27 29 30 31 33 34 35 36 38 39 40 19 22 25 27 29 31 32 34 35 36 37 40 40 41 42 20 22 24 26 27 31 33 35 38 40 42 45 46 47 49 22 23 25 28 30 34 36 37 39 41 43 45 47 50 53 ρП – коэффициент отражения потолка, ρС – коэффициент отражения стен, i – индекс помещения 276 Т а б л и ц а 8 .5 Коэффициенты использования светового потока светильников с лампами накаливания η, % Светильники ρП, % ρС , % «Астра» УПМ-15 30 50 70 10 30 50 30 10 17 23 30 34 37 39 41 51 58 62 64 21 25 29 33 38 40 46 54 61 64 66 НСП-07 70 50 ЛСП-01 30 10 50 30 70 50 23 30 35 39 42 44 50 55 60 63 64 26 33 38 41 44 46 52 57 62 65 66 31 37 42 45 48 49 56 60 66 68 70 Коэффициенты использования η, % i 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 50 30 ВЗГ-200 с отражателем 30 50 70 10 30 50 21 26 34 38 41 43 50 55 62 66 69 25 31 39 44 47 49 55 60 66 70 73 16 21 24 26 29 31 37 41 47 50 52 22 27 29 33 35 37 44 48 54 59 61 12 16 19 21 23 25 29 32 35 37 38 14 18 21 24 25 27 30 33 37 39 40 17 21 24 26 28 29 30 35 39 41 42 ρП – коэффициент отражения потолка, ρС – коэффициент отражения стен, i – индекс помещения 277 PЛ  РS , n (8.7) где п – число ламп в осветительной установке. Значения удельной мощности приводят в соответствующих справочных таблицах в зависимости от требуемой освещенности, площади помещения, высоты и типа светильника. Пример. Объект, для которого производятся светотехнические расчеты, представляет собой прямоугольное помещение высотой Н = 3 м, длиной А = 25 м, шириной Б = 8 м и высотой рабочей поверхности hP = 0,8 м. Требуется обеспечить в помещении общее равномерное освещение с заданной освещенностью ЕН = 500 лк на рабочей горизонтальной поверхности, т.е. требуется определить необходимое число светильников. Решение. Для решения задачи воспользуемся методом светового потока. Примем, что коэффициенты отражения потолка и стен составляют соответственно: ρ П = 70%, ρ C = 50%. Так как требуется обеспечить достаточно большую освещенность, то в качестве источников света выбираем люминесцентные лампы ЛД-80, установленные в двухламповые светильники типа ОДР. Найдем площадь освещаемого помещения, м2 S  25  8  200 . 277 Учитывая, что применяются люминесцентные лампы, примем коэффициенты: Z = 1,1 , k ЗАП = 1,5. Приняв расстояние свеса светильника hCB = 0,3 м, определим по формуле (8.4) индекс помещения i 25  8 i  3,19 , (25  8)  1,9 где по формуле (8.5) найдена высота подъема светильника над рабочей поверхностью, м: h  3  0,8  0,3  1,9 . По табл. 8.4 находим, что  = 0,54. Тогда по формуле (8.3) определяем требуемый световой поток, лм F 500  200  1,1  1,5  305600 . 0,54 Учитывая, что номинальный световой поток одной лампы ЛД-80 равен 4070 лм (табл. 8.2), по формуле (8.6) получаем требуемое число ламп n 305600  75,08 . 4070 К установке принимаем 76 ламп. С учетом принятия двухламповых светильников получаем требуемое число светильников m 278 76  38 2 Расчет обычно заканчивается разработкой схемы равномерного размещения светильников с обозначением всех размеров на плане помещения. 8.2. Расчет естественного освещения рабочих мест Помещения с постоянным пребыванием людей должны иметь, как правило, естественное освещение. Без естественного освещения допускается проектировать помещения только в соответствии с нормативными требованиями. Основным документом по нормированию производственного освещения является СНиП 23.05-95 [51]. Нормирование естественного освещения рабочих мест В качестве нормируемой величины для естественного освещения принята относительная величина – коэффициент естественной освещенности (КЕО), представляющая отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражений) EB , к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода EH . КЕО выражается в процентах и вычисляется по формуле: е ЕB 100% . EH (8.8) Нормирование естественного освещения осуществляется в зависимости от условий зрительной работы. В табл. 8.6 и 8.7 приведены нормативные значения КЕО для производственных помещений и для помещений жилых, общественных и административно-бытовых зданий. 279 Т а б л и ц а 8.6 Нормативные значения КЕО eН для помещений промышленных предприятий [51] e при верхнем Разряд Н Наименьший или Характеристика зрительн e при боковом размер объекта комбинированн Н зрительной работы ой освещении, % различения, мм ом освещении, работы % Наивысшей I Примечание 1 Примечание 1 точности Менее 0,15 Очень высокой точности Св. 0,15 до 0,3 II Примечание 1 Примечание 1 Высокой точности Св. 0,3 до 0,5 III Примечание 1 Примечание 1 Средней точности Св. 0,5 до 1,0 IV 4 1,5 Малой точности Св.1,0 до 5,0 V 3 1,0 Грубая (очень малой точности) Более 5,0 VI 3 1,0 Работа со светящимися материалами и предметами в горящих цехах Более 0,5 VII 3 1,0 – – VIII VIII 3 1 1,0 0,2 Общее наблюдение за производственым и процессами: постоянное периодическое 280 Общее наблюдение за инженерными коммуникациями – VIII 0,3 1 Пр и меча ни я. 1. В производственных помещениях со зрительной работой I…III разрядов следует устраивать совмещенное освещение. В этом случае требуемое значение КЕО равно 6% при верхнем или комбинированном освещении и 2% – при боковом. 2. В помещениях, предназначенных для работы или производственного обучения подростков, нормированное значение КЕО повышается на один разряд и должно быть не менее 1%. 3. Нормы освещенности следует повышать на одну ступень шкалы освещенности в следующих случаях:  при работах IIV разрядов, если зрительная работа выполняется более половины рабочего дня;  при повышенной опасности травматизма, если освещенность от системы общего освещения составляет 150 лк и менее (работа на дисковых пилах, гильотинных ножницах и т.п.);  при специальных повышенных санитарных требованиях (на предприятиях пищевой и химико-фармацевтической промышленности), если освещенность от системы общего освещения  500 лк и менее;  при работе или производственном обучении подростков, если освещенность от системы общего освещения 300 лк и менее;  при отсутствии в помещении естественного света и постоянном пребывании работающих, если освещенность от системы общего освещения 750 лк и менее;  при наблюдении деталей, вращающихся со скоростью, равной или более 500 об/мин, или объектов, движущихся со скоростью, равной или более 1,5 м/мин;  при постоянном поиске объектов различения на поверхности размером 0,1 м2 и более;  в помещениях, где более половины работающих старше 40 лет. При наличии одновременно нескольких признаков нормы освещенности следует повышать не более чем на одну ступень. 4. Нормы освещенности следует снижать на одну ступень шкалы освещенности:   для помещений, где выполняются работы IV VI разрядов; 281  при кратковременном пребывании людей;  при наличии оборудования, не требующего обслуживания. постоянного Т а б л и ц а 8.7 Нормативное значение КЕО eН для жилых, общественных и административно-бытовых зданий [51] НаименьХарактериРазряд ший размер стика зритеобъекта зрительной льной различения работы работы , мм Очень высокой точности 0,15…3,0 Высокой точности 0,3…0,5 Средней точности Более 0,5 А Б В Относительная Подраз- продолжительряд ность зрительной зритеработы при льной направлении работы зрения на рабочую поверхность, % 1 2 1 2 1 2 Не менее 70 Менее 70 Не менее 70 Менее 70 Не менее 70 Менее 70 eН , %, при верхнем или боковом комбиниосверованном щении освещении 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 2,0 1,5 1,2 1,0 0,7 0,5 0,5 Нормирование значения КЕО осуществляется не только при помощи табл. 8.6 и 8.7, но и с учетом географического расположения здания. Соответствующее географическое районирование территорий Российской Федерации приведено в табл. 8.8 Нормированные значения КЕО eN для зданий, располагаемых в различных географических районах, следует определять по формуле еN  eH  mN , 282 (8.9) где N – номер группы обеспеченности естественным светом, определяемый по табл. 8.3; eН – значение КЕО, полученное из табл. 8.6 или 8.7; mN – коэффициент светового климата, взятый из табл. 8.9. Т а б л и ц а 8 .8 Группы административных районов по ресурсам светового климата (извлечение из [51]) Номер группы Административный район Московская, Смоленская, Владимирская, Тульская, Рязанская, Нижегородская, Свердловская, Пермская, Челябинская, 1 Курганская, Новосибирская, Кемеровская области, Мордовия, Чувашия, Удмуртия, Башкортостан, Татарстан, Красноярский край (севернее 63о с.ш.), Республика Саха (Якутия севернее 63о с.ш.), Чукотский нац. округ, Хабаровский край (севернее 55 о с.ш.) Брянская, Курганская, Орловская, Белгородская, Воронежская, Липецкая, Тамбовская, Пензенская, Самарская, Ульяновская, Оренбургская, Саратовская Волгоградская области, Республика Коми, Кабардино-Балкарская Республика, Северо-Осетинская 2 Республика, Чеченская Республика, Ингушская Республика, ХантыМансийский национальный округ, Алтайский край, Красноярский край (южнее 65о с.ш.), Республика Саха (южнее 63о с.ш.), Республика Тыва, Бурятская Республика, Читинская область, Хабаровский край (южнее 55о с.ш.), Магаданская область Калининградская, Псковская, Новгородская, Тверская, 3 Ярославская, Ивановская, Ленинградская, Вологодская, Костромская, Кировская области, Карельская Республика, Ямало283 Ненецкий национальный округ, Ненецкий автономный округ Архангельская, Мурманская области. 4 Калмыцкая Республика, Ростовская, Астраханская области, 5 Ставропольский край, Дагестанская Республика, Амурская область, Приморский край Т а б л и ц а 8 .9 Значения коэффициентов светового климата m (извлечение из [51]) Световые проемы В наружных стенах зданий Ориентация Коэффициент светового климата, m N световых проемов по Номер группы административных районов N сторонам 1 2 3 4 5 горизонта С 1 0,9 1,1 1,2 0,8 СВ, СЗ 1 0,9 1,1 1,2 0,8 З, В 1 0,9 1,1 1.1 0,8 ЮВ, ЮЗ 1 0,85 1 1,1 0,8 Ю 1 0,85 1 1,1 0,75 В зенитных – 1 0,9 1,2 1,2 0,75 фонарях Пр и меча ни е . С – северное; СВ – северо-восточное; СЗ – северо-западное; В – восточное; З – западное; СЮ – север-юг; ВЗ – восток-запад; Ю – южное; ЮВ – юго-восточное; ЮЗ – юго-западное. Расчет естественного освещения для проектируемого производственного помещения При расчете естественного освещения проектируемого помещения обычно требуется определить размеры световых проемов для обеспечения требуемого значения КЕО еN , которое предварительно рассчитывается по формуле (8.9). При этом в качестве исходных данных для расчета принимаются следующие данные: 284 – нормативное значение КЕО eН для проведения работ определенной зрительной напряженности, характеризуемой разрядом точности зрительной работы (табл. 8.6 и 8.7); – площадь рассматриваемого помещения, определяемая с учетом планируемой численности рабочих и норм рабочей площади, приходящейся на одного рабочего; – вид системы естественного освещения (боковая, верхняя, комбинированная). Определение требуемой общей площади оконных проемов S O может быть осуществлено по формуле, м2 еN  K 3  η (8.10) K ЗД , 100  τ o  r где SП – общая площадь пола, м2; еN – нормированное значение КЕО при боковом освещении, рассчитываемая по формуле (8.9), %; τ O – общий коэффициент светопропускания в помещение, рассчитываемый из выражения SO  SП τ O  τ1  τ 2  τ 3  τ 4 ; (8.11) τ1 – коэффициент светопропускания оконного материала (табл. 8.10); τ 2 – коэффициент, учитывающий потери света в переплетах световых проемов (табл. 8.10); τ 3 – коэффициент, учитывающий потери света от несущих конструкций окон (при боковом освещении  3 = 1); τ 4 – коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах, при их отсутствии  4 = 1; 285 K З – коэффициент запаса, зависящий от уровня загрязнения производственного процесса: при малых и средних уровнях загрязнения он принимается в пределах 1,2…1,3; r – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхности помещения, определяемый по табл. 8.11;  – световая характеристика окон, определяемая по табл. 8.12; K ЗД – коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями и определяемый по табл. 8.13. Т а б л и ц а 8.10 Значения коэффициентов τ1 и τ2 Вид светопропускающего материала Стекло оконное листовое: одинарное двойное тройное Стекло витринное толщиной 6…8 мм Стекло листовое армированное Значение τ1 0,9 0,8 0,75 0,8 0,6 Вид переплета Деревянные: одинарные спаренные двойные раздельные Стальные открывающиеся: двойные одинарные Стальные глухие: двойные одинарные Значен ие τ2 0,75 0,7 0,6 0,8 0,9 0,8 0,9 Минимально необходимую ширину оконных проемов Ш можно определить если задаться стандартной высотой оконного проема hО , м 286 Ш SO . hО (8.12) Расчет естественного освещения для действующего производственного помещения Для правильной расстановки оборудования и распределения в помещении рабочих мест с различной степенью зрительТ а б л и ц а 8 .1 1 Значение коэффициента r при боковом одностороннем освещении Отношение Отношение Средневзвешенный коэффициент отражения глубины по- расстояния потолка, стен и пола мещения расчетной 0,5 0,4 0,3 Б к высоте точки от Отношение длины помещения к его глубине A Б от уровня наружной стены к условной рабочей по- глубине 2и 2и 2и верхности помещения 0,5 1 0,5 1 0,5 1 более более более до верха С Б окна Б h От 1 до 1,5 Более 1,5 до 2,5 0,1 0,5 1 0 0,3 0,5 0,7 1 1,05 1,4 2,1 1,05 1,3 1,85 2,25 3,8 1,05 1,3 1,9 1,05 1,2 1,6 2 3,3 1,05 1,2 1,5 1,05 1,1 1,3 1,7 2,4 1,05 1,2 1,8 1,05 1,2 1,5 1,7 2,8 1,05 1,15 1,6 1,05 1,15 1,35 1,6 2,4 1 1,1 1,3 1,05 1,1 1,2 1,3 1,8 1,05 1,1 1,4 1,05 1,15 1,3 1,55 2 1 1,1 1,3 1 1,1 1,2 1,35 1,8 1 1,1 1,2 1,05 1,05 1,1 1,2 1,5 287 Более 2,5 до 3,5 Более 5,5 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,15 1,2 1,35 1,6 2 2,6 3,6 5,3 7,2 1,2 1,4 1,75 2,4 3,4 4,6 6 7,4 9 10 1,05 1,1 1,15 1,25 1,45 1,75 2,2 3,1 4,2 5,4 1,15 1,3 1,5 2,1 2,9 3,8 4,7 5,8 7,1 7,3 1,05 1,05 1,1 1,2 1,3 1,45 1,7 2,4 3 4,3 1,1 1,2 1,3 1,8 2,5 3,1 3,7 4,7 5,6 5,7 1,05 1,1 1,15 1,2 1,35 1,6 1,9 2,4 2,9 3,6 1,1 1,2 1,4 1,6 2 2,4 2,9 3,4 4,3 5 1 1,1 1,1 1,15 1,25 1,45 1,7 2,2 2,45 3,1 1,1 1,15 1,3 1,4 1,8 2,1 2,6 2,9 3,6 4,1 1 1,05 1,1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,55 1,9 2,4 1,05 1,1 1,2 1,3 1,5 1,8 2 2,3 2,6 3 1 1,05 1,1 1,15 1,25 1,4 1,6 1,9 2,2 2,6 1,05 1,15 1,25 1,4 1,7 2 2,3 2,6 3 3,5 1 1,05 1,1 1,1 1,5 1,3 1,5 1,7 1,85 2,2 1,05 1,05 1,2 1,3 1,5 1,8 2 2,3 2,6 3 1 1,05 1,1 1,1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,7 1 1,05 1,1 1,2 1,3 1,5 1,7 1,9 2,1 2,5 ного напряжения необходимо аналитически определить КЕО в различных точках производственного помещения. Т а б л и ц а 8 .1 2 Значение световой характеристики η окон при боковом освещении Отношение длины помещения А к его ширине Б 4 и более 3 2 1,5 1,0 0,5 288 Отношение Б h 1 1,5 2 3 4 5 7,5 10 6,5 7,5 8,5 9,5 11 18 7 8 9 10,5 15 23 7,5 8,5 9,5 13 16 31 8 9,6 10,5 15 18 37 9 10 11,5 17 21 45 10 11 13 19 20 54 11 12,5 15 21 26,5 66 12,5 14 17 23 29 - Т а б л и ц а 8.13 Значение коэффициента затенения K ЗД Отношение расстояние между рассматриваемым и противостоящим зданиями ( P ) к высоте расположения карниза противостоящего здания над подоконником рассматриваемого окна ( H ЗД ) Р Н ЗД Коэффициент K ЗД 0,5 1,0 1,5 2,0 3 и более 1,7 1,4 1,2 1,1 1,0 При отсутствии противостоящих зданий и при одностороннем боковом освещении расчетное значение КЕО ePБ определяется по формуле: ePБ  Е Б  g  r  τO , KЗ (8.13) где Е Б – геометрический коэффициент естественной освещенности в расчетной точке при боковом освещении; g – коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба. Значения коэффициента приведены в табл. 8.14; τ, r , K З – коэффициенты, что и в выражении (8.10). Т а б л и ц а 8 .1 4 289 Значение коэффициента g Угловая высота середины светового проема над рабочей поверхностью, град Значение коэффициента g 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 0,75 0,80 0,86 0,94 0,96 1,00 1,04 1,08 1,12 1,16 1,18 Геометрический коэффициент естественной освещенности в расчетной точке при боковом освещении Е Б может быть определен с использованием графического метода А.М. Данилюка, подробно изложенного в нормативном документе [53]. Согласно этому методу небосвод разбивается на 10000 элементарных участков одинаковой световой активности, которые проектируются на фронтальную и горизонтальную поверхности. Затем определяют число лучей n1 , проходящих от небосвода через оконный проем по его высоте, и число лучей n2 , проходящих через оконный проем по его ширине. Тогда геометрический коэффициент естественной освещенности в расчетной точке при боковом освещении Е Б может быть определен по формуле Е Б  0,01 n1  n2 , (8.14) Подсчет числа лучей n1 и n2 осуществляется с помощью двух графиков А.С. Данилюка, изображенных на рис. 8.1 и 8.2. Каждый из графиков представляет собой проекцию числа лучей, соединяющих по высоте и ширине центр полусферы небосвода с элементарными участками. График, изображенный на рис. 8.3, используется при расчете геометрического 290 коэффициента естественной освещенности при верхнем освещении. При боковом освещении подсчет количества лучей n1 и n2 производится в следующем порядке: – график на рис. 8.1 накладывается на чертеж поперечного разреза помещения, при этом точка «0» центра графика совмещается с расчетной точкой, а нижняя горизонтальная линия графика – со следом рабочей поверхности (рис. 8.4); – по графику рис. 8.1 подсчитывается количество лучей n1 , проходящих через световые проемы; – отмечается номер полуокружности на графике рис. 8.1, которая проходит через середину оконного проема (рис. 8.4); – график рис. 8.2 накладывается на план помещения таким образом, чтобы его вертикальная ось и горизонталь, номер которой соответствует номеру полуокружности по графику рис. 8.1, проходили через точку «С» (если в помещении одно окно, то точка «С» лежит в середине ширины оконного проема); – по графику рис. 8.2 подсчитывается количество лучей n2 , проходящих через световые проемы (рис. 8.5); 291 Рис. 8.1. График I А.М. Данилюка 291 Рис. 8.2. График II А.М. Данилюка 292 Рис. 8.3. График III А.М. Данилюка 293 Уровень рабочей поверхности Рис. 8.4. Определение количества лучей n1 , проходящих через световые проемы, по графику рис. 8.1 (разрез помещения) Номер полуокружности по графику I (рис. 8.1) Рис. 8.5. Определение количества лучей n2 , проходящих через световые проемы, по графику рис. 8.2 (план помещения) 294 – определяется геометрический коэффициент естественной освещенности по формуле (8.14). Расчетные значения КЕО, полученные для различных точек характерного разреза помещения, позволяют построить кривую распределения КЕО. Условие достаточности естественного освещения имеет вид: eРБМИН  eN , (8.15) Б где eР МИН – расчетное значение КЕО в точке рабочей зоны, наиболее удаленной от оконного проема (при боковом одностороннем освещении); e N – нормированное значение КЕО для данного помещения, полученное по формуле (8.9). Расчет значения КЕО при верхнем освещении может быть проведен по формуле, В τ O ( E B  EОТР ) e  , KЗ B Р (8.16) B E – геометрический коэффициент естественной где освещенности в расчетной точке при верхнем освещении; B EОТР – коэффициент, учитывающий увеличение освещенности при верхнем освещении за счет света, отраженного от внутренних поверхностей помещения (может быть принят равным 0,2); τ O – общий коэффициент светопропускания светового проема, рассчитываемый по формуле (8.11); K З – коэффициент запаса, то же, что и в формуле (8.10). 295 Геометрический коэффициент естественной освещенности в какой-либо точке помещения при верхнем освещении может быть определен по формуле Е B  0,01  n2  n3 , (8.17) где n3 – количество лучей по графику рис. 8.3, проходящих от неба в расчетную точку через световые проемы на поперечном разрезе помещения; n 2 – количество лучей по графику рис. 8.2, проходящих от неба в расчетную точку через световые проемы на продольном разрезе помещения (в случае нескольких световых проемов n 2 и n3 определяются отдельно для каждого проема, а затем их произведения ( n2  n3 ) суммируются). Подсчет количества лучей по графикам, изображенным на рис. 8.2 и 8.3, производится в следующем порядке: – график рис. 8.3 накладывается на чертеж поперечного разреза помещения, центр графика «О» совмещается с расчетной точкой «Б», а нижняя линия графика – со следом рабочей поверхности; – подсчитывается количество лучей n3 , проходящих от неба в расчетную точку Б через световые проем (рис. 8.6); – отмечается номер полуокружности графика на рис. 8.3, которая проходит через точку «С» – середину светового проема; – график рис. 8.2 накладывается на чертеж продольного разреза помещения таким образом, чтобы его вертикальная ось и горизонталь, номер которой соответствует номеру полуокружности по графику рис. 8.3, проходили через точку «С», как показано на рис. 8.7; – подсчитывается количество лучей n 2 по графику рис. 8.2, проходящих от неба через световые проемы. 296 Рис. 8.6. Определение по графику, изображенному на рис. 8.3, количества лучей n3 , проходящих через световые проемы при верхнем освещении Номер полуокружнос ти по графику III Рис. 8.7. Определение по графику, изображенному на рис. 8.2, количества лучей n 2 , проходящих через световые проемы при верхнем освещении 297 Затем находится геометрический коэффициент естественной освещенности по формуле (8.17) и КЕО по формуле (8.16). Расчет значения КЕО при комбинированном освещении помещения При комбинированном, т.е. при верхнем и боковом освещении, КЕО определяется по формуле: eРK  eРБ  eРВ , Б Р где e рассчитывается по формуле (8.13), муле (8.16). (8.18) e В Р – по фор- Пример 1. Для производственного помещения шириной Б = 4 м и высотой Н = 4 м требуется определить нормированное значение КЕО e N . Здание находится в г. Пенза и световыми проемами ориентировано на юг. Освещение осуществляется через зенитные фонари. В помещении проводятся работы высокой точности с наименьшим размером объекта различения 0,4 мм. Решение. Для производственного помещения по табл. 8.6 находим, что для наших условий соответствует III разряд зрительной работы. С учетом примечания 1 к табл. 8.6 находим нормативное значение КЕО eH = 6%. По табл. 8.8 определяем для Пензенской области номер группы административного района по ресурсам светового климата  N = 2. Тогда значение коэффициента светового климата m N для наших условий в соответствии с табл. 8.9 будет равно 0,9. 298 По формуле (8.9) рассчитываем нормированное значение КЕО eN  6  0,9  5,4% . Пример 2. Определить необходимые геометрические размеры боковых оконных проемов в цехе проектируемого предприятия, размеры которого приведены в вышеприведенном примере, при планируемой численности работников ЧР = 200 чел. Нормируемая площадь рабочей поверхности на одного работника составляет S P = 6 м2. Остальные исходные данные также взять из вышеприведенного примера. Расстояние между проектируемым и существующими противостоящими зданиями составляет Р = 15 метров. Высота карниза существующего здания над подоконником проектируемого окна составляет H ЗД = 7 м. Расчетная точка находится на расстоянии 3 м от оконных проемов. Светопропускающим материалом является оконное стекло в деревянных двойных раздельных переплетах. Средневзвешенный коэффициент отражения потолка, стен и пола принять равным r = 0,5. Решение. Определим проектируемого помещения необходимую площадь пола SП , м, и длину помещения А, м: SП  ЧР  SP  200  6  1200 м2 ; A  S П 1200   300 м. Б 4 По табл. 8.6 находим, что нормативное значение КЕО соответствует для бокового освещения eH = 2%. 299 По табл. 8.9 находим значение коэффициента светового климата m N =0,85. По формуле (8.9) рассчитываем нормированное значение КЕО: eN  2  0,85  1,7% . Рассчитаем по формуле (8.11) общий коэффициент светопропускания в помещение: τ O  0,8  0,7  1  1  0,56 , где принято: τ1 = 0,8; τ 2 = 0,7; τ 3 = 1; τ 4 = 1, т.к. светозащитные устройства в здании не используются. KЗ Коэффициент запаса в соответствии с рекомендациями к формуле (8.10) принимаем равным 1,3. Значение коэффициента r по табл. 8.11 составит 1,35, при этом предварительно было определено: – отношение длины помещения А к его глубине Б А 300   75 ; Б 4 – отношение глубины помещения Б к высоте h, взятой от уровня условной рабочей поверхности ( hP  0,8 ) до верха окна ( hO  3,8 ) Б 4   1,3 , h 3 где h  hO  hP  3,8  0,8  3,0 м; 300 – отношение расстояния расчетной точки от наружной стены ( C  3 м) к глубине помещения C 3   0,75 . Б 4 По табл. 8.12 найдем, что световая характеристика окон η  7. Коэффициент затенения в соответствии с табл. 8.13 составит K ЗД = 1,1 при условии, что P 15   2,1 . H ЗД 7 Подставляя полученные выше значения величин в формулу (8.10), определим требуемую общую площадь оконных проемов, м2 S O  1200 1,7  1,3  7 1,1  270 . 100  0,56  1,35 Принимая высоту окна равной 2,0 м, по формуле (8.12) найдем минимально необходимую суммарную ширину оконных проемов, м Ш 270  135 . 2 8.3. Расчет звукопоглощающих облицовок В гигиенической практике под шумом понимают любой мешающий звук. Звуком называются колебания частиц упругой среды, частоты которых лежат в области восприятия 301 человеческим слухом. Эта область приблизительно ограничена пределами от 20 до 20000 Гц. Шум, распространяющийся по воздуху, может оказывать вредное влияние на людей. Особенно подвержены воздействию шума рабочие строительных специальностей. Превышение предельно допустимого уровня шума на рабочих местах является основанием отнесения условий труда к вредному или опасному классу [54]. Для существенного снижения шума на пути его распространения устраивают звукоизолирующие преграды в виде стен, перегородок, перекрытий, специальных звукоизолирующих кожухов и экранов. Облицовка внутренних поверхностей производственных помещений звукопоглощающими материалами обеспечивает значительное снижение шума. Звукопоглощающие облицовки размещают на потолке и верхних частях стен. Максимальное звукопоглощение достигается при облицовке не менее 60% общей площади ограждающих поверхностей помещения. При проведении расчетов, связанных с снижением шума на рабочих местах, используется ряд акустических характеристик помещения: постоянная помещения В; эквивалентная площадь звукопоглощения А; средний коэффициент звукопоглощения . Постоянную помещения В акустически необработанного помещения определяют по формуле: B  B1000  μ 1000 , (8.18) где B1000  постоянная помещения на среднегеометрической частоте 1000 Гц, м2. Определяется по табл. 8.15 в зависимости от объема помещения V , м3; μ 1000  частотный множитель, определяемый по табл. 8.16 для частоты 1000 Гц. 302 При известной постоянной помещения В для каждой октавной полосы можно вычислить эквивалентную площадь звукопоглощения, м2 A B B 1 S , (8.19) где S – общая суммарная площадь ограждающих поверхностей помещения, м2. Т абл и ца 8 .1 5 Значения постоянной помещения B1000 Характеристика помещения С небольшим количеством людей (цеха заводов ЭБИ, металлообработки, вентиляционной камеры и т. д.) С жесткой мебелью и большим числом людей или с небольшим числом людей и мягкой мебелью (лаборатории, ткацкие, деревообрабатывающие цеха, кабинеты и т. д.) С большим числом людей и мягкой мебелью (комнаты управлений, залы ресторанов, магазинов, вокзалов, игральные залы, жилые помещения) Помещения со звукопоглощающей облицовкой потолка и части стен B1000 , м2 V 20 V 10 V 6 V 1,5 Т абл и ца 8 .1 6 Значения частотного множителя μ для помещений различных объемов Объем помещения Частотный множитель μ на среднегеометрических частотах октавных полос, Гц 303 V , м3 Менее 200 От 200 до 1000 Свыше 1000 63 125 0,8 0,75 0,65 0,62 0,5 0,5 250 0,7 0,64 0,55 500 0,8 0,75 0,7 1000 1 1 1 2000 1,4 1,5 1,6 4000 1,8 2,4 3 8000 2,5 4,2 6 Зона отраженного звука определяется величиной предельного радиуса r , т. е. расстоянием от источника шума, ПР на котором уровень звукового давления отраженного звука равен уровню звукового давления прямого звука, излучаемого данным источником. Если в помещении находится несколько одинаковых источников шума, предельный радиус может быть определен по формуле, rПР  0,2 B8000 , n (8.20) где B8000  постоянная помещения на среднегеометрической частоте 8000 Гц, м2 B8000  B1000  μ 8000 ; (8.21) n  число одинаковых источников шума; μ 8000  частотный множитель, определяемый по табл. 8.16 для частоты 8000 Гц. Максимальное снижение уровня звукового давления L в каждой октавной полосе при применении звукопоглощающих покрытий в расчетной точке, расположенной в зоне отраженного звука, определяется по формуле, дБ  B'  L  10  lg   , B 304 (8.22) где B '  постоянная помещения после установки в нем звукопоглащающих конструкций, м2. Постоянная помещения B ' в акустически обработанном помещении определяется по зависимости, м2 B'  A1  A , 1  α1 (8.23) где A1  эквивалентная площадь звукопоглощения поверхностями, не занятыми звукопоглощающей облицовкой, м2 A1  αS  S ОБЛ  ; (8.24) α  средний коэффициент звукопоглощения акустически 1 обработанного помещения α1  A1  A ; S (8.25) α  средний коэффициент звукопоглощения в помещении до его акустической обработки α B ; BS (8.26)  общая суммарная площадь ограждающих S поверхностей помещения, м2; A  величина суммарного добавочного поглощения, вносимого конструкцией звукопоглощающей облицовки или штучными поглотителями, м2 305 A  α ОБЛ  S ОБЛ  AЭП  nП ; (8.27) α ОБЛ  реверберационный коэффициент звукопоглощения конструкции облицовки; S ОБЛ  площадь облицованных поверхностей, м2; AЭЛ  эквивалентная площадь звукопоглощения одного штучного звукопоглотителя, м2; nП  число штучных поглотителей. Пример. Оценить эффективность применения акустической обработки помещения цеха точечной сварки арматурных каркасов. Размеры цеха 51070 м. В цехе установлено 16 многоточечных сварочных автоматов для сборки арматуры сеток. Расчетная точка удалена от ближайшего станка на r = 2,0 м. Решение. Объем помещения цеха составит, м3 V  5  10  70  3500 . Площадь ограждающих конструкций помещения цеха будет, м2 S  2  5  70  2  10  70  2  5  10  2200 . Максимальное звукопоглощение достигается при облицовке не менее 60% общей площади ограждающих поверхностей помещения, т.е. должна быть облицована поверхность, м2 306 S ОБЛ  0,6  2200  1320 . Определим (8.20), м предельный rПР  0,2 радиус, используя формулу 1050  1,62 , 16 где согласно формуле (8.21) имеем, м2 B8000  B1000   8000  175  6  1050 . V 3500   175 получено 20 20 табл. 8.15, μ 8000  6 взято из табл. 8.16. Здесь B1000  с использованием Принимаем, что расчетная точка должна находиться на расстоянии r  rПР от ближайшего станка, т. е. в зоне отраженного звука. По результатам натурных измерений имеем уровни звукового давления в расчетной точке (на рабочем месте оператора сварочного автомата), которые приведены в табл. 8.17. Т абл и ца 8 .1 7 Уровни звукового давления на рабочем месте и требуемое снижение уровня шума Среднегеометрические частоты, Гц Уровни звукового давления, дБ Допустимые уровни 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 74 76 88 88 87 92 78 75 99 92 86 83 80 78 76 74 307 звукового давления, дБ по ГОСТ 12.1.003-83* Требуемое снижение уровня шума, дБ - - 2 5 7 4 2 1 Анализ спектра уровней звукового давления на рабочем месте показал, что звукопоглощающая конструкция должна иметь высокий коэффициент звукопоглощения на частотах 1000…8000 Гц. Для акустической обработки арматурного цеха выберем плиты марки ПА/С минераловатные акустические размером 500500 мм с отделкой «набрызгом» (ТУ 21-24-60-74). Реверберационный коэффициент звукопоглощения  ОБЛ в октавных полосах для этих плит приведен в табл. 8.18. Т абл и ца 8 .1 8 Значение реверберационного коэффициента плит ПА/С Марка звукопоглощающей конструкции 63 125 250 500 1000 2000 4000 8009 α ОБЛ 0,02 0,05 0,21 0,66 0,91 0,95 0,89 0,7 Для определения ожидаемого снижения уровней звукового давления на рабочих местах в октавных полосах L составим табл. 8.19. В этой таблице значения частотного коэффициента µ на разных частотах спектра выбирались по табл. 8.16 в зависимости от объема помещения. Величина В1000 определялась по табл. 8.15 в зависимости от характеристик помещения. Расчет параметра В для помещения объемом 3500 м3 при разных частотах спектра определялась по формуле 308 (8.18), α  по формуле (8.26), α ОБЛ  по табл. (8.26), A  по формуле (8.27), A1  по формуле (8.24), α1  по формуле (8.25), B '  по формуле (8.23), L  по формуле (8.22). Т абл и ца 8 .1 9 Результаты расчета уровня звукового давления при использовании звукопоглощающей облицовки Величина µ 63 0,5 B1000 , м2 175 Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц 125 250 500 1000 2000 4000 0,5 0,55 0,7 1 1,6 3 8000 6 175 175 175 175 175 175 175 B,м S B/S 87,5 87,5 2200 2200 0,034 0,034 96,2 2200 0,044 122,5 2200 0,056 175 2200 0,080 280 2200 0,127 525 2200 0,239 1050 2200 0,477 B 1 S 1,034 1,034 1,044 1,056 1,080 1,127 1,239 1,477 A , м2 α 84,6 84,6 0,038 0,038 92,1 0,042 116,0 0,053 162,0 0,074 248,4 0,113 423,7 0,193 710,9 0,323 α ОБЛ 0,02 0,05 0,21 0,66 0,91 0,95 0,89 0,70 26,4 66,0 277,2 871,2 1201,2 1254,0 1174,8 924,0 33,44 33,44 36,96 46,64 65,12 99,44 169,84 284,24 59,84 99,44 314,16 917,84 0,027 0,045 0,143 0,417 0,576 0,615 0,611 0,549 0,973 0,955 0,857 0,583 0,424 0,385 0,389 0,451 2 A , м A , м2 2 1 A  A , 1 м2 α 1 1 α 1 B ' , м2 B' 1266,32 1353,44 1344,64 1208,24 61,50 104,13 366,58 1574,34 2986,60 3515,43 3456,66 2679,02 0,703 1,190 3,811 12,852 17,066 12,555 6,584 2,551 5,810 11,090 12,321 10,988 8,185 4,067 B L , дБ - 0,755 309 Все значения рассчитанных величин сведены в табл. 8.19. Как видно из данных расчета, приведенного в табл. 8.19, использование для акустической обработки арматурного цеха звукопоглощающих плит марки ПА/С обеспечивает снижение уровней отраженного звука в расчетной точке от 2 до 12 дБ на частотах 250…8000 Гц, а уровни звукового давления на рабочих местах не превышают допустимых величин. 8.4. Виброизоляция рабочих мест Вибрация является одним из основных вредных производственных факторов, часто встречающимся в строительстве и других отраслях народного хозяйства. Превышение предельно допустимого уровня (ПДУ) вибрации на рабочих местах является основанием отнесения условий труда к вредному или опасному классу в соответствии с санитарными нормами [55]. По способу передачи на человека различают вибрацию общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передающуюся через руки человека. Вибрация, передающаяся на ноги сидящего человека и на предплечья, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих столов, относится к локальной вибрации. В инженерной практике часто приходится разрабатывать мероприятия по уменьшению вибрации на путях ее распространения от источника вибрации. Существует множество методов вибрационной защиты, с которыми можно ознакомиться в специальной литературе [2, 57, 58]. К ним относятся: виброизоляция, виброгасящие основания, динамические гасители и вибропоглотители. 310 Эффективным способом борьбы с вибрацией на производстве является виброизоляция в сочетании с виброгасящими основаниями [57, 58]. Эффективность виброизоляции оценивается коэффициентом передачи , который показывает, какая часть динамической силы, возбуждающей систему, передается через виброизоляторы на основание: μ FO K  x ;  F F (8.28) где F – динамическая сила, возбуждающая систему, Н; FO  динамическая сила, передаваемая на основание через виброизоляторы, Н; K  жесткость виброизолятора, Н/м; x – амплитуда виброперемещения, м. Количество поглощаемой виброизоляторами энергии будет зависеть от соотношения частоты возбуждения f и собственной частоты колебаний системы f O . При этом снижение передаваемых динамических нагрузок будет только при выполнении условия f 2. fO (8.29) Собственная частота колебаний системы определяется выражением [58], Гц fO  1 2π K 1  m 2π Kg 5 ,  Q λ CT (8.30) где m – масса изолируемого от вибрации объекта, кг; 311 g  9,81 м/с2 – ускорение свободного падения; Q – силовая нагрузка на виброизоляторы, Н; λ CT – статическая пределах закона Гука  CT  деформация виброизоляторов (в Q ), см. K Если известен тип механического оборудования, которое создает вибрацию, то для обоснования выбора и расчета изоляторов может быть задана требуемая акустическая эффективность виброизоляции (табл. 8.20). Т абл и ца 8 .2 0 Требуемая акустическая эффективность виброизоляции [9] L , Дб Оборудование Центробежные компрессоры Поршневые компрессоры, виброплощадки Центробежные насосы Вентиляторы с числом оборотов в минуту более 800 500…800 350…500 34 17…26 26 26 20…26 17…20 Акустическая эффективность виброизоляции L связана с коэффициентом передачи  следующим соотношением, дБ 1 L  20  lg   . μ (8.31) В качестве виброизоляционных наиболее часто используют упругие материалы: стальные пружины, резину и др. Пружинные виброизоляторы обладают высокой виброизолирующей способностью и долговечностью, однако 312 они плохо рассеивают энергию колебаний, и поэтому затухание происходит через 15…20 периодов. Резиновые виброизоляторы следует применять, когда необходимо уменьшить время затухания собственных колебаний и амплитуды колебаний в резонансных режимах. Они позволяют обеспечить виброизоляцию с коэффициентом μ 1 и ниже при частоте вынужденных колебаний от 20 Гц и 5 более. Эффективность работы виброизоляторов будет зависеть от свойств применяемой резины. Для некоторых типов резин эти свойства приведены в табл. 8.21. Т абл и ца 8 .2 1 Основные характеристики резины [57] Марка резины Динамический модуль упругости E Д , МПа 3311 2959 112А 1992 2462 2566 2,5 6,3 6,0 10,0 17,0 3,8 Статический модуль упругости E СТ , Па 160 300 440 370 520 240 Коэффициент неупругого сопротивления  0,038 0,14 0,16 0,19 0,31 0,11 Для обеспечения устойчивой работы резиновых виброизоляторов необходимо, чтобы они были выполнены в виде коротких элементов, у которых высота Н и поперечный размер А отвечают условию H  обеспечивается необходимая A . Только при этом условии 4 статическая осадка 313 виброизолятора и достаточно низкое значение частоты собственных колебаний виброизолированной системы. Требуемая общая площадь поперечного сечения виброизоляторов S , м2, и рабочая высота каждого виброизолятора H P , м, могут быть рассчитаны по формулам: S HP  Q , σ EД  S K (8.32) , (8.33) где Q – общий вес виброизолированной установки, Н; σ – расчетное статическое напряжение в резине, Па; E Д – динамический модуль упругости резины, Па; K – требуемая суммарная жесткость виброизоляторов в вертикальном направлении, которая может быть определена по формуле, Н/м K 4  π 2  f О2  Q . g (8.34) Если пренебречь затуханием в виброизоляторах, то коэффициент передачи μ может быть рассчитан по формуле μ 1 . f 2 ( ) 1 fO (8.35) Зная коэффициент передачи и виброскорость от источника вибрации V , можно определить реальную виброскорость на рабочем месте и сравнить ее с допустимым по нормативным 314 документам [55] значением виброскорости VДОП . Необходимо, чтобы выполнялось условие μ  V  V ДОП . (8.36) Пример. Рассчитать пассивную виброизоляцию рабочего места оператора бетоносмесительного узла (БСУ). На рабочем месте оператора максимальное значение виброскорости по данным измерений составляет 10 мм/с на частоте 31,5 Гц. Пульт управления оператора БСУ массой 30 кг расположен на стальной плите габаритными размерами 1,11,10,015 м. Плотность стали ρ  7800 кг/м3. Решение. Масса плиты составит, кг, mПЛ  VПЛ  ρ  0,01815  7800  141,6 . Здесь V ПЛ  объем плиты, м3 VПЛ  1,1  1,1  0.015  0,01815 . Общий вес пульта управления, стальной плиты и человека на плите составит, Н Q  (mПУ  mПЛ  mЧ )  g  (30  141,6  80)  9,81  2468 , где средняя масса человека (оператора) mЧ принята равной 80 кг. Для виброизоляции рабочего места оператора БСУ в качестве виброизоляционного материала выберем резину на 315 каучуковой основе № 3311 (табл. 8.20) с твердостью по ГОСТ 263-75*, для которой σ  3  10 5 Па и динамический модуль упругости равен E Д  2,5 МПа. Определим по формуле (8.32) общую требуемую площадь поперечного сечения всех виброизоляторов S , м2 S 2468  0,00823 . 300000 Принимаем, что плита будет опираться на четыре резиновых виброизолятора. Тогда площадь в поперечном сечении каждого виброизолятора составит, м2 S1  S 0,00823   0,00206 . n 4 Собственная частота колебаний системы в соответствии с формулой (8.30) составит, Гц fO  5 λ CT  5 0,4  7,91 . Здесь в соответствии с рекомендациями [55] для изоляторов виброплощадок значение λ CT может быть принято в пределах 0,3…0,5 см. Суммарную жесткость виброизоляторов в вертикальном направлении определим по формуле (8.34), Н/м K 316 4  3,14 2  7,912  2468 9,81  621000 . Расчетная высота виброизоляторов (высота демпфируемой части) может быть определена по формуле (8.33), м HP  2,5  10 6  0,00823  0,0331 . 621000 Принимаем к установке виброизоляторы высотой H P  3,5 см. Сечение каждого виброизолятора принимаем в виде квадрата со стороной А, равной 4,6 см. Тогда реальная площадь поперечного сечения каждого виброизолятора будет S P  A  A  0,046  0,046  0,002116 м2. Резиновые виброизоляторы сохраняют устойчивость на опрокидывание при выполнении условий H P  A  1,5  H P , где A – диаметр или сторона квадрата изолятора. В нашем случае имеем 3,31 < А = 4,6 < 4,97, т.е. выбранные виброизоляторы сохраняют устойчивость от опрокидывания в процессе эксплуатации. Определим полную высоту изолятора с учетом высоты участков его крепления, м H  HP  A 0,046  0,035   0,04075 . 8 8 Найдем фактическую жесткость резиновых виброизоляторов принятых геометрических размеров, Н/м K E Д  S1  n H  2,5  10 6  0,002116  4  519300 . 0,04075 Фактическая частота собственных колебаний виброизолированного рабочего места оператора БСУ при использовании формулы (8.30) составит, Гц 317 fO  1 2π Kg 1 519300  9,81   7,23 . Q 2  3,14 2468 Определим коэффициент передачи принятых виброизоляторов для нашей рабочей частоты (31,5 Гц) по формуле (8.35) μ 1 1  . 31,5 2 18 ( ) 1 7,23 Расчетное значение виброскорости виброизолированного рабочего места оператора составит, м/с VO  μ  V  1  0,01  0,00056 , 18 что является ниже допустимой гигиенической нормы виброскорости V ДОП = 0,002 м/с [55]. Следовательно, применение предлагаемых резиновых виброизоляторов обеспечит необходимую защиту оператора от вредного воздействия вибрации. 318 9. ОЦЕНКА ТЯЖЕСТИ И НАПРЯЖЕННОСТИ ТРУДОВОГО ПРОЦЕССА 9.1. Оценка тяжести трудового процесса Физические нагрузки требуют как статической, так и динамической работы мышц. Динамическая работа связана с движением, перемещением; статическая работа – с удержанием мышечного напряжения без совершения каких-либо движений. Физическая нагрузка может быть общей (задействовано большинство мышц организма) и региональной (задействованы преимущественно мышцы соответствующих конечностей). Чрезмерные физические усилия могут стать причиной переутомления, потери работоспособности, различных заболеваний. В строительстве и других сферах деятельности актуальной является задача определения класса условий труда в зависимости от тяжести трудового процесса. Тяжесть трудового процесса оценивают в соответствии с нормативным документом [59]. Уровни факторов тяжести труда выражены в эргометрических величинах, характеризующих трудовой процесс, независимо от индивидуальных особенностей человека, участвующего в этом процессе. Основными показателями тяжести трудового процесса являются: – физическая динамическая нагрузка; – масса поднимаемого и перемещаемого груза вручную; 319 – стереотипные рабочие движения; – статическая нагрузка; – рабочая поза; – наклоны корпуса; – перемещение в пространстве. Каждый из указанных факторов трудового процесса для количественного измерения и оценки требует своего подхода и используется для определения класса условий труда по табл. 9.1. Т абл и ца 9 .1 Классы условий труда по показателям тяжести трудового процесса Классы условий труда оптималь допустим вредный ный ый (тяжелый труд) Показатели тяжести трудового (легкая (средняя процесса физичес- физическа 1 степени 2 степени кая я нагрузка) нагрузка) 1 2 3.1 3.2 1.Физическая динамическая нагрузка (единицы внешней механической работы за смену, кгּм) 320 1.1. При региональной нагрузке (с преимущественным участием мышц рук и плечевого пояса) при перемещении груза на расстояние до 1 м: для мужчин для женщин 1.2. При общей нагрузке (с участием мышц рук, корпуса, ног): 1.2.1. При перемещении груза на расстояние от 1 до 5 м для мужчин для женщин 1.2.2. При перемещении груза на расстояние более 5 м для мужчин для женщин До 2500 До 1500 До 5000 До 3000 До 7000 До 4000 Более 7000 Более 4000 До 12500 До7500 До 25000 До 15000 До 35000 Более 35000 До25000 Более 25000 До 24000 До 14000 До 46000 До 28000 До70000 Более 70000 До 40000 Более 40000 Пр о до л же н и е та б л. 9 .1 Классы условий труда оптималь допустим вредный ный ый (тяжелый труд) Показатели тяжести трудового (легкая (средняя процесса физичес- физическа 1 степени 2 степени кая я нагрузка) нагрузка) 1 2 3.1 3.2 2. Масса поднимаемого и перемещаемого груза вручную, кг 2.1. Подъем и перемещение (разовое) тяжести при чередовании с другой работой (до 2 раз в час): для мужчин До 15 До 30 До 35 Более 35 для женщин До 5 До 10 До 12 Более 12 321 2.2. Подъем и перемещение (разовое) тяжести постоянно в течение рабочей смены: для мужчин До 5 До 15 До 20 Более 20 для женщин До 3 До 7 До 10 Более 10 2.3. Суммарная масса грузов, перемещаемых в течение каждого часа смены: 2.3.1. С рабочей поверхности: для мужчин До 250 До 870 До 1500 Более 1500 для женщин До 100 До 350 До 700 Более 700 2.3.2. С пола для мужчин До 100 До 435 До 600 Более 600 для женщин До 50 До 175 До 350 Более 350 3. Стереотипные рабочие движения (количество за смену) 3.1. При локальной нагрузке (с участием мышц кистей и пальцев рук) До 20000 До 40000 До 60000 Более 60000 3.2. При региональной нагрузке (при работе с преимущественным участием мышц рук и плечевого пояса) До 10000 До 20000 До 30000 Более 30000 Пр о до л же н и е та б л. 9 .1 Классы условий труда допустимый вредный оптималь (средняя (тяжелый труд) Показатели ный физическая 1 степени 2 степени тяжести трудового нагрузка) процесса 1 2 3.1 3.2 4. Статическая нагрузка – величина статической нагрузки за смену при удержании груза, приложении усилий, кгсс 322 4.1. Одной рукой: для мужчин для женщин 4.2. Двумя руками: для мужчин для женщин 4.3. С участием мышц корпуса и ног: для мужчин для женщин 5. Рабочая поза 5.1. Рабочая поза До 18000 До 11000 До 36000 До 22000 До 70000 До 42000 Более 70000 Более 42000 До 36000 До 22000 До 70000 До 42000 До 140000 До 84000 Более 140000 Более 84000 До 43000 До 26000 До 100000 До 60000 До 200000 До 120000 Более 200000 Более 120000 Свободна я, удобная поза, возможно сть смены рабочего положени я тела (сидя, стоя). Нахожден ие в позе стоя до 40% времени смены Периодическое, до 25% времени смены нахождение в неудобной (работа с поворотом туловища, неудобным размещением конечностей) и/или фиксированной позе (невозможность изменения взаимного положения различных частей тела относительно друг друга). Нахождение в позе стоя до 60% времени Периодическ ое, до 50% времени смены, нахождение в неудобной и/или фиксированн ой позе; пребывание в вынужденной позе (на коленях, на корточках и т. п.) до 25% времени смены. Нахождение в позе стоя до 80% времени смены Периодическое , более 50% времени смены нахождение в неудобной и/или фиксированной позе; пребывание в вынужденной позе (на коленях, на корточках и т.п.) более 25% времени смены. Нахождение в позе стоя более 80% времени смены 323 Око н ча н ие та б л. 9 .1 Классы условий труда оптималь вредный Показатели ный допустимый (тяжелый труд) тяжести (легкая (средняя трудового физичесфизическая 1 степени 2 степени процесса кая нагрузка) нагрузка) 1 2 3.1 3.2 6. Наклоны корпуса 6.1. Наклоны корпуса (вынужденны До 50 51–100 101–300 Свыше 300 е более 30˚), количество за смену 7. Перемещение в пространстве, обусловленные технологическим процессом, км 7.1. По горизонтали До 4 До 8 До 12 Более 12 7.2. По вертикали До 2 До 4 До 8 Более 8 Оценка тяжести трудового процесса по физической динамической нагрузке Для подсчета физической динамической нагрузки (внешней механической работы) определяется масса груза, перемещаемого вручную в каждой операции, и путь его перемещения в метрах. Подсчитывается общее количество операций по переносу груза за смену и суммируется величина внешней механической работы, кгּм, за смену в целом. По величине внешней механической работы за смену в зависимости от вида нагрузки (региональная или общая) и расстояния перемещения груза определяют, к какому классу условий труда относится данная 324 работа. Если расстояние перемещения груза разное, то суммарная механическая работа сопоставляется со средним расстоянием перемещения. Пример. Рабочий (мужчина) занимается контролем деталей, используемых в строительстве. В процессе работы он поворачивается, берет с конвейера деталь (масса 2,5 кг), перемещает ее на свой рабочий стол (расстояние 0,8 м), выполняет необходимые операции, перемещает деталь обратно на конвейер и берет следующую. Всего за смену рабочий обрабатывает 1100 деталей. Решение. Для расчета внешней механической работы вес деталей умножаем на расстояние перемещения и еще на 2, т.к. каждую деталь рабочий перемещает дважды (на стол и обратно), а затем на количество деталей за смену. Итого: 2,5 кг  0,8 м  2  1100 = 4400 кгм. Работа региональная, расстояние перемещения груза до 1 м, следовательно, по показателю 1.1 (табл. 9.1) работа относится ко 2 классу условий труда. Оценка тяжести трудового процесса по массе поднимаемого и перемещаемого груза вручную Для определения массы груза, кг, (поднимаемого или переносимого рабочими на протяжении смены, постоянно или при чередовании с другой работой) его взвешивают на товарных весах. Регистрируется только максимальная величина. Массу груза можно также определить по документам. Для определения суммарной массы груза, перемещаемого в течение каждого часа смены, масса всех грузов суммируется, а если переносимый груз одной массы, то эта масса умножается на число подъемов или перемещений в течение каждого часа. 325 Пример. Оценить тяжесть трудового процесса по массе поднимаемого и перемещаемого груза вручную. Исходные данные взять из предыдущего примера. Решение. Масса груза 2,5 кг, следовательно, по п. 2.2 (табл. 9.1) условия труда можно отнести к 1 классу. За смену рабочий поднимает 1100 деталей, по 2 раза каждую. В час он перемещает 138 деталей (1100 деталей  8 часов). Каждую деталь рабочий берет в руки 2 раза, следовательно, суммарная масса груза, перемещаемая в течение каждого часа смены, составляет 690 кг (1382,5 кг2). Груз перемещается с рабочей поверхности, поэтому эту работу по п. 2.3 (табл. 9.1) можно отнести ко 2 классу условий труда. Оценка тяжести трудового процесса по стереотипным рабочим движениям Понятие «рабочее движение» в данном случае подразумевает движение элементарное, т.е. однократное перемещение тела или части тела из одного положения в другое. Работы, для которых характерны локальные движения, как правило, выполняются в быстром темпе (60…250 движений в минуту), и за смену количество движений может достигать нескольких десятков тысяч. Поскольку при этих работах темп, т.е. количество движений в единицу времени, практически не меняется, то, подсчитав, вручную или с применением какоголибо автоматического счетчика число движений за 10…15 минут, рассчитываем число движений в 1 минуту, а затем умножаем на число минут, в течение которых выполняется эта работа. Время выполнения работы определяем путем хронометражных наблюдений или по фотографии рабочего дня. 326 Число движений выработке. можно определить также по дневной Пример. Оценить тяжесть трудового процесса маляра по стереотипным рабочим движениям (количество за смену), если маляр выполняет около 110 движений большой амплитуды в минуту. Всего основная работа занимает 65% рабочего времени, т.е. 312 минут. Решение. Маляр за смену совершает 312110 = 34320 движений, что по п. 3.2 (табл. 9.1) позволяет отнести работу к классу 3.2 (вредные условия труда второй степени). Для такой работы требуется улучшение условий труда. Оценка тяжести трудового процесса по статической нагрузке Статическая нагрузка, связанная с поддержанием человеком груза или приложением усилия без перемещения тела или его отдельных звеньев, рассчитывается путем перемножения двух параметров: величины удерживаемого усилия и времени его удерживания. В производственных условиях статические усилия встречаются в двух видах: удержание обрабатываемого изделия (инструмента) и прижим обрабатываемого инструмента (изделия) к обрабатываемому изделию (инструменту). Пример. Оценить тяжесть трудового процесса маляра (женщины) по статической нагрузке, когда она при окраске удерживает в руке краскопульт весом 1,7 кгс в течение 80% времени смены. 327 Решение. Время удержания краскопульта в течение смены составляет 23040 секунд. Величина статической нагрузки будет составлять 1,7 кгс23040 с = 39168 кгсс. Работа по п. 4 табл. 9.1 должна быть отнесена к классу 3.1. Оценка тяжести трудового процесса по наклонам корпуса Число наклонов за смену определяется путем их прямого подсчета или определением их количества за одну операцию и умножается на число операций за смену. Глубина наклонов корпуса (в градусах) измеряется с помощью любого простого приспособления для измерения углов (например, транспортира). Пример. Для того чтобы взять детали из контейнера, стоящего на полу, работница совершает за смену до 90 глубоких наклонов (более 30°). По показателю 6.1 труд относится к классу 2 (табл. 9.1). Оценка тяжести трудового процесса по перемещению в пространстве В данном случае учитываются переходы, обусловленные технологическим процессом в течение смены по горизонтали или вертикали – по лестницам, коридорам и др., км. Самый простой способ определения этой величины – с помощью шагомера, который можно поместить в карман работающего или закрепить на его поясе, определить количество шагов за смену (во время регламентированных перерывов и обеденного перерыва шагомер снимать). Количество шагов за смену умножить на длину шага (мужской шаг в производственной обстановке в среднем равняется 0,6 м, а женский – 0,5 м) и полученную величину выразить в км. 328 Пример. По показателям шагомера работник (мужчина) делает по горизонтальной поверхности около 11000 шагов за смену. Проходимое работником расстояние составляет 110000,6 м = 6,6 км. По показателю 7.1 тяжесть труда относится ко второму классу (табл. 9.1). Оценка тяжести трудового процесса по рабочей позе Характер рабочей позы (свободная, неудобная, фиксированная, вынужденная) определяется визуально. Время пребывания в вынужденной позе, позе с наклоном корпуса или другой рабочей позе определяется на основании хронометражных данных за смену. Пример. Оператор неразрушающего контроля строительных конструкций около 40% рабочего времени проводит в фиксированной позе – работает с приборами. По пункту 5.1 его работу можно отнести к классу 3.1 (табл. 9.1). Общая оценка тяжести трудового процесса Общая оценка тяжести трудового процесса проводится на основе всех приведенных выше показателей. При этом в начале устанавливается класс по каждому измеренному показателю. Окончательная оценка тяжести труда устанавливается по наиболее чувствительному показателю, отнесенному к наибольшему классу. При наличии двух и более показателей класса 3.1 общая оценка устанавливается на одну степень выше. Пример. Работник вручную, в позе стоя (до 75% времени смены) контролирует качество осмотром и укладывает 329 облицовочную плитку со стола в лотки. Одновременно берет 2 плитки (в каждой руке по плитке) массой 0,3 кг каждая (одноразовый подъем груза составляет 0,6 кг) и переносит на расстояние 1 м. За смену он укладывает 11000 плиток. При переносе со стола в лоток работник удерживает плитки в течение трех секунд. Лотки, в которые укладывают плитки, стоят в контейнерах, и при укладке в нижние ряды работник вынужден совершать глубокие (более 30°) наклоны, число которых достигает 240 за смену. Решение. Проведем расчеты, используя табл. 9.1 и нумеруя пункты в соответствии с обозначениями строчек этой таблицы: п. 1.1. – физическая динамическая нагрузка составит: 0,6 кг1 м11000/2 = 3300 кгм – класс 2; п. 2.2 – масса одноразового подъема груза: 0,6 кг – класс 1; п. 2.3 – суммарная масса груза: в течение каждого часа смены она составляет – 0,6 кг5500 = 3300 кг, разделив на 8 часов работы в смену, получим 412,5 кг – класс 2; п. 3.2 – стереотипные движения (региональная нагрузка на мышцы рук и плечевого пояса): количество движений при укладке плитки за смену достигает 11002 = 22000 – класс 3.1; п. 4.1 – 4.2 – статическая нагрузка одной рукой: 0,3 кг3 с = 0,9 кгс, так как плитка удерживается в течение 3 секунд. Статическая нагрузка за смену одной рукой 0,9 кгс5500 = 49500 кгс, двумя руками – 9900 кгс – класс 1; п. 5 – наклоны корпуса: за смену число наклонов составляет 240 – класс 3.1; п. 6 – перемещение в пространстве: работник в основном стоит на месте, перемещения незначительные, до 2 км за смену – класс 1. п. 7 – рабочая поза: рабочий стоит от 60% до 80% времени смены – класс 3.1; 330 Из 9 показателей, характеризующих тяжесть труда, 3 относятся к классу 3.1. Учитываем, что при наличии 2 и более показателей класса 3.1, общая оценка повышается на одну степень. Поэтому окончательная оценка тяжести трудового процесса работника должна быть отнесена к классу 3.2. 9.2. Оценка напряженности трудового процесса Напряжённость труда – характеристика трудового процесса, отражающая нагрузку преимущественно на центральную нервную систему, органы чувств, эмоциональную сферу работника. К факторам, характеризующим напряженность труда, относятся: интеллектуальные, сенсорные, эмоциональные нагрузки, степень монотонности нагрузок, режим работы. Напряженность трудового процесса оценивают в соответствии с рекомендациями Руководства Р 2.2.755-99 [59]. Сама оценка основана на анализе трудовой деятельности и ее структуры, которые изучаются путем хронометражных наблюдений в динамике всего рабочего дня, в течение не менее одной недели. Анализ основан на учете всего комплекса производственных факторов (стимулов, раздражителей), создающих предпосылки для возникновения неблагоприятных нервно-эмоциональных состояний (перенапряжения). Все факторы (показатели) трудового процесса имеют качественную или количественную выраженность и сгруппированы по видам нагрузок, которые рассмотрены ниже. Оценка нагрузки интеллектуального характера 1. Содержание работы. Данный показатель указывает на степень сложности выполнения задания: от решения простых задач до творческой деятельности с решением сложных заданий при отсутствии 331 алгоритма. Например, наиболее простые задачи решают штукатуры (1 класс условий труда), а деятельность требующая решения простых задач, но уже с выбором (по инструкции) характерна для электриков, медицинских сестер, телефонистов, телеграфистов и т.п. (2 класс). Сложные задачи, решаемые по известному алгоритму (работа по серии инструкций), имеют место в работе руководителей, производителей работ, мастеров, водителей транспортных средств, и др. (класс 3.1). Наиболее сложная по содержанию работа, требующая эвристической деятельности, установлена у научных работников, конструкторов, архитекторов и др. (класс 3.2). 2. Восприятие сигналов (информации) и их оценка. По данному фактору трудового процесса восприятие сигналов с последующей коррекцией действий и выполняемых операций относится ко 2 классу (работа маляра, лаборантская работа). Восприятие сигналов с последующим сопоставлением фактических значений параметров с их номинальными требуемыми уровнями отмечается в работе медсестер, мастеров, крановщиков, телефонистов и телеграфистов и др. (класс 3.1). В том случае, когда трудовая деятельность требует восприятия сигналов с последующей комплексной оценкой всех производственных параметров, то труд по напряженности относится к классу 3.2 (руководители предприятий, водители транспортных средств, производители работ, конструкторы, врачи, научные работники, электромонтажники, механики некоторых видов оборудования и т. д.). 3. Распределение функций по степени сложности задания. Трудовая деятельность характеризуется распределением функций между работниками. Соответственно, чем больше возложено функций на работника, тем выше напряженность его труда. Так, трудовая деятельность, содержащая простые функции, направленные на обработку и выполнение конкретного задания, не приводит к значительной напряженности труда. Примером такой деятельности является работа лаборанта (класс 1). 332 Напряженность возрастает, когда осуществляется обработка, выполнение с последующей проверкой выполнения задания (класс 2), что характерно для таких профессий, как медицинские сестры, телефонисты и т. п. Обработка, проверка и, кроме того, контроль за выполнением задания указывает на большую степень сложности выполняемых функций работником, и, соответственно, в большей степени проявляется напряженность труда (мастера, телеграфисты, конструкторы, водители транспортных средств – класс 3.1). Наиболее сложная функция – это предварительная подготовительная работа с последующим распределением заданий другим лицам (класс 3.2), которая характерна для таких профессий, как руководители строительных и многих других предприятий, научные работники, бригадиры и т. п. 4. Характер выполняемой работы. Когда работа выполняется по индивидуальному плану, уровень напряженности труда невысок (1 класс – лаборанты). Если работа протекает по строго установленному графику с возможной его коррекцией по мере необходимости, то напряженность повышается (2 класс – медсестры, телефонисты, телеграфисты и др.). Еще большая напряженность труда характерна, когда работа выполняется в условиях дефицита времени (класс 3.1 – мастера, научные работники, конструкторы). Наибольшей напряженностью (класс 3.2) характеризуется работа в условиях дефицита времени и информации. При этом отмечается высокая ответственность за конечный результат работы (руководители предприятий, водители транспортных средств). Подробнее оценку нагрузки интеллектуального характера можно посмотреть в табл. 4.11.9 руководства Р 2.2.755-99 [59]. Оценка сенсорных нагрузок 1. Длительность сосредоточенного наблюдения (в % от времени смены). 333 Чем больше процент времени отводится в течение смены на сосредоточенное наблюдение, тем выше напряженность. Общее время рабочей смены при этом принимается за 100%. Например, наибольшая длительность сосредоточенного наблюдения за ходом технологического процесса отмечается у операторских профессий: диспетчеры, водители транспортных средств (более 75% смены – класс 3.2). Несколько ниже значение этого параметра (51–75%) установлено у врачей (класс 3.1). От 26 до 50% значения этого показателя колеблются у мастеров строительных предприятий (2 класс). Самый низкий уровень этого показателя наблюдается у руководителей предприятия, научных работников, конструкторов (1 класс – до 25% от общего времени смены). 2. Плотность сигналов (световых, звуковых) и сообщений в среднем за 1 ч работы. Количество воспринимаемых и передаваемых сигналов (сообщений, распоряжений) позволяет оценивать занятость, специфику деятельности работника. Чем больше число поступающих и передаваемых сигналов или сообщений, тем выше информационная нагрузка, приводящая к возрастанию напряженности. По форме (или способу) предъявления информации сигналы могут подаваться со специальных устройств (световые, звуковые сигнальные устройства, шкалы приборов, таблицы, графики и диаграммы, символы, текст, формулы и т. д.) и при речевом сообщении. Например, наибольшее число связей и сигналов с наземными службами и экипажами самолетов отмечается у авиадиспетчеров – более 300 (класс 3.2). Производственная деятельность водителя во время управления транспортными средствами несколько ниже – в среднем около 200 сигналов в течение часа (класс 3.1). У медицинских сестер и врачей реанимационных отделений (срочный вызов к больному, сигнализация с мониторов о состоянии больного) – 2 класс. Наименьшее число сигналов и сообщений характерно для таких профессий, как лаборанты, руководители, мастера, научные работники, конструкторы – 1 класс. 334 3. Число производственных объектов одновременного наблюдения. С увеличением числа объектов одновременного наблюдения возрастает напряженность труда. Например, для операторского вида деятельности объектами одновременного наблюдения или восприятия служат различные звуковые сигналы, табло, индикаторы, дисплеи, органы управления, клавиатура и т. п. Наибольшее число объектов одновременного наблюдения установлено у авиадиспетчеров – 13, что соответствует классу 3.1, несколько ниже это число у водителей автотранспортных средств (2 класс). До 5 объектов одновременного наблюдения отмечается у мастеров, руководителей, конструкторов и др. (1 класс) 4. Размер объекта различения при длительности сосредоточенного внимания (% от времени смены). Чем меньше размер рассматриваемого предмета и чем продолжительнее время наблюдения, тем выше нагрузка на зрительный анализатор. Соответственно, возрастает класс напряженности труда. Класс условий труда по напряженности определяют исходя из размера объекта различения (при расстоянии от глаз до объекта различения не более 0,5 м) в мм при длительности сосредоточенного наблюдения (% времени смены):  более 5 мм 100% смены – класс 1;  5…1,1 мм более 50% смены – класс 2;  1…0,3 мм до 50% смены – класс 2;  менее 0,3 мм до 25% смены – класс 2;  1…0,3 мм более 50% смены – класс 3.1;  менее 0,3 мм 25…50% смены – класс 3.1;  менее 0,3 мм более 50% смены – класс 3.2. 5. Работа с оптическими приборами при длительности сосредоточенного наблюдения (% от времени смены). На основе хронометражных наблюдений определяется время (часы, минуты) работы с оптическим прибором. 335 Продолжительность рабочего дня принимается за 100%, а время фиксированного взгляда с использованием прибора переводится в проценты – чем больше процент времени, тем больше нагрузка, приводящая к развитию напряжения зрительного анализатора. Класс условий труда устанавливается:  наблюдение продолжительностью до 25% смены – класс 1;  наблюдение продолжительностью от 25 до 50% смены – класс 2;  наблюдение продолжительностью от 51 до 75% смены – класс 3.1;  наблюдение продолжительностью более 75% смены – класс 3.2. 6. Наблюдение за экраном видеотерминала (ч в смену). Согласно этому показателю фиксируется время (ч, мин) непосредственной работы пользователя ВДТ с экраном дисплея в течение всего рабочего дня при вводе данных, редактировании текста или программ, чтении буквенной, цифровой, графической информации с экрана. Чем длительнее время фиксации взора на экран пользователя ВДТ, тем больше нагрузка на зрительный анализатор и тем выше напряженность труда. Класс условий труда при буквенно-цифровом типе отображения информации определяется:  при наблюдении продолжительностью до 2 часов – класс 1;  при наблюдении продолжительностью от 2 до 3 часов – класс 2;  при наблюдении продолжительностью от 3 до 4 часов – класс 3.1;  при наблюдении продолжительностью более 4 часов – класс 3.2. Класс условий труда при графическом типе отображения информации устанавливается: 336  при наблюдении продолжительностью до 3 часов класс 1;  при наблюдении продолжительностью от 3 до 5 часов класс 2;  при наблюдении продолжительностью от 5 до 6 часов класс 3.1;  при наблюдении продолжительностью более 6 часов класс 3.2. – – – – 7. Нагрузка на слуховой анализатор. Степень напряжения слухового анализатора определяется по зависимости разборчивости слов в процентах от соотношения между уровнем интенсивности речи и «белого» шума. Когда помех нет, разборчивость слов равна 100% – 1 класс. Ко 2 классу относятся случаи, когда уровень речи превышает шум на 10 – 15 дБА и соответствует разборчивости слов, равной 90 – 70%, или слышимости на расстоянии до 3,5 м. Классу 3.1 соответствует разборчивость от 70 до 50%, а к классу 3.2 – менее 50 %. 8. Нагрузка на голосовой аппарат (суммарное количество часов, наговариваемых в неделю). Степень напряжения голосового аппарата зависит от продолжительности речевых нагрузок. Перенапряжение голоса наблюдается при длительной, без отдыха голосовой деятельности. Например, наибольшие нагрузки (класс 3.1 или 3.2) отмечаются у лиц голосо-речевых профессий (педагоги, воспитатели детских учреждений, вокалисты, чтецы, актеры, дикторы, экскурсоводы и т. д.). В меньшей степени такой вид нагрузки характерен для других профессиональных групп (авиадиспетчеры, руководители и т. д. – 2 класс). Наименьшие значения критерия могут отмечаться в работе других профессий, таких, как лаборанты, конструкторы, водители автотранспорта (1 класс). 337 Подробнее оценку сенсорных нагрузок можно посмотреть в табл. 4.11.9 руководства Р 2.2.755-99 [59]. Оценка эмоциональных нагрузок 1. Степень ответственности за результат собственной деятельности. Значимость ошибки. Показатель указывает, в какой мере работник может влиять на результат собственного труда при различных уровнях сложности осуществляемой деятельности. С возрастанием сложности повышается степень ответственности, поскольку ошибочные действия приводят к дополнительным усилиям со стороны работника или целого коллектива, что, соответственно, приводит к увеличению эмоционального напряжения. Например, для таких профессий, как руководители и мастера строительных предприятий, авиадиспетчеры, врачи, водители транспортных средств и т. п. характерна самая высокая степень ответственности за окончательный результат работы, а допущенные ошибки могут привести к остановке технологического процесса, возникновению опасных ситуаций для жизни людей (класс 3.2). Если работник несет ответственность за основной вид задания, а ошибки приводят к дополнительным усилиям со стороны целого коллектива, то эмоциональная нагрузка в данном случае уже несколько ниже (класс 3.1): медсестры, научные работники, конструкторы. В том случае, когда степень ответственности связана с качеством вспомогательного задания, а ошибки приводят к дополнительным усилиям со стороны вышестоящего руководства (в частности, бригадира, начальника смены и т. п.), то такой труд по данному показателю характеризуется еще меньшим проявлением эмоционального напряжения (2 класс): телефонисты, телеграфисты. Наименьшая значимость критерия отмечается в работе лаборанта, где работник несет ответственность только за 338 выполнение отдельных элементов продукции, а в случае допущенной ошибки дополнительные усилия только со стороны самого работника (1 класс). 2. Степень риска для собственной жизни. Описание фактора см. в следующем пункте. 3. Степень ответственности за безопасность других лиц. Показатели 2 и 3 отражают факторы эмоционального значения. Ряд профессий характеризуется ответственностью только за безопасность других лиц (авиадиспетчеры, врачиреаниматоры и т.п.), личную безопасность (космонавты, пилоты и др.) – класс 3.2. Но существует целый ряд категорий работ, где возможно сочетание риска, как для себя, так и ответственности за жизнь других лиц (водители автотранспорта и т. п.). В этом случае эмоциональная нагрузка существенно выше, поэтому эти показатели следует оценивать как отдельные самостоятельные стимулы. Есть целый ряд профессий, где указанные факторы полностью отсутствуют (лаборанты, научные работники и др.) – их труд оценивается как 1 класс напряженности труда. Подробнее оценку эмоциональных нагрузок можно посмотреть в табл. 4.11.9 руководства Р 2.2.755-99 [59]. Оценка монотонности нагрузок 1. Число элементов (приемов), необходимых для реализации простого задания или многократно повторяющихся операций». Чем меньше число выполняемых приемов, тем выше напряженность труда, обусловленная многократными нагрузками. Наиболее высокая напряженность по этому показателю характерна для работников конвейерного труда (класс 3.1–3.2). 2. Продолжительность (с) выполнения простых производственных заданий или повторяющихся операций. 339 Чем короче время, тем, соответственно, выше монотонность нагрузок. Данный показатель, так же как и предыдущий, наиболее выражен при конвейерном труде (класс 3.1–3.2). 3. Время активных действий (в % к продолжительности смены). Наблюдение за ходом технологического процесса не относится к «активным действиям». Чем меньше время выполнения активных действий и больше время наблюдения за ходом производственного процесса, тем, соответственно, выше монотонность нагрузок трудового процесса. Наиболее высокая монотонность по этому показателю характерна для операторов пультов правления некоторых производств (класс 3.1– 3.2). 4. Монотонность производственной обстановки (время пассивного наблюдения за ходом технологического процесса в % от времени смены). Чем больше время пассивного наблюдения за ходом технологического процесса, тем более монотонной является работа. Данный показатель, так же как и предыдущий, наиболее выражен у операторов, работающих в режиме ожидания (операторы пультов управления и др.) – класс 3.2. Подробнее оценку монотонности нагрузок можно посмотреть в табл. 4.11.9 руководства Р 2.2.755-99 [59]. Оценка режима работы 1.Фактическая продолжительность рабочего дня. В производственных условиях фактическая продолжительность рабочего дня колеблется от 6 – 8 ч (штукатуры, маляры и др.) до 12 ч и более (руководители предприятий). У целого ряда профессий продолжительность смены составляет 12 ч и более (охранники). Чем 340 продолжительнее работа по времени, тем больше суммарная за смену нагрузка, и, соответственно, выше напряженность труда. 2. Сменность работы. Фактор определяется на основании внутрипроизводственных документов, регламентирующих распорядок труда на данном предприятии. Самый высокий класс 3.2 характеризуется нерегулярной сменностью с работой в ночное время. 3. Наличие регламентированных перерывов и их продолжительность (без обеденного перерыва). Введение регламентированных перерывов на отдых в счет рабочего времени способствует улучшению функционального состояния организма работника и обеспечивает высокую производительность его труда. Недостаточная продолжительность или отсутствие регламентированных перерывов усугубляют напряженность труда, поскольку отсутствует элемент кратковременной защиты времени от воздействия факторов трудового процесса и производственной среды. Например, существующие режимы работ авиадиспетчеров, врачей, медицинских сестер и т. д. характеризуются отсутствием регламентированных перерывов (класс 3.2), в отличие от мастеров и руководителей промышленных предприятий, у которых перерывы не регламентированы и не продолжительны (класс 3.1). В то же время перерывы имеют место, но они недостаточной продолжительности у конструкторов, научных работников и др. (2 класс). Подробнее оценку режима работы можно посмотреть в табл. 4.11.9 руководства Р 2.2.755-99 [59]. Порядок общей оценки напряженности трудового процесса Общая оценка напряженности трудового процесса проводится следующим образом. Независимо от профессии учитываются все вышеприведенные 22 показателя. Не допускается выборочный 341 учет каких-либо отдельно взятых показателей для общей оценки напряженности труда. По каждому из 22 показателей в отдельности определяется свой класс условий труда. В том случае, если по характеру или особенностям профессиональной деятельности какой-либо показатель не представлен (например, отсутствует работа с экраном видеотерминала или оптическими приборами), то по данному показателю ставится 1 класс (оптимальный) – напряженность труда легкой степени. После чего переходят к окончательной оценке напряженности труда. «Оптимальный» (1 класс) устанавливается в случаях, когда 17 и более показателей имеют оценку 1 класса, а остальные относятся ко 2 классу. При этом отсутствуют показатели, относящиеся к 3 классу «Допустимый» (2 класс) устанавливается в следующих случаях: – когда 6 и более показателей отнесены ко 2 классу, а остальные – к 1 классу; – когда от 1 до 5 показателей отнесены к степеням вредности 3.1 и/или 3.2, а остальные показатели оценены как 1 и/или 2 класс. «Вредный» (3 класс) устанавливается, когда 6 или более показателей отнесены к третьему классу. При этом труд напряженный 1 степени (3.1) в тех случаях когда: – 6 показателей имеют оценку только класса 3.1, а оставшиеся показатели относятся к 1 и/или 2 классам; – от 3 до 5 показателей относятся к классу 3.1, а от 1 до 3 показателей отнесены к классу 3.2. Труд напряженный 2 степени (3.2) устанавливается когда:  6 показателей отнесены к классу 3.2;  более 6 показателей отнесены классу 3.1;  от 1 до 5 показателей отнесены к классу 3.1, а от 4 до 5 показателей – к классу 3.2; 342 – когда 6 показателей отнесены к классу 3.1 и имеются от 1 до 5 показателей класса 3.2. В тех случаях, когда более 6 показателей имеют оценку 3.2, напряженность трудового процесса оценивается на одну степень выше – класс 3.3. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Белов, С.В. Безопасность жизнедеятельности / С.В. Белов. – М.: Высш. школа, 1999. – 448 с. 2. Пчелинцев, В.А. Охрана труда в строительстве / В.А. Пчелинцев, Д.В. Коптев, Г.Г. Орлов. Учебник для строит. вузов. – М.: Высш. школа, 1991. – 272 с. 3. Бондарь, В.А. Риск, надежность и безопасность. Система понятий и обозначений / В.А. Бондарь, Ю.М. Попов // Безопасность труда в промышленности. – 1997. – № 10. – С. 39-42. 4. Дадонов, Ю.А. Методические указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов / Ю.А. Дадонов, А.С. Решетов // Безопасность труда в промышленности. – 1997. – № 2. – С.46-56. 5. Роик, В.Д. Оценка профессионального риска / В.Д. Роик / Охрана труда и социальное страхование. – 1997. – № 20. – С. 41-49. 343 6. Техническая механика: Теоретическая механика. Сопротивление материалов / А.А. Эрдеди [и др.]. – М.: Высш. шк., 1991. – 304 с. 7. СНиП II-25-80*. Деревянные конструкции. – М.: Минстрой России, ГП ЦПП. – 1995. – 42 с. 8. ГОСТ 12.1.046-85. ССБТ. Строительство. Нормы освещения строительных площадок. 9. Инженерные решения по охране труда в строительстве / Г.Г. Орлов [и др.]. – М.: Стройиздат, 1985. – 278 с. 10. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. Приказ Минэнерго России от 30.06.03 № 280 СО от 30.06.03 № 15334.21.122 -2003. 11. СНиП 12-04-2002. Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство. – М.: ГУП ЦПП. – 48 с. Постановление Госстроя РФ от 18.09.2002 № 123. 12. Основания, фундаменты и подземные сооружения / М.И. Горбунов-Посадов [и др.]. Под общ. ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова. – М.: Стройиздат, 1985. – 480 с. (Справочник проектировщика). 13. Механика грунтов, основания и фундаменты: Учебник / С.Б. Ухов [и др.]. – М.: Изд-во АСВ, 1994. – 527 с. 14. Межотраслевые правила по охране труда при работе на высоте. ПОТ РМ 012-2000.  М.: НПК «Апрохим», 2001. – 132 с. 15. СНиП 12-03-2001. Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования. – М.: ГУП ЦПП. – 42 с. Постановление Госстроя РФ от 23.07.2001 г., № 80. 16. ПБ 10-611-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации подъемников (вышек). Постановление Госгортехнадзора России от 11.06.03 № 87. 17. ПБ 10-382-00. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. – М.: ПИО ОБТ, 2000. – 266 с. 344 18. РД 10-231-98 (РД-10-33-93 с изм. № 1, 1998) Стропы грузовые общего назначения. Требования к устройству и безопасной эксплуатации. 19. ГОСТ 3079-80*. Канат двойной свивки типа ТЛКО конструкции 6х37/1+6+15+15/+1 о.с. Сортамент. 20. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны (с Изменением № 1). Постановление Госстандарта СССР от 29.09.88 № 3388. 21. ГОСТ 12.1.013-78. ССБТ. Строительство. Электробезопасность. Общие требования. М.: Госстандарт, 1978. 22. Долин, П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. Учебное пособие для вузов. М.: Энергия, 1979.  408 с. 23. ГОСТ 12.1.002-84. ССБТ. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах. М.: Госстандарт, 1984. 24. СанПиН 5802-91. Санитарные нормы и правила выполнения работ в условиях воздействия полей промышленной частоты (50 Гц) М.: Минздрав России, 1999. 25. Общетехнический справочник / Е.А. Скороходов [и др.]; Под общ. ред. Е.А. Скороходова. М.: Машиностроение, 1990. – 496 с. 26. Зотов, Б.И. Безопасность жизнедеятельности на производстве/ Б.И. Зотов, В.И. Курдюмов. – М.: Колос, 2000. – 424 с. 27. СНиП II-35-76*. Котельные установки. – М.: ГУП ЦПП Госстроя России, 1997. – 49 с. 28. ПБ 03-576-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. 29. Товарные нефтепродукты, свойства и применение. Справочник / Под ред. В.М. Школьникова. – М.: Химия, 1978. – 472 с. 345 30. Тищенко, Н.Ф. Охрана атмосферного воздуха. Расчет содержания вредных веществ и их распределение в воздухе. Справочник. – М.: Химия. – 1991. – 368 с. 31. СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование. М.: ГУП ЦПП, 1997. – 71 с. 32. РД 51-100-85. Руководство по нормированию выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на объектах транспорта и хранения газа. – М.: ВНИИгаз, 1985. 33. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час. – М.: Госкомитет РФ по охране окружающей среды, 1999. – 56 с. 34. Делягин, Г.Н. Теплогенерирующие установки / Г.Н. Делягин, В.И. Лебедев, Б.А. Пермяков. – М.: Стройиздат, 1986. –559 с. 35. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. – М.: ГУП ЦПП, 1999. 36. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. – СПб.: Изд-во «Деан», 2000. – 224 с. 37. Троянкин, Ю.В. Проектирование огнетехнических установок. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 256 с. 38. Теплопередача / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. – М.: Энергоиздат, 1981. – 416 с. 39. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. – М.: Изд-во стандартов, 1991. 40. ГОСТ 12.4.123-83 ССБТ. Инфракрасные излучения. Средства коллективной защиты. – М.: Изд-во стандартов, 1983. 41. Башкирцев М.П. Основы пожарной теплофизики/ М.П. Башкирцев [и др.]. – М.: Стройиздат, 1984. – 200 с. 346 42. Блох, А.Г. Теплообмен излучением: Справочник / А.Г. Блох, Ю.А. Журавлев, Л.Н. Рыжков. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 432 с. 43. НПБ 105–03. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности / ГУГПС МВД России.  М.: ВНИИПО, 2003. 44. Шебенко, Ю.Н. Пособие по применению НПБ 10595 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности» / Ю.Н. Шебенко [и др.] / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2001. – 119 с. 45. Закон о газоснабжении в Российской Федерации (с изменениями на 22 августа 2004 года). Федеральный закон от 31.03.99, № 69-ФЗ. 46. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. – СПб.: Изд-во «Деан», 2000. – 224 с. 47. Правила безопасности в газовом хозяйстве. – М.: ПИО ОБТ, 1998. – 124 с. 48. Ройтман, В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. – М.: Ассоциация «Пожарная безопасность и наука», 2001. – 382 с. 49. ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. 50. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений. 51. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение (с Изменением N 1). – М.: Минстрой России, 1995. Постановление Минстроя России от 02.08.95, № 18-78. 52. Методические указания по оценке освещенности рабочих мест МУ 2.2.4.706-98. Минздрав РФ, 1998. 53. СНиП II-4-79. Часть II. Глава 4. Приложение 5. Расчет естественного освещения. – М.: Госстрой СССР, 1980. 54. Руководство Р 2.2.755-99. Гигиенические критерии оценки и классификация условий труда по показателям вредности и 347 опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса. Минздрав России, 1999. 55. СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных заданий. 56. ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования. Постановление Госстандарта СССР от 13.07.90, № 2190. 57. Новак, С.М. Защита от вибрации и шума в строительстве: Справочник / С.М. Новак, А.С. Логвинец. – Киев: Будивельник, 1990. – 184 с. 58. Охрана труда в строительстве. Инженерные решения: Справочник / В.И. Русин, Г.Г. Орлов, Н.М. Неделько и др. – Киев: Будивельник, 1990. – 208 с. 59. Р 2.2.755-99. Гигиенические критерии оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса. – М.: Минздрав России, 1999. – 94 с. Учебное издание СЕРГЕЙ АНДРЕЕВИЧ КАРАУШ ГЕННАДИЙ ИВАНОВИЧ КОВАЛЕВ ОЛЬГА ОЛЕГОВНА ГЕРАСИМОВА ТИПОВЫЕ РАСЧЕТЫ ПО БЕЗОПАСНОСТИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 348 Учебное пособие Редактор Г.Г. Семухина Изд. лиц. № 021253 от 31.10.97. Подписано в печать 20.09.2005 г. Формат 60х90/16. Бумага офсет. Гарнитура Таймс, печать офсет. Усл. печ.л. 19,84. Уч-изд. л. 18,00. Тираж 600 экз. Заказ № 435 Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2 Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ 634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15 349

типовые расчеты по безопасности в строительстве и

Related documents

Products

Support

типовые расчеты по безопасности в строительстве и

Related documents

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib