Содержание:

1. Схема воздухообмена

2. Обеспечение ПДК древесной пыли в воздухе рабочей зоны

3. Расчет необходимого объёма и скорости

4. Пример расчёта

Схема воздухообмена

Классическая схема организации воздухообмена в советское время была следующая: воздух местными отсосами-пылеприемниками забирается от станков и удаляется наружу пылевым вентилятором с последующей очисткой в циклонах, в редких случаях в рукавных фильтрах.

С целью соблюдения уравновешенного воздушного баланса для компенсации аспирационного воздуха в верхнюю зону воздухораспределителями равномерной раздачи типа ВК или других типов подается приточный воздух. Воздухообмен осуществляется по схеме «сверху-вниз».

Подача воздуха компактными сосредоточенными струями не допускалась, для того чтобы пыль, в том числе осевшая на пол, не распространялась по всему помещению. Экологические требования и нормы были простыми. Экологическая отчетность (инвентаризация, проект нормативов ПДВ и др.) согласовывалась со службами Гидрометеоцентра.

Аспирационная установка, оснащенная циклоном, вопросов не вызывала. Лишь в 1988 году образовался Комитет по охране природы (сейчас Росприроднадзор и Ростехнадзор).

На деревообрабатывающих предприятиях нашей страны в 60-х - 80-х годах прошлого столетия применялись в основном прямоточные системы аспирации, чаще всего централизованные с постоянной производительностью. Рециркуляционные системы аспирации применялись крайне ограниченно из-за отсутствия отечественных рециркуляционных пылеуловителей, предназначенных для очистки аспирационного воздуха от древесных отходов.

Следует отметить, что многие приточные вентиляционные установки работали неудовлетворительно или не включались. Громоздкие приточные камеры в соответствии с проектом требовали огромного количества теплоты. Сейчас, в условиях значительного роста цен на энергоносители и смены собственника, проблема поддержания температурных условий в цехе встала в полный рост.

В 90-х годах прошлого столетия произошел качественный скачок к допустимым требованиям по уровню концентрации древесной пыли в воздухе населенных мест.

Ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ), который играет роль предельно допустимой концентрации (ПДК), ужесточился с 0,5 до 0,1 мг/м3, т. е. в 5 раз!

Автор этих строк много лет занимался разработкой проектов нормативов ПДВ. На одной из мебельных фабрик было установлено 14 различных циклонов, суммарный выброс от которых вполне укладывался в допустимые нормативы. После введения нового ОБУВ при разработке очередного проекта норматива ПДВ, срок действия которого ограничен пятью годами, в плане мероприятий по снижению выбросов пришлось записать, что часть циклонов типа «К» следует заменить на более эффективные типа «УЦ», а на семи источниках установить вторую ступень очистки – рукавные фильтры.

Проблематично было даже не вернуть, а произвести выброс пылевоздушной смеси в атмосферу. Притом что концентрация пыли на выходе из циклона в десятки раз может превышать ОБУВ, его соблюдение требуется после рассеивания выброса в приземном слое атмосферы на границе (и далее) санитарно-защитной зоны предприятия.

В 2002 году вышли новые гигиенические нормативы Роспотребнадзора (бывший Госсанэпиднадзор) ГН 2.1.6.1125–02, замененные позже на ГН [2], в которых произошла метаморфоза: ОБУВ для древесной пыли вновь увеличился с 0,1 до 0,5 мг/м3.

Трудно однозначно сказать, с чем это связано, но даже неспециалисту ясно, что эта пыль не вреднее, чем, например, цементная, ПДК для которой 0,3 мг/м3.

Возможно, предприятия стали массово штрафовать за невыполнение мероприятий по снижению выбросов, которые нереально выполнить как с финансовых, так и с технологических позиций. Под рукавный фильтр требуется достаточная площадь. Нужно увеличивать мощность вентилятора или ставить последовательно еще один.

Обеспечение ПДК древесной пыли в воздухе рабочей зоны

Для рабочей зоны производственных помещений существуют свои нормативы качества воздуха – среднесменная, или максимально разовая ПДК. У древесной пыли среднесменная ПДК равна Срз = 6 мг/м3 [6] и сохраняется много лет. По СНиП [7] допустимая концентрация вредностей в приточном воздухе составляет 30 % от ПДК в воздухе рабочей зоны, т. е. в нашем случае Спр = 1,8 мг/м3.

При работе станков образуется пыль (размеры частиц до 200 мкм), опилки, стружка. Зону выделения пыли локализуют путем использования различных видов кожухов, укрытий. Кожух имеет выходной патрубок для подключения к аспирационной системе. Его ориентация в пространстве по возможности должна совпадать с траекторией движения образующихся частиц.

Все это устройство называют пылеприемником, или местным отсосом. У одного станка может быть до пяти и более пылеприемников. Диаметр патрубка пылеприемника зависит от двух факторов:

- степени укрытия режущей части инструмента станка;

- количества выделяющихся отходов.

Полностью укрыть зону обработки не удается, т. к. необходимо подавать заготовку и убирать обработанную деталь. Путем отсоса воздуха в зазорах между кожухом и деталью требуется создать такую скорость движения воздуха, подсасываемого из помещения, чтобы воспрепятствовать выбиванию пыли наружу. Чем меньше зазоры и неплотности, тем меньше объем отсасываемого воздуха.

В пылеприемнике, таким образом, создается пониженное давление – разрежение. Некоторые зарубежные станки оборудуются датчиками давления и вообще не включаются без эффективной работы аспирационной системы. Пылеприемники конструируют, испытывают и устанавливают на заводе-изготовителе.

Факел всасывания, в отличие от приточной струи, имеет очень маленький размер. Например, для круглой трубы на расстоянии одного диаметра (калибра) скорость всасывания составляет 7 % от скорости во входном сечении.

По-этому эффективность улавливания пыли может резко снизиться при зазорах уже в несколько сантиметров. В реальности часть пыли все равно попадает в воздух помещения и на пол. До недавнего времени в нормативных документах эффективность пылеприемников устанавливалась на уровне 90 %

Если учесть, что выделения пыли именно в деревообработке очень большие, то это очень низкий показатель. Четких цифр по эффективности работы местных отсосов ни в нормативной, ни в технической литературе автором не обнаружено.

Другой фактор, определяющий диаметр выходного патрубка, – это количество отходов, образующихся в единицу времени.

В системах аспирации используются пылевые вентиляторы, развивающие относительно небольшое полное давление – до 4 000–5 000 Па.

Поэтому масса отходов, перемещаемых 1 м3 воздуха, ограничена.

Напомним, что отношение массы перемещаемых отходов, кг/ч, к массовому расходу воздуха, кг/ч, называется расходной массовой характеристикой μ – безразмерная величина (1 м3 воздуха при стандартных условиях, t = 20 ºС, имеет массу 1,2 кг).

Если величина μ < 0,01, то при расчетах аэродинамического сопротивления системы аспирации влиянием массы отходов пренебрегают и расчет ведут как для «чистого» воздуха.

Максимальное значение величины μ не должно превышать 0,2. Из нашего опыта оно не превышает 0,1.

Расчет необходимого объёма и скорости

Зная максимальное количество отходов, образующихся при работе станка, и задаваясь значением μ, легко подсчитать минимальный объем аспирируемого воздуха L, м3/ч, от каждого местного отсоса.

В качестве отходов в данной статье подразумеваются пыль, опилки, стружка, удаляемые аспирационной системой, но не крупные обрезки заготовок, удаляемые вручную или иным способом.

Для транспортирования щепы используют, например, воздуходувки.

Исходя из уравнения расхода

L = Fu•3600, (1)

можно выразить площадь патрубка пылеприемника F, м2, и, соответственно, его диаметр.

Важной величиной является скорость воздуха в патрубке. Если определяющим фактором является большая масса образующихся отходов, то она должна быть больше или равна скорости их транспортирования, предотвращающей оседание отходов во избежание «забивания».

По справочнику проектировщика скорость транспортирования древесных отходов равна 17–18 м/с.

Именно такую скорость, как правило, принимают в патрубках станков, в которых образуются опилки и стружка.

При таком подходе не достигается высокая герметизация кожуха, мелкие фракции пыли попадают в рабочую зону помещения. В соответствии с конструктивными особенностями станка эту скорость иногда принимают равной 25 м/с, редко 30 м/с.

При операциях шлифования образуется мелкая пыль, которая долгое время может находиться во взвешенном состоянии. Именно ее присутствие нежелательно в рабочей зоне помещения.

Скорость в зазорах кожуха и создаваемое разрежение должны быть по возможности максимальными. Однако достичь этого удается не всегда. Скорости в патрубках станков отечественного производства могут даже понижаться до 16 м/с, в соответствии со скоростью транспортирования этой пыли.

Могут и увеличиваться до 30–35 м/с. Рекомендуемые значения L и υ приведены в [3, 4, 5]. Следует отметить, что в подавляющем большинстве станков зарубежного производства скорость высокая и равна 28–35 м/с.

Скорость воздуха в патрубке пылеприемника или объем удаляемого воздуха, реже – требуемое разрежение, определяются производителем и приводятся в паспорте станка.

Скорость движения воздуха в воздуховодах может отличаться от скорости в патрубках пылеприемников. Они соединяются между собой плавно расширяющимся переходом – диффузором.

Как отмечалось, достаточная величина, υ = 17–18 м/с, может быть повышена до 20 м/с. Дальнейшее увеличение скорости связано со значительным повышением потерь давления в сети воздуховодов и соответствующими затратами электроэнергии на привод вентилятора. Мало того, при скорости в воздуховодах 30–35 м/с и их длине в несколько десятков метров давления, создаваемого отечественным пылевым вентилятором, может не хватить, с учетом потерь давления в циклоне.

Таким образом, мы установили, что даже при эффективной работе аспирационных систем часть выделяющейся при работе станков пыли поступает в воздух помещения. Далее пыль распространяется по помещению в соответствии с движением воздушных потоков, вновь попадает частично в этот и другие пылеприемники, частично оседает на пол, стены и оборудование.

Пример расчета

Проанализируем пример.

На участке имеется пять станков, которые выделяют 32,4 кг/ч опилок и пыли. С учетом неполной загруженности станков в расчетный 20-минутный интервал времени, одновременности их работы (три из пяти станков), удаления 95 % вредностей системой аспирации и 80 % оседаний неуловленной пылеприемниками пыли в воздух помещения поступает m = 0,0287 г/с = 103320 мг/ч.

Это составляет 0,32 % от начальной величины отходов.

Порядок цифр реальный для небольшой мастерской. Требуемый воздухообмен на разбавление вредностей до ПДК [7]:

(2)

где Lмо – объем воздуха, удаляемого местными отсосами, принимаем по прил. 12.1

Суд – концентрация пыли в удаляемом воздухе, мг/м3.

Считаем, что пыль равномерно распределена в помещении, поэтому Суд = Срз = 6 мг/м3.

Тогда

(3)

То есть дополнительно к системе аспирации должна быть предусмотрена мощная общеобменная система вентиляции, что на практике не делается.

Для удаления всей пыли из воздуха помещения производительность системы аспирации должна быть

(4)

вместо имеющихся 4 400 м3/ч, т. е от каждого небольшого станка примерно по 5 000 м3/ч, что также нереально.

Заключение: Достижение ПДК воздуха рабочей зоны традиционно применяющимся оборудованием – трудновыполнимая задача.

Источник.

#деревообработка #расчетпроизводительности #аспирация #циклоны