Контактная сварка

    Основным  параметром, характеризующим действие электромагнитного поля промышленной частоты, является электрическая напряженность, так как напряженность магнитного поля действующих установок не превышает биологически значимых величин 150-200 А/м. В соответствии с ГОСТ 12.1.002-84 допустимые значения напряженности электрических полей зависят от времени пребывания человека в контролируемой зоне. Присутствие персонала на рабочем месте в течение 8 часов допускается при E≤5 кВ/м. При E=5-20 кВ/м время, ч, допустимого пребывания в рабочей зоне τ=50/E-2. Работа в условиях облучения электрическим полем с напряженностью 20-25 кВ/м должна продолжаться не долее 10 мин. В остальное время работа осуществляется при E≤5 кВ/м.

    Электромагнитные  поля радиочастот по ГОСТ 12.1.006-84* оцениваются  показателями интенсивности и создаваемой  ими энергетической нагрузкой.

    Интенсивность поля ВЧ и УВЧ поддиапазонов (f=60 кГц-300 МГц) характеризуется напряженностью электрического и магнитного полей. Энергетическая нагрузка (ЭН) представляет собой произведение квадрата напряженности поля на время его воздействия. Энергетическая нагрузка, создаваемая электрическим полем, равна ЭНе=E2τ, магнитным – ЭНм=H2τ.

    Предельно допустимые значения E и H на рабочих  местах персонала определяются, исходя из допустимой энергетической нагрузки и времени воздействия, по формулам:

E_пд=(Эне_пд/τ)^1/2  (7)

H_пд=(Энм_пд/τ)^1/2 (8)

где E_пд и H_пд – предельно допустимые значения напряженности электрического, В/м, и магнитного, А/м, поля;

τ – время воздействия, ч;

Эне_пд и Энм_пд – предельно допустимые значения энергетической нагрузки в течение рабочего дня, (В/м)²∙ч и (А/м)²∙ч; задаются таблично в зависимости от частоты.

   Для полей  СВЧ поддиапазона (f=300 МГц-300 ГГц), где интенсивность характеризуется поверхностной плотностью потока энергии q, энергетическая нагрузка представляет собой произведение плотности потока энергии на время его воздействия ЭН=qτ.

   Предельно допустимые значения q на рабочих местах рассчитываются, исходя из допустимой энергетической нагрузки и времени воздействия, по формуле:

q_пд=ЭНq_пд/τ,  (9)

где q_пд – предельно допустимое значение плотности потока энергии, Вт/м²;

ЭНq_пд – предельно допустимая величина энергетической нагрузки, равная 2 Вт·ч/м²;

τ – время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, ч.

   Независимо  от времени воздействия за рабочую  смену величина q_пд не должна превышать 10 Вт/м².

   Для обеспечения  безопасности работ с источниками  электромагнитных волн регламентируется режим труда персонала и техническое обслуживание установок. Каждая промышленная установка снабжается техническим паспортом, в котором регистрируются изменения контролируемых параметров при внесении изменений в конструкции действующей установки или средств защиты (в частности, после проведения ремонтных работ, организации новых рабочих мест). Для работы на оборудовании с источниками электромагнитных полей персонал (не моложе 18 лет) проходит производственное обучение и стажировку. Регламентированные периодические осмотры и планово-предупредительные ремонты источников излучения проводят обученные лица с санкции начальника цеха. 

Технические меры защиты.

   Для защиты персонала от электромагнитных полей  применяют следующие способы  и средства: дистанционное управление, экранирование рабочего места и источника излучения, рациональное размещение оборудования в рабочем помещении, применение индивидуальных средств защиты. Выбор способа защиты зависит от диапазона частот излучения, напряженности электромагнитного поля, плотности потока энергии и характера выполняемых работ.

   Эффективная защита рабочих мест от источников электромагнитных излучений экранами, поглощающими или отражающими электромагнитную энергию. Выбор конструкции экрана зависит от характера технологического процесса, мощности источника диапазона волн. Для защиты от ВЧ ЭМП используют следующие способы экранирования: всей установки, отдельных ее элементов, рабочих мест, работающего (индивидуальное экранирование).

   Общее экранирование – эффективный, с высокой степенью защиты, метод защиты работающих от воздействия ЭМП. Лучшее решение этой проблемы – экранирование всех элементов установки одним кожухом-экраном. Но это не всегда осуществимо.

   Основная  характеристика экрана – эффективность экранирования, т.е. степень ослабления ЭМП. Другая важная его характеристика – потеря мощности в экране вследствие нагрева полем. Эта потеря велика при экранировании сильных источников ЭМП. Чем меньше экран, чем ближе он размещен к индукционной катушке, тем больше величина наведенных в нем токов и, следовательно, тем больше потеря мощности в нем и его нагрев.

   Материал  экрана выбирают с учетом требуемой  степени ослабления излучения и  допустимых потерь мощности в экране. Ослабление поля экраном характеризует глубина проникновения поля в экран δ – расстояние вдоль распространения волны, на котором амплитуда волны уменьшается в e раз. Глубину проникновения определяют из выражения kδ=1, где k=(πμυf)^1/2 – коэффициент затухания; μ – магнитная проницаемость материала экрана, Гн/м; υ – удельная электропроводимость экрана, Ом^-1·м^-1. Для снижения облучения на рабочих местах до нормативных величин рекомендуется следующий порядок расчета необходимой толщины экрана d: по известной мощности источника P, Вт, определяют фактическую плотность потока энергии q на расстоянии r, м, от источника:

q=P/(4πr²)  (10);

определяют необходимое  ослабление электромагнитного поля L, дБ, по допустимой q_пду.

L=101g(q/q_пду)  (11);

рассчитывают  d=L/(πμυf)^1/2, где f – частота, МГц.

   Для изготовления экранов используют материалы с высокой электропроводимостью – медь, латунь, алюминий, сталь. Сплошные металлические экраны эффективны уже при толщине 0,01 мм: обеспечивают ослабление поля примерно на 50 дБ. Обычно по соображениям прочности изготовляют экраны толщиной d≥0,5 мм. Экраны обязательно заземляют. Эффективность сплошного экрана должна удовлетворять неравенству:

Э>exp(d/δ)  (12).

   Сетчатые  экраны менее эффективны, чем сплошные, но они удобны в эксплуатации и  применяются в тех случаях, когда  необходимо ослабление плотности потока энергии на 20-30 дБ. В качестве отражающего материала применяют также оптически прозрачное стекло, покрытое диоксидом олова. Этот материал используют для окон кабин, камер, ослабляет поля на 20 дБ при λ=0,8 – 150 мм.

   Поглощающие магнитодиэлектрические пластины изготовляют из материалов с плохой электропроводимостью: прессованных листов резины или пластин из пористой резины, наполненной карбонильным железом. Их используют для экранирования как источника излучения, так и рабочего места. В последнем случае экраны выполняются в виде переносных или стационарных щитов с покрытием со стороны источника излучения.

   Снижение  напряженности электромагнитного  поля в рабочей зоне достигается  за счет правильного определения  рабочего места. Рабочее место должно располагаться с учетом экранирования и на необходимом удалении от источника излучения, чтобы предотвратить переоблучение персонала. Возможно дистанционное управление установками из экранизированных камер или отдельных помещений. Рабочее место следует располагать в зоне минимальной интенсивности облучения. Однако по условиям технологического процесса это не всегда приемлемо.

   Конечное  звено в цепи инженерных способов защиты от электромагнитных полей –  средства индивидуальной защиты. К  ним относятся комбинезоны и халаты из металлизированной ткани, осуществляющие защиту по принципу сетчатого экрана. Для защиты глаз применяют очки, вмонтированные в капюшон или же применяемые отдельно. Для защиты от полей промышленной частоты используют также спецобувь и средства защиты головы, рук и лица. Однако, вследствие их малого удобства, эти средства используются, как правило, только в особых случаях (при ремонтных работах, в аварийных ситуациях и т.п.). 

Меры  защиты от воздействия  ультрафиолетовых излучений.

  Защитные  меры предусматривают средства отражения  УФИ, защитные экраны и средства индивидуальной защиты кожи и глаз.

  При использовании  в производственном помещении сразу  несколько УФ-генераторов возникает  отраженное действие излучения на работающих, которое может быть значительно ослаблено путем окраски стен с учетом коэффициента отражения. Учитывая, что при электросварке на сварщика действуют не только прямая ультрафиолетовая радиация, но и рассеянная, отраженная от окружающих поверхностей, необходимо окрашивать стены кабин и сварочных цехов, переносные ширмы в светлые матовые тона с применением цинковых белил, желтого крона или титановых белил, которые поглощают ультрафиолетовые лучи.

  Для защиты от повышенной инсоляции применяются  различные типы защитных экранов – физических и химических. Физические экраны представляют собой разнообразные преграды, загораживающие или рассеивающие свет. Размер экрана должен быть не менее 200 X 200 мм.

   Защитным  действием обладают различные  кремы, содержащие поглощающие  ингредиенты, например бензофенон.

  Кожа и  глаза сварщика должны быть защищены от воздействия лучей дуги. Защитная одежда из поплина или других тканей должна иметь длинные рукава и капюшон, лицо защищается щитком или шлемом, кисти рук — рукавицами. Глаза защищаются специальными очками со стеклами-светофильтрами, вставляемыми в щиток или шлем, стекла должны содержать оксид свинца. В масках или шлемах между темным и прозрачным стеклами должен быть зазор 0,5—1 мм, чтобы защитить глаза от перегрева.

Глава VІ. Результаты инженерно-технических расчетов по защите работающих от  вредного воздействия. 

Расчет  вентиляции для сварочных  установок.

     При контактной сварке из металлических  электродов выделяется в воздух 3% марганца, 0,4 % хрома и 3,4% фтористых соединений.  

где G- масса израсходованных электродов, кг/г; q- содержание вредных компонентов в электродах г/кг; R – содержание выделяющихся токсичных веществ, % от qⁿ ; q_Д и  q_Н- допустимая концентрация токсических веществ соответственно в воздухе помещения и в наружном воздухе, г/м³.

      За  час расходуется 0,5 кг электродов. 1кг электродов -67,2 г марганца. Допустимая концентрация окиси марганца в воздухе 0,3 мг/м³. Подставляя все данные в формулу (4.1.),  получим: 
 

м³/ч

Мощность электродвигателя для выбранного вентилятора находим по формуле (4.2): 

где L – производительность вентилятора, м³/ч; Н - давление, создаваемое, вентилятором, Па; - к.п.д. вентилятора; - к.п.д. ременной передачи от двигателя к вентилятору;  =0,95.

кВт

Выбирается электродвигатель закрытый, обдуваемый серии 4А рис.14. Тип двигателя 80А2/2850. Паспортная мощность P=2,2 кВт.  

Рис.14. Электродвигатель закрытый, обдуваемый серии 4А.

Расчет  заземления.

     Методика  расчета заземляющих устройств. Для расчета заземляющего устройства необходимы следующие данные:

- сопротивление  заземляющего устройства (R_з), требуемого по правилам устройства электроустановок (ПУЭ);

- удельное  сопротивление грунта (r);

- длина,  диаметр и глубина расположения  в грунте искусственных заземлителей;

- повышающий  коэффициент (k_п).

    В соответствии с ПУЭ R_з должно быть не более 4 Ом. Для мощности источников электроэнергии до 100 кВА R_з<10 Ом, а при токах замыкания на землю более 500 А R_з≤0,5 Ом.

    Удельное  сопротивление грунта (r) зависит от характера грунта и его влажности. Данные об удельном сопротивлении для некоторых видов грунта и их влажности приведены в табл. 2.

    На  практике опытным путем замеряют заземление одиночного заземлителя, а по нему рассчитывают удельное сопротивление грунта.