Теплозащитные экраны

Содержание: 

Введение…………………………………………………………………...………2

1. Теоретическая часть
1. Физическая характеристика теплового излучения………..……..3
2. Биологическое действие теплового излучения……………….……6
3. Нормирование воздействия теплового излучения……………….10
4. Меры предупреждения перегрева на производстве……..…..……10
2. Практическая часть

2.1. Теория расчета………………………………………………...……….12

2.2. Практический расчет…………………………………...…… ………14

Заключение  …………………………………..……………………….…………15

Список  литературы……………………………….……………...……………16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

    Промышленность  развивается с невероятной скоростью  и также растет вредное воздействие  на человека. Одно из самых опасных  воздействий на данный момент является тепловое излучение в горячих цехах, работники таких производств получают дополнительную вредность, имеют сокращенный рабочий день и особый рацион. Человеческое тело имеет постоянную температуру равную 36,6 ⁰С. Снижение этой температуры не представляет серьезной опасности, а вот повышение ее может повлечь ряд опасных изменений как временных, так и постоянных. Вот почему особенно важно защитить рабочего от теплового излучения.

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Физическая  характеристика теплового  излучения.

 

   Тепловое  излучение (инфракрасное излучение (ИКИ)) представляет собой невидимое электромагнитное излучение с длиной волны от 0,76 до 420 мкм, обладающее волновыми и световыми свойствами.

   По  длине волны инфракрасные лучи делятся  на коротковолновую ИКИ-А (менее 1,4 мкм), средневолновую ИКИ-В (1,4-3 мкм), длинноволновую ИКИ-С (3 мкм-1 мм) область.

   В производственных условиях гигиеническое значение имеет более узкий диапазон 0,76-70 мкм.

   Источником  инфракрасного излучения в производственных условиях являются нагретые поверхности  слитков, чушек, листов, поковок, разливаемый  жидкий металл, открытое пламя печей, сварочное пламя (при электро и газосварке) и т.п.

   По  характеру излучения производственные источники тепла и лучистой энергии  подразделяются на четыре основные группы:

   1) Источники с температурой до 500 °С - спектр содержит исключительно длинноволновое ИКИ;

   2) Источники с температурой от 500 °С до 1200 °С - в спектре содержится ИКИ-А, ИКИ-В, ИКИ-С, но появляется также видимое излучение слабой интенсивности, сначала красное, а затем белое;

   3) Источники с температурой от 1200  °С до 2000 °С - спектр содержит как все виды ИКИ, так и видимое излучение высокой яркости;

   4) Источники с температурой от 2000 °С до 4000 °С - спектр наряду с инфракрасным и видимым излучением содержит ультрафиолетовое излучение.

   Основные  законы физики инфракрасного излучения  следующие:

   Закон Кирхгофа: лучеиспускание обуславливается только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей среды. Лучеиспускательная способность любого тела пропорциональна его лучепоглощающей способности. Тело, поглощающее все падающие на него лучи (абсолютно черное тело), обладает максимальным излучением. На этом законе основано применение поглощающей защитной одежды, светофильтров, окраска оборудования, устройство приборов для измерения теплового излучения.

   Закон Стефана-Больцмана: с повышением температуры излучающего тела мощность излучения увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры: 

      E = σ ∙ T⁴   [Вт/м²]   (1) 

      Е - мощность излучения; σ - постоянная Стефана-Больцмана, равная 5.67032 ∙ 10^-8

Вт∙м^-2∙К^-4; Т - абсолютная температура, К (Кельвин).

      В соответствии с этим законом даже небольшое повышение температуры  тела приводит к значительному росту  отдачи тепла излучением. Используя  этот закон можно определить величину теплообмена излучением в производственных условиях.

      Количество тепловой энергии, передаваемое излучением, определяется законом Стефана-Больцмана по формуле: 

Е = С₁С₂∙σ (Т₁⁴-Т₂⁴)   (2) 

      Е - теплоотдача, Вт/м , С₁ и С₂ - константы излучения с поверхностей, σ -постоянная Стефана-Больцмана; Т₁ и Т₂ - температуры поверхностей (°К), между которыми происходит теплообмен излучением.

      При расчете теплоотдачи излучением учитывают температуру стен и  других поглощающих тепловую радиацию поверхностей (среднерадиационная температура).

      Закон Вина: произведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны излучения (λ макс) с максимальной энергией - величина постоянная 

      λ_макс ∙ Т = С    (3) 

      где: С=2880; Т - абсолютная температура °К; λ - длина волны в мкм.

      Исходя  из закона Вина, длина волны максимального  излучения нагретого тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре: 

      λ_макс = С / Т    (4) 

      Интенсивность теплового излучения на рабочих  местах может колебаться от 175 Вт/м² до 13956 Вт/м². К горячим цехам относят цеха, в которых тепловыделение превышает 23 Дж/м².

      В литейных цехах (нагрев и обработка  деталей) интенсивность излучения  составляет 1392-3480 Вт/м².

      В производственных помещениях с большим  тепловыделением (горячие цеха) доля тепла, приходящее на инфракрасное излучение, может составлять до 2/3 выделяемого  тепла и только 1/3 составляет конвекционное тепло, т.е. тепло, передающееся при контакте с нагретым воздухом.

      Основная  физическая характеристика инфракрасного  излучения - интенсивность излучения (плотность потока) Е (Вт/м²) зависит от температуры излучателя, его площади и расстояния до исследуемой точки пространства и определяется по следующим формулам:

      При R  ≥ √S 

            E_u =    (5) 

      При R < √S 

            E_u =    (6) 

      где S - площадь поверхности излучателя, м²,

            Т_u - абсолютная температура излучателя, °К,

            R - расстояние от излучателя до точки замера, м 

1.2. Биологическое действие теплового излучения. 

      Лучистое  тепло имеет ряд особенностей. ИКИ, помимо усиления теплового воздействия среды на организм работающего, обладает и специфическим влиянием, зависящим от интенсивности энергии излучения отдельных участков его спектра. Существенное влияние на   лучистый теплообмен организма оказывают оптические свойства кожного покрова с его избирательной характеристикой коэффициентов отражения, поглощения и пропускания по отношению к различным участкам спектра инфракрасной радиации.

      Воздействие ИКИ на организм человека проявляется  как общими, так и местными реакциями. Местная реакция - выражается сильнее при длинноволновом облучении, поэтому при одной и той же интенсивности облучения время переносимости при длинноволновом облучении короче, чем при коротковолновой радиации. За счет большой глубины проникновения в ткани тела коротковолновая область спектра ИКИ обладает выраженным общим действием на организм человека, вызывая повышение температуры глубоколежащих тканей: например, при длительном облучении глаза может привести к помутнению хрусталика (профессиональная катаракта).

      Под влиянием ИКИ в организме человека возникают биохимические сдвиги и изменения функционального состояния центральной нервной системы: образуются специфические биологически активные вещества типа гистамина, холина, повышается уровень фосфора и натрия крови, усиливается секреторная функция желудка, поджелудочной и слюнной желез, в центральной нервной системе развиваются тормозные процессы, уменьшается нервно-мышечная возбудимость, понижается общий обмен.

      При инфракрасном облучении кожи повышается ее температура, изменяется тепловое ощущение. При значительных интенсивностях возникают ощущения жжения, боль. Время переносимости тепловой радиации уменьшается с увеличением длины волны и ее интенсивности, (табл.1) 

Таблица 1. Время переносимости (в секундах) инфракрасной радиации в зависимости от ее интенсивности и длины волны.

 

      Участки кожи, подвергающиеся инфракрасному  облучению, получают большое количества тепла, перегреваются. При сильном перегреве происходит омертвление тканей, так называемый термический ожог. Перегрев сначала носит местный характер, но вследствие циркуляции крови он вскоре охватывает весь организм и самочувствие работающего значительно ухудшается.

      При длительном воздействии высокой  температуры и лучистой энергии  температура тела человека может  повыситься на 1-2 °С. Из организма тогда  усиливается выделение пота, причем пот содержит значительное количество поваренной соли, вследствие чего происходит обеднение крови солью и самочувствие человека ухудшается. При прекращении работы и переходе в помещение с нормальной температурой спустя 20-30 мин. Восстанавливается нормальное самочувствие.

      Влияние радиационного тепла различно в  зависимости от зоны облучения: наибольший эффект наблюдается при облучении  шейной области верхней половины туловища, наименьший - при облучении  ног (области бедра). Выносливость к облучению возрастает с увеличением периода облучения, при котором наблюдаются процессы приспособления (адаптация), сохраняющиеся довольно долго.

      В довольно редких случаях, когда перегрев достигает 40,5 °С и выше и организм не 
в состоянии справиться с ним и нарушениями, которые перегрев вызывает, может 
наступить тепловой удар. Человек тогда впадает в чрезвычайно болезненное состояние, 
которое при определенных условиях может привести к смерти. 

      Для защиты от инфракрасного излучения  применяются следующие экраны: непрозрачные, полупрозрачные и прозрачные.