РАСЧЕТ СИСТЕМЫ МЕСТНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ СВАРОЧНОГО ПОСТА

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается расчёт системы местной вентиляции для сварочного поста. Цель работы — обеспечить безопасные условия труда для сварщика, который выполняет ручную сварку неплавящимся электродом в среде защитного газа аргона. Расчёт включает определение расхода отводимого воздуха и моделирование работы системы в программе Solidworks 2024. Были рассчитаны валовые выбросы различных веществ при сварке и определён оптимальный расход воздуха для их удаления. Исследовано влияние высоты подъёма вытяжного зонта, смещения зоны сварки относительно центра зонта и наклона зонта на эффективность удаления частиц воздуха.

Ключевые слова: фильтровентиляционная установка, сварка неплавящимся электродом, аргон.

Процесс сварки сопряжён с выделением в рабочую зону целого комплекса вредных веществ, способных оказывать негативное воздействие на здоровье работника. Данная работа посвящена расчету системы местной вентиляции сварочного поста. Цель работы – рассчитать параметры системы местной вентиляции для обеспечения безопасных условий труда для сварщика, выполняющего ручную сварку неплавящимся электродом в среде защитного газа аргона.

Нормализация воздушной среды сварочного цеха может быть достигнута в результате работы комплексной системы вентиляции, состоящей из двух подсистем: общеобменной и местной приточно-вытяжных вентиляционных систем [1].

Система местной вентиляции улавливает загрязнения непосредственно в месте их образования и не позволяем им попасть в зону дыхания сварщика.

При ручной электросварке в среде защитного газа аргона наиболее часто в качестве устройств местной вентиляции применяются мобильные фильтровентиляционные установки. Данные устройства оснащены встроенным фильтром, очищающим воздух, отведенный из зоны проведения сварочных работ. Это позволяет осуществлять выброс в помещение цеха без подключения к системе воздуховодов общеобменной вентиляции [2].

Важный этапом в расчете вентиляции является определение расхода отводимого воздуха. При сварке в среде инертного защитного газа (аргона) следует обеспечить эффективное изъятие сварочного аэрозоля из дыхательной зоны сварщика. При этом конфигурация воздушных потоков должна исключать негативное воздействие на технологический процесс, то есть необходимо предотвратить унос защитного газа от сварочного шва.

Моделирование работы системы местной вентиляции проводилось в программе Solidworks 2024.

Выбросы от технологической операции были посчитаны в программе «Сварка» версии 3.1.24 от 24.09.2021 фирмы «Интеграл».

Рассматривалась полуавтоматическая сварка проволокой марки АМЦ.

 Согласно полученным данным валовые выбросы составили: диАлюминий триоксид – 0.0010625 г/с, диЖелезо триоксид – 0.0000313 г/с, Марганец и его соединения – 0.0000313 г/с, Азота диоксид – 0.0000182 г/с, Пыль неорганическая – 0.0000260 г/с.

Итоговый выброс частиц сварочного аэрозоля составил 0,0011511 г/с.

Схема местной вытяжной вентиляции представлена на рисунке 1, где

1 – вытяжной зонт; 2 – сварочный стол; 3 – зона сварки; Н – высота подъема вытяжного зонта; α – угол наклона вытяжного зонта; В – смещение зоны сварки относительно центра вытяжного зонта.

Рисунок 1. Схема вытяжного зонта круглой формы

При высоте подъема вытяжного зонта Н = 500 мм (В = 0, α = 0) расхода воздуха L = 0,2 м³/с (720 м³/ч) недостаточно для удаления всех веществ из зоны проведения сварочных работ. Наблюдается вынос частиц в рабочую зону. Для улавливания всех частиц пыли необходимо увеличить расход удаляемого из рабочей зоны воздуха. При L = 0,3 м³/с (1080 м³/ч) вынос частиц прекращается. Следовательно, оптимальный расход – 0,3 м³/с.

При уменьшении высоты подъема вытяжного зонта до 350 мм при расходе 0,3 м³/с, скорость движения частиц в зоне работы сварщика увеличилась, но осталась в пределах нормативных значений (0,5-1,5 м/с). При этом необходимо увеличить расход аргона, который стал быстрее удаляться с поверхности шва из-за увеличения скорости воздуха. Уменьшить расход воздуха не оказалось возможным, так как при L = 0,2 м³/с наблюдается вынос частиц за пределы вытяжного зонта.

Оптимальная высота подъема зонта – 500 мм.

При смещении зоны сварки относительно центра вытяжного зонта на В = 250 мм (Н = 500, α = 0) эффективность удаления частиц воздуха падает. Для того, чтобы полностью уловить сварочный аэрозоль, необходимо увеличивать расход до 0,5 м³/с (1800 м³/ч), что приводит к увеличению скорости движения воздуха. Это, в свою очередь, способствует ухудшению условий труда. Так же ухудшается качество сварного соединения по причине снижения концентрации аргона в сварочной ванне.

Оптимальное смещение зоны сварки относительно центра вытяжного зонта – 0 мм.

Вследствие наклона вытяжного зонта на угол α = 30° изменилась траектория движения частиц сварочного аэрозоля. Сократился вынос веществ за пределы вытяжного зонта.

При этом удаляемые вещества проходят через зону дыхания сварщика.

Для корректировки траектории частиц сварочного аэрозоля целесообразно применять стол с передувкой.

Расход воздуха, подаваемого через передувку L_п = 0.1 м³/c (рисунок 2).

Рисунок 2. Скорость движения частиц сварочного аэрозоля, м/с и концентрация аргона в зоне сварки (Н = 500 мм; В = 150 мм; α = 30°; L = 0,3 м³/с; L_п = 0.1 м³/c)

Данные параметры фильтровентиляционной установки являются оптимальными при заданных условиях.

Список литературы:

1. Шаптала В.В., Хукаленко Е.Е., Северин Н.Н., Гусев Ю.М. Устройства и процессы вентиляции при выполнении электросварочных работ // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2020. № 9. С. 21–29.
2. Стаценко В.Н., Воробьев А.Ю., Садыков Р.Х., Гончарова И.А. Методика проектирования вентиляции сварочных участков и цехов: учебное пособие для вузов / Политехнический институт ДВФУ. – Владивосток: Изд-во Дальневост. федерал. ун-та, 2022. – 1 CD. 70 с.