Лабораторная работа 2 исследование интенсивности теплового излучения
 Скачать 191.79 Kb.
|
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Цель работы: приобретение навыков инструментального замера величины интенсивности теплового излучения, исследование интенсивности теплового излучения на различных расстояниях от источника и оценка эффективности теплоотражающих экранов. 1 Общие сведения Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий (СН 245-71) требуют, чтобы в рабочей зоне обеспечивалась нормальная температура, не превышающая допустимую. Нормальная температура производственной среды должна находиться в пределах от +10 °С до +30 °С, зона, в которой температура превышает 30 °С, называется опасной. Некоторые производственные процессы характеризуются значительными теплопоступлениями в рабочую зону (от печей, открытого огня и т.п.), оказывая вредное воздействие на организм человека. Так же вредной может оказаться и солнечная радиация, проникающая в производственные здания через застекленные поверхности в окнах и фонарях. По характеру и интенсивности воздействия на организм человека лучистую тепловую энергию подразделяют на три категории: 1 – энергия, исходящая от тел, нагретых до температуры 500 °С, где преобладают инфракрасные лучи с тепловым действием; 2 – энергия, излучаемая телами, нагретыми до 3000 °С, здесь значительное место занимают световые лучи; 3 – энергия, исходящая от тел, нагретых до температуры выше 3000 °С, с преобладанием ультрафиолетовых лучей. Интенсивность воздействия лучистой тепловой энергии определяется количеством теплоты, получаемой при поглощении этих лучей единицей площади поверхности кожи человека в единицу времени. На основании субъективных ощущений человека выявлена характеристика воздействия энергии, которая приведена в таблице 2.1. В зависимости от интенсивности лучистой энергии изменяется время переносимости ее человеком при непрерывном воздействии. Таблица 2.1 Степень переносимости человеком тепловой радиации
При тепловом воздействии терморегуляция организма, т.е. поддержание постоянной температуры тела, осуществляется за счет выделения теплоты в окружающую среду. В обычных условиях отдача теплоты телом человека осуществляется: лучеиспусканием (43,8 %), конвекцией (31,8 %), испарением пота (21,5 %), на нагрев пищи и вдыхаемого воздуха идет 2,9 %. 1.1 Влияние теплового излучения на организм При повышении температуры окружающей среды более 30°С увеличивается доля теплоты, теряемой за счет испарения пота. Если не принимать меры по ликвидации избыточной теплоты (особенно на работах тяжелых и средней тяжести) у рабочего может нарушиться постоянный теплообмен между организмом и внешней средой, что приводит к поражению деятельности нервных центров и даже инвалидности. Ультрафиолетовые лучи, например при электросварке, вызывают острые заболевания глаз, могут приводить к ожогам даже при кратковременном воздействии. Постоянное воздействие теплового излучения с интенсивностью более 3500 Дж/(с  м²) вызывает специфическое поражение органов зрения, при этом температура роговицы глаза может достигать 40…44°С, что приводит к профессиональному заболеванию глаз – катаракте (помутнение хрусталика).1.2 Мероприятия по защите от теплового излучения Требуемое состояние воздушной среды в рабочей зоне может быть обеспечено выполнением определенных мероприятий, основным из которых относятся: механизация и автоматизация производственных процессов, дистанционное управление; устройство систем вентиляции и отопления; защита от источников тепловых излучений (теплоизоляция нагретых поверхностей, экранирование источников излучения и рабочих мест, использование индивидуальных средств защиты, рациональный режим труда и отдыха). Теплоизоляция является эффективным средством уменьшения не только интенсивности теплового излучения от нагретых поверхностей, но и общих тепловыделений, а также предотвращения от ожогов при прикосновении к этим поверхностям. Для теплоизоляции применяют самые разнообразные материалы (специальный бетон и кирпич, минеральную и стеклянную вату, асбест, войлок и т.п.) и конструкции из них. Теплоизоляция должна быть выполнена так, чтобы температура наружных поверхностей технологического оборудования не превышала 45 °С. Экранирование, т.е. устройство оградительных конструкций на пути распространения инфракрасных излучений, является наиболее распространенным и эффективным способом уменьшения интенсивности облучения работающего. Экраны по характеру действия делятся: теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие. Теплоотражающие экраны используются для отражения тепловыделений от поверхностей печей, наружных поверхностей кабин управления, кранов и изготавливаются из листового алюминия, белой жести и алюминиевой фольги, укрепленной на несущем материале – картоне, сетке. Используются также экраны из закаленного стекла «Затос» (силикатное закаленное стекло с пленочным окислооловянным покрытием и легированными добавками), превосходящие по своим отражательным способностям экраны из сталинита. К теплопоглощающим экранам относятся металлические сетки (размер ячейки 3…5 мм), цепные звенья, армированное стекло, водяные завесы. Водяные и цепные завесы, устраиваемые у рабочих окон печей, используются в том случае, когда через экран необходимо вводить детали, заготовки и т.п. Цепные экраны, изготовленные в виде плотной сетки с подвижными петлями или из обыкновенных мелких цепей, снижают лучистый поток на 60…70%, при этом сохраняется возможность наблюдения за ходом технологического процесса. Хороший эффект дают прозрачные водяные завесы в виде сплошной тонкой пленки, образующейся при равномерном стекании воды с гладкой поверхности. Пленочные завесы эффективны, в основном, для экранирования излучения низкотемпературных источников. Водяные завесы поглощают поток тепла до 80% без существенного ухудшения видимости, т.е. являются прозрачными для световых лучей. Для защиты машинистов кранов в горячих цехах, операторов постов управления используются экраны из силикатного и органического стекла. Теплоотводящие экраны выполняются в виде стальных плит, в полостях которых циркулирует вода или водо-воздушная смесь, обеспечивая температуру на наружной поверхности экрана не выше 35 °С. Эффективность теплозащитного экрана определяется по формуле:
где  – интенсивность теплового излучения источника, Вт/м2; – интенсивность теплового излучения за экраном, Вт/м2.Снижение эффекта воздействия теплоизлучения на организм человека достигается за счет рационального питьевого режима, режима труда и гидропроцедур. Для восстановления водного баланса в организме рабочих их снабжают газированной подсоленной водой (от 0,2 до 0,5 % хлористого натрия) из расчета 4…5 л на человека в смену. Такая вода уменьшает жажду, потоотделение потерю массы, способствует снижению температуры тела, улучшению самочувствия, повышению производительности труда. При высокой интенсивности теплового излучения в течение смены устраиваются перерывы, частота и длительность которых определяется условиями и категорией выполняемой работы. С этой целью для работающих устраиваются специальные так называемые радиационные кабины или комнаты отдыха, в которых обеспечивается оптимальный микроклимат. Температура стен в этих комнатах предусматривается более низкая, чем температура воздуха. Средства индивидуальной защиты применяются для снижения воздействия лучистой энергии на организм человека (спецодежда, очки со специальными стеклами-светофильтрами). Лечебно-профилактические мероприятия включают предварительные и периодические медицинские осмотры в целях предупреждения и ранней диагностики заболеваний работающих. 1.3 Нормирование параметров Интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей технологического оборудования, осветительных приборов 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 от 25 до 50 % и 100 Вт/м2 – при облучении не более 25 % поверхности тела. Интенсивность теплового облучения работников от открытых источников (нагретый металл, стекло, пламя и др.) не должно превышать 140 Вт/м2, при этом облучению не должно подвергаться более 25 % поверхности тела и обязательным является использование средств индивидуальной защиты, в том числе средств защиты лица и глаз. При наличии источников теплового облучения работающих устанавливаются следующие величины максимально допустимой температуры воздуха на рабочих местах: 25 °С – при категории работ 1а; 24 °С – при категории работ 1б; 22 °С – при категории работ 2а; 21 °С – при категории работ 2б; 20 °С – при категории работ 3. В целях профилактики тепловых травм температура наружных поверхностей технологического оборудования не должна превышать 45 °С. 2 Экспериментальная часть 2.1 Определение интенсивности теплового излучения с помощью актинометра Интенсивность тепловых излучений в производственных условиях замеряется прибором – актинометром(см. рисунок. 2.1).  Рис.2.1-Инспекторский актинометр ЛИОТ-Н:1- общий вид; 2- приемная часть Устройство и принцип действия. Шкала актинометра отградуирована в диапазоне от 0 до 20 кал/(см² мин). Цена одного деления шкалы ― 0,5 кал/(см² мин).Актинометр предназначен для работы в вертикальном положении. Действие актинометра основано на неодинаковой поглощающей способности зачерненных и блестящих полосок алюминиевой пластинки. Зачерненные полосы при тепловом облучении нагреваются сильнее блестящих, вследствие чего возникает термо э.д.с. К пластине прикреплена батарея из термопар медь-константан, подсоединенная к гальванометру. Величина отклонения стрелки гальванометра соответствует интенсивности падающих на пластинку (приемник) тепловых лучей. Источником лучистой энергии в данной работе служит нагревательное устройство, состоящее из спирали накаливания и отражателя. Порядок работы. 2.1.1. Измерения производятся с открытой крышкой при направлении термоприемника в сторону изучающего тела. Крышка при измерениях является экраном, защищающим руку наблюдателя от нагрева. 2.1.2. После окончания измерения теплоприемник следует закрывать крышкой. Время одного измерения равно 2…3 секундам, так как при длительном облучении прибор может выйти из строя. Экспериментальная лабораторная установка (рисунок 2.2) для определения тепловых излучений состоит из электрической печи со встроенной термопарой, подключенной к гальванометру, актинометра и линейки с делениями через 10 см.  Рис. 2.2 - Схема лабораторной установки: 1 – электрическая цепь; 2 – термопара; 3 – гальванометр; 4 – измерительный прибор (актинометр); 5 – линейка 2.2 Определение плотности теплового потока измерителем плотности ИПП-2 Конструктивно прибор выполняется в пластмассовом корпусе. На передней панели прибора располагаются четырехразрядный светодиодный индикатор, кнопки управления; на боковой поверхности располагаются разъёмы для подключения прибора к компьютеру и сетевого адаптера. На верхней панели расположен разъем для подключения первичного преобразователя. Внешний вид прибора приведен на рисунке 2.3.  Принцип действия прибора основан на измерении перепада температур на «вспомогательной стенке». Величина температурного перепада пропорциональна плотности теплового потока. Измерение температурного перепада осуществляется с помощью ленточной термопары, расположенной внутри пластинки зонда, выступающей в роли «вспомогательной стенки» Рис.2.3. Внешний вид измерителя плотности теплового потока ИПП-2  Индикация измерений и режимов работы прибора Прибор осуществляет опрос измерительного зонда, выполняет расчет плотности теплового потока и индицирует ей значение на светодиодном индикаторе. Интервал опроса зонда составляет около одной секунды. Подготовка прибора к использованию Соединить измерительный блок и измерительный зонд соединительным кабелем Включить прибор коротким нажатием кнопки «Выбор» . При включении прибора осуществляется самотестирование прибора в течение 5 секунд. При наличии внутренних неисправностей прибор на индикаторе сигнализирует номер неисправности, сопровождаемые звуковым сигналом. После успешного тестирования и завершения загрузки на индикаторе отображаются текущее значение плотности теплового потока. После использования выключить прибор коротким нажатием кнопки «Выбор» При эксплуатации прибора его функционирование осуществляется в одном из режимов: «РАБОТА» или «НАСТРОЙКА». После включения и самодиагностики прибор переходи в режим «РАБОТА». Режим «РАБОТА» Режим «РАБОТА» является основным эксплуатационным режимом. Переход в данный режим при выключенном приборе осуществляется кратковременным нажатием на кнопку «Выбор». В данном режиме производится циклическое измерение выбранного параметра. Кратковременным нажатием кнопки » переход между режимами измерения плотности теплового потока и температуры, а также индикации заряда аккумуляторов в процентах 0%. 100%. При этом при переходе между режимами на индикаторе отображается соответствующая надпись выбранного режима. Нажатием копки » в течение двух секунд осуществляется переход прибора в режим «SLEP» (режим сна), в этом режиме прибор гасит светодиодную индикацию, но продолжает измерения текущего параметра и запись статистики. Выход из данного режима производится нажатием любой кнопки. В выключенном состоянии прибор прекращает измерения и запись автоматической статистики, при этом все настройки работы прибора и часов реальною времени сохраняются. Светодиод состояния аккумулятора мигает, когда батарея разряжена на 90%, горит постоянно при заряде батарей и погашен при заряженной батарее. Светодиод нарушения порогов мигает при нарушениях порогов. При нахождении прибора в режиме «SLEP» мигает точка в четвертом разряде индикатора. 3 Порядок выполнения работы и оформление отчета 3.1 Определение интенсивности теплового излучения 3.1.1. Включить в сеть нагревательное устройство. Перед нагревателем установить линейку, размеченную через 10 см. Подготовить актинометр к работе, для чего откинуть крышку на задней стенке актинометра, закрывающую термобатарею. 3.1.2. Расположить актинометр на нужном расстоянии от источника и, направив термобатарею на источник облучения, произвести отсчет показаний прибора. Такие замеры сделать через каждые 10 см, замер следует начинать от наиболее удаленной точки (1 м). Длительность одного замера (термобатарея с откинутой крышкой направлена на источник) не должна превышать 2…3 секунды. 3.1.3. Результаты замера актинометром занести в табл. 2.21. Таблица 2.2. Результаты исследования интенсивности теплового излучения
3.1.4. Перевести единицы измерения - кал/(см² мин) в Дж/(с м²), (1 кал = 4,2 Дж); определить воздействие и переносимость при непрерывном облучении.3.1.5Построить график зависимости Q = f(l). 3.1.6 Определить на графике зависимости Q = f(l) область опасного воздействия теплового излучения на организм человека. 3.1.7 Сделать выводы. 3.2 Оценка эффективности теплозащитных экранов Для оценки эффективности теплозащитных экранов используются: теплоотражающий экран из поликарбоната; теплопоглощающий экран из ламинированного ДВП; теплоотражающие экраны из металлических сеток (цепей) Измерение интенсивности тепловых потоков производится измерителем плотности теплового потока ИПП-2. Последовательность выполнения работы: Произвести измерение интенсивности теплового излучения без теплозащитных экранов на различном расстоянии от источника излучения. Произвести измерения интенсивности теплового излучения на тех же расстояниях с использованием теплозащитных экранов. Рассчитать эффективность используемых теплозащитных экранов. Полученные данные заносим в таблицу 2.3. Сделать вывод о наиболее эффективном теплозащитном экране. Таблица 2.3. Результаты оценки эффективности теплозащитных экранов
4. Безопасность при проведении работы 4.1. Приступать к выполнению работы только после полного ознакомления с методическим указанием и разрешения преподавателя. 4.2. По окончанию работы обесточить приборы. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
