Тепловое излучение и его параметры

Теплоотводящие экраны представляют собой полые металлические плиты, в которых циркулирует вода или водо-воздушная смесь. В качестве полупрозрачных теплоотводящих экранов (для наблюдения или ввода через него материалов или инструмента) используют металлические сетки с размером ячейки 3÷3,5 мм, цепные завесы, армированное металлической сеткой стекло. Металлические сетки применяют при интенсивностях облучения 350÷1050 Вт/м². Эффективность экранов из однослойной сетки - 33÷50% , двухслойной 57÷74%. Цепные завесы и армированное металлической сеткой стекло с эффективностью до 70% применяют при интенсивности облучения 700÷5000 Вт/м². для повышения эффективности тепловой защиты устанавливают двойные экраны или применяют орошение экранов водяной пленкой.

Прозрачные теплопоглощающие экраны изготавливаются из различных бесцветных или окрашенных стекол: силикатное – для защиты от источников с температурой до 700 ⁰С; органическое – для защиты от источников с температурой до 900 ⁰С. Эффективность теплозащиты стекол зависит от температуры источника излучения, так при Т=1000⁰С она достигает 86%.

При воздействии на работающего  теплового облучения интенсивностью 350 - 2100 Вт/м² применяют воздушное душирование (подача приточного воздуха в виде воздушной струи, направленной на рабочее место), усиливающее конвективный отток теплоты. При интенсивности облучения на рабочем месте свыше 2100 Вт/м² следует, по возможности, уменьшить облучение, предусматривая экранирование и другие мероприятия, или проектировать устройства для периодического охлаждения рабочих (комнаты отдыха - воздушные оазисы), водо-воздушное душирование, усиливающее отток теплоты как за счет конвекции, так и за счет испарения влаги.

Охлаждающий эффект воздушного душирования  зависит от разности температур тела работающего и потока воздуха, а  также от скорости обтекания воздухом охлаждаемого тела. Для обеспечения на рабочем месте нормативных значений температуры и скорости воздуха, а также предельно допустимых концентраций по газу и пыли ось воздушного потока направляют на грудь человека горизонтально или сверху под углом 45⁰ . Расстояние от места выпуска до рабочего места принимают не менее 1 м.

Воздушное душирование осуществляется свободными или полуограниченными струями, создаваемыми воздухораспределителями. В зависимости от категории тяжести работ, интенсивности ИКИ скорость движения в струе колеблется в пределах от 1,0 до 3,5 м/с, температура воздуха в струе  17÷28 ⁰С.

Воздушные оазисы представляют собой  рабочую зону, ограниченную легкими  переносными перегородками, со скоростью воздуха в ней 0,2÷0,4 м/с.

Воздушные завесы используют для устранения доступа нагретого (холодного) воздуха на постоянные рабочие места, расположенные вблизи ворот, дверей, технологических проёмов или в помещениях, не имеющих тамбуров и т.п. Существуют различные типы завес: шиберного и смешанного типа, постоянно и периодически действующие. например, завесы шиберного типа в результате частичного перекрытия проёма воздушной струёй снижают порывы наружного воздуха через открытый проём. Завесы шиберного типа периферического действия устанавливаются у ворот, не имеющих тамбуров и открывающихся не менее пяти раз в смену или не менее 40 минут в смену, и у открывающихся технологических проемов в наружных ограждающих конструкциях зданий в районах с расчетной температурой наружного воздуха –15 ⁰С и ниже.

Воздушная струя завесы направляется, как правило, под углом 30⁰ к плоскости проема, то есть под некоторым углом навстречу к нагретому (холодному) потоку. Скорость выпуска воздуха из щелей воздушной завесы 8÷15 м/с. Температура воздуха, подаваемого воздушно-тепловыми завесами, принимается не выше 50 ⁰С у наружных дверей и 70  ⁰С у ворот и технологических проемов.

Описание лабораторной установки и применяемых приборов.

Принципиальная схема лабораторной установки представлена на рисунке 1.

Стенд представляет собой лабораторный стол 1, выполненный в виде металлического сварного каркаса, на котором устанавливается столешница 2 и устройство 3 для создания водяной завесы, а под столешницей - замкнутая гидросистема 4 и ящик 5 для хранения комплекта сменных элементов. Ящик и гидросистема закрыты стенками и дверцами.

Стенки и дверцы закрепляются на металлическом каркасе стенда. На столешнице 2 закреплены направляющие 6 линейного перемещения, пульт управления 7, линейка 8 и установлен имитатор 9 источника теплового излучения (бытовой электрокамин).

На направляющих 6 установлены две каретки 10. На одной из кареток закреплен датчик 11 измерителя теплового излучения 12 (радиометр неселективный «АРГУС –03»), на другой устанавливаются сменные экраны 13.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис.1

Устройство 3 для создания водяной завесы представляет собой металлическую трубу с заглушкой на одном конце и системой отверстий, просверленных по прямой линии вдоль трубы, для выпуска воды.

Непосредственно под устройством 3 расположен бак 14 для приема воды. Имитатор 9 источника теплового излучения имеет защитный кожух 15. Замкнутая гпдросистема 4, питающая устройство З, для создания водяной завесы, состоит из водяного насоса 16, предохранительного клапана 17, бака 14 для приема воды, сетчатого фильтра 18.

Все элементы гидросистемы соединяются  между собой и устройством  для создания водяной завесы гибкими шлангами.

Бак 14 имеет штуцер для слива воды. Клапан 17 предназначен для регулирования напора воды в устройстве 3 для создания водяной завесы.

Ящик 5 имеет направляющие для установки сменных экранов.

Включение установки, водяного насоса и имитатора источника теплового излучения в сеть переменного тока напряжением 220 V осуществляется с помощью специального переходного удлинителя.

К работе со стендом допускаются  лица, ознакомленные с его устройством  и принципом действия. Запрещается снимать защитный экран, которым закрыт источник теплового излучения. Все подключения и работы на стенде проводить сухими руками.

Принцип работы неселективного радиометра «АРГУС –03» основан на преобразовании потока излучения создаваемого источниками, в непрерывный электрический сигнал, пропорциональный энергетической освещенности, который затем преобразуется аналого-цифровым преобразователем в цифровой код, индуцируемый на цифровом табло индикаторного блока. В измерительной головке установлен первичный преобразователь излучения – термоэлемент для измерения энергетической освещенности. На передней панели индикаторного блока размещен переключатель пределов измерений и гнезда для сигнала с выхода головки. Показания прибора индуцируются в единицах «Вт/м²».

Порядок работы с прибором:

1. Установить измерительную головку прибора в месте, где необходимо произвести измерение. Индикаторный блок разместить в месте, удобном для снятия показаний с индикаторного табло. Переключатель пределов должен быть установлен в положении «off».
2. Включить прибор, для этого переключатель установить в положение «Вт/м²». При этом должны появиться показания на цифровом табло. Если в левой части табло загорается индикатор разряда батарей «bat», необходимо сменить элемент питания.
3. Закрыть приёмную головку, измерить и записать «темновое» значение (U_Т ) для дальнейшего вычисления значения энергетической освещенности.
4. Открыть измерительную головку. На табло индицируется энергетическая освещенность в «Вт/м²». Провести расчет значения энергетической освещенности, измеренной радиометром по формуле:

E=U₀ - U_Т

где U₀ и U_Т – показания радиометра при открытой и закрытой головке соответственно.

5. Если на табло индицируется единица наивысшего разряда, а цифры остальных разрядов не горят, это означает перегрузку для данного предела измерений.

Внимание: Не разрешается производить измерения  энергетической освещенности, превышающей верхний предел диапазона измерений – 2000 Вт/м²во избежании выхода из строя датчика измерительной головки.

6. Перед первым измерением рекомендуется выдержать прибор включенным в течении 30 минут.
7. По окончании работы, во избежание преждевременной разрядки элементов питания, необходимо выключить прибор, установив для этого переключатель в положение «off».

Порядок проведения работы.

1.Ознакомиться с требованиями безопасности и соблюдать их при выполнении работы:

а) перед началом выполнения работы ознакомиться с устройством лабораторного  стенда, приборами и правилами  их эксплуатации;

б) не прикасаться к нагревательному  элементу – электрокамину;

в) не допускать перегрузки (зашкаливания) измерительного прибора;

г) не включать электрокамин на полную мощность без использования теплозащитных экранов;

д) отключить стенд по окончании  выполнения работ.

2. Подключить стенд к электрической  сети, используя удлинитель для подключения источника теплового излучения.

3. Включить источник теплового  излучения и измеритель теплового  потока. Для установления постоянного  теплового излучения источник  должен прогреться.

Задание I. Исследование изменения интенсивности излучения в зависимости от расстояния до источника.

1.Установить головку измерителя  теплового потока в штативе,  выдвинув её относительно стойки на 10 см.

2. Измерить интенсивность теплового  потока I в 5÷6 точках на различном удалении от источника L, перемещая вдоль линейки штатив с измерительной головкой прибора.

3. Определить норму теплового  излучения применительно к условиям  выполняемой работы.

4. Результаты замеров занести  в первую строку табл.1

5. Построить график зависимости I=f(L). Сделать выводы, объяснить характер кривой.

Задание II. Исследование эффективности применения различных экранов.

1.Поочереди установить между  источником и измерительным элементом  защитные экраны и определить  интенсивность излучения на различном  удалении от источника ИКИ.  При этом экран предварительно необходимо прогреть в течение 2÷3 мин. Результаты занести в табл. 1.

2. Оценить эффективность защитного  действия экранов по зависимости  (6).

3. Построить графики зависимостей I=f(L) для различных видов защитных экранов. Сделать выводы.

Задание III. Исследование эффективности комбинированной тепловой

 защиты (экран +водяная завеса).

1.Установить указанный преподавателем  защитный экран. Включить водяную  завесу. Перед началом измерений дать экрану прогреться в течение 2÷3 мин.

2. Измерить интенсивность теплового потока I в 5÷6 точках на различном удалении от источника L, для комбинированного экрана, перемещая вдоль линейки штатив с измерительной головкой прибора. Занести результаты измерений в табл. 1.

3. Оценить по зависимости (6) эффективность защитного действия комбинированного экрана. Сравнить полученную эффективность с эффективностью того же экрана, определенной в задании 2.

4. Построить график зависимости I=f(L) для комбинированного экрана.

Таблица 1.

№ п/п	Вид защитного экрана	Интенсивность ИКИ I (Вт/м2) на расстоянии L (см) от источника						Норма ИКИ (ГОСТ 12.1.005-88)	Эффективность экранирования
		30	40	50	60	70	80
1	Без экрана
2	Цепной экран
3
4
5
6	Комбинированный экран

Контрольные вопросы.

1.  От чего зависит количество  лучистого тепла поглощаемого  телом человека ?

2.  Какими способами осуществляется  теплообмен человека с окружающей  средой ?

3. При каких условиях возможен  отвод тепла организма человека  и при каких условиях возможен перегрев организма ? 

4.  При какой длине волны  инфракрасного излучения  возможно  возникновение теплового удара и каковы его симптомы ?

5.  Какие существуют способы  борьбы с тепловым облучением  человеческого организма ?

6.  Какие типы экранов вы знаете и каков принцип их действия ?

7.  Как определить эффективность  защиты от теплового излучения  ?

8. Какой вид излучения является  превалирующим у человека, находящегося  в комфортных условиях ?

9.  Дать определение ИКИ и  привести его характеристики.

10.Перечислите основные источники  ИКИ.

11.Принцип нормирования ИКИ и  допустимые величины.

12.Перечислите методы и средства  защиты от ИКИ.