Міністерство освіти, науки, молоді та спорту України

Хмельницький національний університет

Охорона праці

Системи контролю небезпечних та шкідливих виробничих факторів

для студентів напрямку „Охорона праці”

Методичні вказівки до лабораторних робіт

Затверджено на засіданні кафедри охорони праці та безпеки життєдіяльності Протокол № від -.01.2013р.

Розробив доцент кафедри охорони праці та безпеки життєдіяльності _____________Нестер А.А. ____ ________ 2013

Хмельницький, 2013

Системи контролю небезпечних та шкідливих виробничих факторів

Методичні вказівки до лабораторних робіт для студентів напрямку 6.170202-„Охорона праці” галузі знань 1702-„Цивільна безпека” //А.А.Нестер,– Хмельницький: ХНУ, 2013. – 54 с.

Укладачі: Нестер А.А., к.т.н., доц.;

Відповідальний за випуск: Калда Г.С., д.т.н., проф.

Редактор-коректор:

Комп’ютерна верстка:

Макетування та друк здійснено редакційно-видавничим центром Хмельницького національного університету (м. Хмельницький, вул. Інститутська, 7/1). Підписано до друку __.__.2013 р. Тираж ___ прим. Зам. №

На лабораторних роботах студенти знайомляться з будовою різних приладів, набувають навичок виконання досліджень та вимірювань, глибше засвоюють матеріал.

Під час виконання лабораторних робіт студенти повинні дотримуватись таких правил техніки безпеки:

1) ​ не починати їх виконання, не прослухавши інструктаж з техніки безпеки і не розписавшись у журналі реєстрації інструктажу;

2) ​ виконувати усі вказівки викладача;

3) ​ не підходити до обладнання, що не використовується під час виконання даної лабораторної роботи; не робити яких-небудь включень і переключень, які не передбачені порядком виконання даної лабораторної роботи;

4) ​ повідомляти викладачеві про усі помічені несправності у роботі установок та порушення правил техніки безпеки;

5) ​ у разі виникнення нещасного випадку негайно відключити лабораторну установку, надати першу допомогу постраждалому та повідомити про це викладачеві.

До початку лабораторної роботи студент повинен вивчити теоретичний матеріал, пов’язаний з її виконанням, ознайомитись з будовою приладів, що використовуються, та порядком виконання роботи. Після закінчення досліджень необхідно скласти звіт і захистити лабораторну роботу.

Звіт включає:

назву та мету лабораторної роботи;

1) ​ перелік приладів та обладнання, що використовувались;

2) ​ законспектовану теоретичну частину;

3) ​ розрахункові формули, за якими виконувались обчислення;

4) ​ таблиці з результатами досліджень;

5) ​ графіки;

6) ​ висновки.

Усі схеми, таблиці та графіки звіту повинні мати назви. Текст звіту має бути лаконічним, зрозумілим і не повинен вимагати додаткових усних пояснень.

Лабораторна робота № 1 захист апаратів від руйнації розривними мембранами

Мета роботи-ознайомлення з принципом захисту апарату від руйнації розривною мембраною.

Загальні положення.

На підприємствах різного напрямку широко застосовуються апарати, автоклави, реактори, судини, які працюють під тиском. Судини, які працюють під тиском це герметичні ємкості, призначені для ведення хімічних та теплових процесів, а також для зберігання та перевозки стиснених газів, рідин під тиском.

Для запобігання руйнуючої дії підвищеного тиску в апаратах, як правило, застосовують розривні мембрани. Мембрани являють собою пластинки з чавуну, міді, алюмінію або інших матеріалів. Вони повинні бути розраховані на міцність так, щоб при перевищенні тиску у судині не більш ніж на 25% проти робочого вони руйнувалися і давали вихід продукту назовні.Мембрани можуть працювати самостійно, так і в комплекті з запобіжними клапанами. Приклад конструктивного виконання мембран, а також вузлу кріплення приведений на рис. 1.1, рис. 1.2, рис. 1.3.

Рис.1.1-Мембрани з каліброваними рисками: а-пересічними б-з перемичкою	Рис.1.2-Відривні ковпачки (мембрани)

Розрахунком визначають два параметри мембрани: діаметр і товщину. Діаметр мембрани (штуцера під мембрану) повинний бути таким, щоб її пропускна спроможність була рівною або більше кількості надлишкових газів, що утворяться в одиницю часу при роботі компресора або вибуху всередині ресивера.

Для зрізної мембрани орієнтовне середнє значення зрізу буде визначатись формулою:

, (1)

де -межа міцності матеріалу на зріз, кгс/см²;

-товщина заготовки, мм;

d-робочий діаметр мембрани, мм.

Мембрани можуть працювати самостійно та в комплекті з запобіжними клапанами.Приклад такого використання приведено на рис.1.4.

Рис.1.3-Вузол кріплення зрізної мембрани 1-мембрана; 2-прижими; 3-фланці з плоским ущільненням

Рис.1.4-Захисний пристрій з запобіжного клапану та розривної мембрани. 1-судина; 2-мембрана; 3-запобіжний клапан; 4-вихлопна труба; 5-манометр; 6-контрольна трубка; 7-пробний вентиль.

Прохідний перетин F мембрани розраховують у такий спосіб: для докритичного режиму витікання, тобто при

(2)

для критичного і зверхкритичного режимів витікання, т.ч. при (3)

де F - прохідний перетин мембрани, віднесений до 1 м³ обсягу апарату, м²/м³;

P_MAX - максимальний тиск, кгс/см²;

P_M - тиск, що руйнує мембрану, кгс/см²;

- середня швидкість збільшення тиску в експериментальнії ємкості, кгс/(см²сек);

V_A - об’єм апарату, м³

V₀ - об’єм експериментальної ємкості, у якій визначають величину ;

P_C - тиск середовища, у яку скидають продукти сгорания (вибуху) з апарата (при скиданні в атмосферу приймаємо P_C = 1 кгс/см²);

- щільність продуктів вибуху, або повітря в апараті, кг/м³;

k - показник адіабати.

Товщину мембрани (у см), виконаної з пластичного матеріалу і маючої форму півсфери, визначають по рівнянню

(4)

де - перепад тиску, при якому відбувається руйнація мембрани (), кгс/см²;

r-радіус мембрани, см;

k₁, k₂- коефіцієнти, що враховують пружні властивості мембрани (для чавуна = 1, k₂ = 0; для вуглеродистих і низьколегованих сталей k₁ = 1,18; k₂ = 0,5; для алюмінію і міді k₁ = k₂ = 1);

- тимчасовий опір розриву матеріалу мембрани, кгс/см².

Зміст роботи:

1.Визначити максимальний тиск Рмах в судині і час його розвитку.

2.Встановити середню швидкість збільшення тиску

3.Експериментально визначити оптимальний прохідний перетин діафрагми для судини компресора ;

4. розрахувати прохідний перетин мембрани [по формулах (1…4)], та вибрати величини для заданного тиску.

Обладнання для виконання роботи:

Компресорна установка з ресівером, мембранний вузол з плоскою мембраною, манометр з шкалою до 10 кгс/см², набір гаєчних ключів. Схема установки для досліджень приведена на рис.1.5

Рис.1.5-Схема установки для дослідженя захисту апаратів від руйнації розривними мембранами:

1-клапан запобіжний; 2-ресівер; 3-фланець; 4-резинова прокладка;5-шайба захисна; 6-фланець; 7-кріплення;

8-мембрана розривна; 9-манометр;

10-шайба металічна з змінним отвором.

Установка складається з ресівера 2 (рис.1.5), в якому тиск піднімається компресорною установкою. На ресивері встановлено конструкцію з розривною мембраною 8, захисними шайбами 5 з електрокартону, манометром 9, які встановлені згідно рис.1.5.

Компресор пересувний для виконання роботи представлено на рис.1.6.

Рис.1.6 Компресор пересувний для виконання роботи

Порядок виконання роботи

1. Вивчити будову компресорного пристрою для виконання лабораторної роботи та техніку безпеки при роботі з нею.

2. Вивчити будову мембранного вузла та складання його на ресивері установки.

3. Визначити параметри установки, необхідні для виконання розрахунків та проведення досліду: тиск, харектеристики мембрани.

4. Підготувати до роботи компресорну установку, для чого зібрати мембранний вузол на установці.

5. Включити компресорну установку в роботу та визначити тиск спрацьовування мембрани, а також час розвитку тиску.

6. Повторити випробування та визначити тиск спрацьовування мембрани, виготовленної з різних матеріалів, та при різних прохідних перетинах.

7. Порівняти характеристики спрацьовування мембрани з розрахунковими та зробити висновки.

Середню швидкість збільшення тиску визначають із співвідношення:

(5)

де P_Н - початковий тиск, кгс/см².

При визначенні прохідного перетину мембрани заглушку в гнізді заміняють на діафрагму. Потім експеримент повторюють і з іншими діафрагмами в зазначеному порядку.

В результаті експерименту повинні одержати чотири показники для діафрагм з отворами 20, 30, 40 і 50 мм; значення показників заносять до табл.1.1.

По отриманим даним будують залежність

 (6)

де F - розмір отвору діафрагми, см².

Оптимальний прохідний перетин діафрагми визначається точкою перетину отриманої залежності (5) з прямою проведеною від осі ординат, на якій відмічена точка тиску.

Прохідний перетин мембрани розраховують по формулах (2) або (3). Отримані розрахункові дані порівнюють з експериментальними.

Таблиця 1.1

Номер дослі-ду	Розмір отвору діафрагми, см2	Максимальний тиск, PMAX, кгс/см2	Час розвитку тиску , сек		Приміт ка

Основні положення техніки безпеки при виконанні робіт.

1.Ретельно виконувати вказівки викладача, або лаборанта, які проводять заняття.

2.Оскільки робота проводиться при підвищеному тиску, то стояти навпроти вихлопу газу забороняється.

3.Виконати необхідні процедури для заземлення установки.

4.Перед початком випробувань мембрани налагодити роботу запобіжного клапану і впевнитись в його дієвості.

5.При збільшенні тиску вище 6 кгс/см² відключити обладнання та вияснити причину.

Контрольні питання.

1. Призначення захисних мембран і їх конструктивне виконання.

2. Матеріали, які використовуються для виготовлення мембран і їх характеристики.

3. Охарактеризувати поняття - прохідний перетин.

4. Величини допустимого підвищеного тиску.

5. Розрахунок прохідного перетину захисної мембрани.

6. Вплив параметрів установки та судин на захісні якості мембран.

Література

1. Т.Ф.Кондратьева Предохранительные клапаны. Л.:Машиностроение, -1976.

2. Охрана труда в машиностроении. Под редакцией Е.Я.Юдина, С.В.Белова.-М.: Машиностроение, -1983.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2