4.2 Розрахунок інженерного рішення

4.2.1 Розрахунок місцевої вентиляції від зварювальних місць

Для місцевої вентиляції зварювальних місць застосовують панелі рівномірного всмоктування або відкриті зонти. [12].

З метою підвищення ефективності місцевих відсосів їх активують струменем (рисунок 4.1). На вісі потоку такого струменя спостерігається точка, в якій помітний вплив всмоктую чого отвору. Переріз проточного струменя в цьому місці називається критичним. Швидкість проточного струменя приймають 1-2 м/с чи більше, але вона повинна перевищувати швидкість розповсюдження шкідливих викидів. Мінімальну ширину проточного струменя приймають 5 мм, а щілини місцевого підсосу – 50 мм. Максимальну швидкість проточного струменя

над поверхнею обмежують 10 м/с.

Рисунок 4.1 – Схема активації проточним струменем для витяжок типу зонт

Для місцевої вентиляції зварювальних місць обираємо витяжки типу зонт, так як при електрошлаковому зварюванні виділяється значна кількість теплової енергії яка значно розігріває шкідливі викиди.

Витрата повітря, яке використовується зонтом визначають за формулою [12]:

(4.1)

де L_К – витрата повітря, яке підтікає до зонта з конвективним струменем, м³/год;

(4.2)

де F_З та F_И – відповідно площі зонту та джерела тепла, м²;

Q_K – кількість конвективного тепла, яка виділяється з поверхні джерела нагріву, Вт;

(4.3)

де t_И та t₀ – відповідно температури джерела нагріву та навколишнього середовища, ºС;

z – відстань від поверхні джерела тепла до поверхні зонту, м.

Температуру навколишнього середовища приймемо рівною 20 ºС, а температуру джерела нагріву 1700 ºС.

Джерелом нагріву при електрошлаковому зварюванні є шлакова ванна, площа якої для операції зварювання поздовжніх стиків рівна:

(4.4)

де b – величина зазору між деталями, м;

δ – товщина деталей, що зварюються, м.

Відстань від поверхні шлакової ванни до поверхні зонта буде максимальною при зварюванні поздовжніх стиків і буде рівна довжині найбільшої обичайки, а саме 3,39 м.

Визначимо витрату повітря, яка підтікає до зонта з конвективним струменем :

Виходячи з рекомендацій наведених у [12] відношення F_З/F_И приймають рівним 1,5. Отже визначимо визначимо витрату повітря зонтом:

Далі розрахуємо параметри активованого піддуву.

Діаметр приточного отвору:

(4.5)

Діаметр всмоктую чого отвору:

(4.6)

Витрата приточного повітря:

(4.7)

Витрата відсмоктуваного повітря:

(4.8)

де B – відстань між приточним та витяжним отвором, м;

v_min – швидкість потоку в критичному перерізі, м/с;

v₁ – середня швидкість руху потоку в приточному отворі, м/с;

v₂ – середня швидкість руху потоку в витяжному отворі, м/с.

Швидкість приточного струменя у критичному перерізі рекомендують брати рівним у межах 1-2 м/с. Обираємо 2 м/с.

Відстань між приточним та витяжним отвором приймемо рівним довжині найбільшої деталі плюс 200 мм. Тобто B = 3,59 м.

Середню швидкість руху потоку в проточному отворі приймемо рівною 5 м/с.

Середню швидкість руху потоку в витяжному отворі приймемо рівною 10 м/с.

Розрахуємо параметри по формулам (4.5) – (4.8).

Розрахуємо параметри витяжки-зонту для робочого місця, де буде виконуватись приварювання горловин та патрубків напівавтоматичним дуговим зварюванням.

Температуру навколишнього середовища приймемо рівною 20 ºС. Джерелом теплоти є зварювальна дуга, яка горить в середовищі аргону і температура якої сягає 5000 ºС.

При зварюванні в середовищі аргону електрична дуга стискається струменем захисного газу і її проща рівна прощі поперечного перерізу дроту [12]:

(4.9)

де d – діаметр електродного дроту, м;

Відстань від зварювальної дуги до поверхні зонта буде рівна висоті горловини плюс 200 мм, а саме 0,7 м.

Визначимо витрату повітря, яка підтікає до зонта з конвективним струменем :

Приварювання горловини робиться кільцевим швом, тому площа зонту має бути достатньою для перекриття площі горловини. Приймаємо площу зонта 2,8 м². Отже визначимо визначимо витрату повітря зонтом:

Рисунок 4.2 – Схема місцевої витяжки типу «зонт»