способ оценки запыленности рабочей зоны
| Классы МПК: | G01N5/00 Анализ материалов путем взвешивания, например взвешивание малых частиц, выделенных из газов или жидкостей |
| Автор(ы): | Кочетов Олег Савельевич (RU), Стареева Мария Олеговна (RU) |
| Патентообладатель(и): | Кочетов Олег Савельевич (RU), Стареева Мария Олеговна (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2010-05-21 публикация патента:
27.06.2011 |
Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам систем безопасности. Способ оценки запыленности рабочей зоны заключается в принудительном осаждении аэродисперсных примесей на фильтр из определенного объема воздуха. При этом сначала подготавливают и настраивают аппаратуру для определения массы чистого фильтра. Затем взвешивают чистый фильтр на весах (аналитических или электронных). После чего настраивают установку для принудительного осаждения пылевого аэрозоля в рабочей зоне производственного помещения. Далее производят отбор пробы воздуха с улавливанием пылевых частиц на фильтр. Затем взвешивают фильтр с уловленными частицами пыли. После чего вычисляют концентрацию пылевого аэрозоля в миллиграммах на кубический метр по формуле: С=(m2-m1)/V0, где m2 - масса запыленного фильтра, мг; m2 - масса чистого фильтра, мг, V0 - объем воздуха (м3), прошедший через фильтр. При этом объем воздуха (м3), прошедший через фильтр, предварительно необходимо привести к нормальным условиям (т.е. к объему, который он занимал бы при температуре 0°С и нормальном атмосферном давлении, равном 101325 Па) по формуле: 
где 273 - абсолютная температура, К; Т - температура воздуха (газа), °С; Вф - фактическое барометрическое давление в момент отбора пробы, Па; Вн - нормальное атмосферное давление, равное 101325 Па; 
- скорость отбора пробы, л/мин; 
- время отбора пробы, мин; 1000 - коэффициент перевода литров в кубические метры (1 м3=1000 л). После чего оценивают запыленность воздуха рабочей зоны, сравнивая полученную концентрацию с допустимой величиной. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности, быстродействия и надежности срабатывания системы. 3 ил., 2 табл. 
Формула изобретения
Способ оценки запыленности рабочей зоны, заключающийся в принудительном осаждении аэродисперсных примесей на фильтр из определенного объема воздуха, отличающийся тем, что сначала подготавливают и настраивают аппаратуру для определения массы чистого фильтра, затем взвешивают чистый фильтр на весах (аналитических или электронных), после чего настраивают установку для принудительного осаждения пылевого аэрозоля в рабочей зоне производственного помещения, затем производят отбор пробы воздуха с улавливанием пылевых частиц на фильтр, взвешивают фильтр с уловленными частицами пыли, вычисляют концентрацию пылевого аэрозоля в миллиграммах на кубический метр по формуле:
C=(m2-m1)/V0 ,
где m2 - масса запыленного фильтра, мг; m1 - масса чистого фильтра, мг.
V0 - объем воздуха (м3), прошедший через фильтр,
при этом объем воздуха (м3), прошедший через фильтр, предварительно необходимо привести к нормальным условиям (т.е. к объему, который он занимал бы при температуре 0°С и нормальном атмосферном давлении, равном 101325 Па) по формуле
где 273 - абсолютная температура, К; Т - температура воздуха (газа), °С; Вф - фактическое барометрическое давление в момент отбора пробы, Па; Вн - нормальное атмосферное давление, равное 101325 Па; - скорость отбора пробы, л/мин; - время отбора пробы, мин; 1000 - коэффициент перевода литров в кубические метры (1 м3=1000 л),
и оценивают запыленность воздуха рабочей зоны, сравнивая полученную концентрацию с допустимой величиной.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам систем безопасности.
От химического состава пыли зависит ее биологическая активность, в частности фиброгенное, аллергенное, токсическое и раздражающее свойства. Фиброгенность пыли (способность превращать эластичную легочную ткань в грубую, рубцовую, не участвующую в усвоении кислорода из выдыхаемого воздуха) зависит главным образом от содержания в ней свободной двуокиси кремния (SiO2). Чем больше содержание в пыли свободной двуокиси кремния, тем более агрессивной она считается.
Известно, что для исследования концентрации пыли и ее дисперсного состава применяют весовой, счетный фотометрический и радиометрический методы (см. Белов С.В. Учебник по безопасности жизнедеятельности. - М.: Высшая школа, 2003 г.).
При весовом методе определяется концентрация пыли, выраженная в миллиграммах на один кубический метр воздуха.
При счетном методе подсчитывается число пылевых частиц, содержащихся в одном кубическом сантиметре исследуемого воздуха, а также определяются их размеры (дисперсность - фракционный состав пыли) под микроскопом или с помощью кинопроекционной аппаратуры. Счетный метод является вспомогательным к весовому, он применяется чаще всего в гигиенических исследованиях.
Приборы для измерения запыленности воздуха методом фотометрии получили название фотопылемеров. Принцип действия этих приборов основан на измерении фотометрическим способом изменения (ослабления) интенсивности светового потока, проходящего через запыленный воздух. Фотопылемеры позволяют легко и быстро определять концентрацию пыли в воздухе, но сильно уступают в точности измерения весовому методу с применением аналитических фильтров АФА-В.
Принцип действия радиометрических приборов (например, ИЗВ-3) основан на определении степени поглощения альфа-излучения отобранной на фильтр пробы. При наличии в воздухе радона прибор одновременно обеспечивает измерение его короткоживущих дочерних продуктов.
Известны приборы, работа которых основана на других принципах действия. Однако все они, обладая одним достоинством - быстротой анализа, имеют один общий недостаток - меньшую точность результата (погрешность ±30% и более).
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является способ определения концентрации пыли по SU № 1631364, G01N 15/00, 1991 г. (прототип).
Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность срабатывания и малое быстродействие системы отбора пробы.
Технический результат - повышение эффективности, быстродействия и надежности срабатывания системы.
Это достигается тем, что в способе оценки запыленности рабочей зоны, заключающимся в принудительном осаждении аэродисперсных примесей на фильтр из определенного объема воздуха, сначала подготавливают и настраивают аппаратуру для определения массы чистого фильтра, затем взвешивают чистый фильтр на весах (аналитических или электронных), после чего настраивают установку для принудительного осаждения пылевого аэрозоля в рабочей зоне производственного помещения, затем производят отбор пробы воздуха с улавливанием пылевых частиц на фильтр, взвешивают фильтр с уловленными частицами пыли, вычисляют концентрацию пылевого аэрозоля в миллиграммах на кубический метр по формуле:
С=(m2-m1)/V o,
где m2 - масса запыленного фильтра, мг; m1 - масса чистого фильтра, мг.
Vo - объем воздуха (м3), прошедший через фильтр.
При этом объем воздуха (м3), прошедший через фильтр, предварительно необходимо привести к нормальным условиям (т.е. к объему, который он занимал бы при температуре 0°C и нормальном атмосферном давлении, равном 101325 Па) по формуле
где 273 - абсолютная температура, K; T - температура воздуха (газа), °C; Вф - фактическое барометрическое давление в момент отбора пробы, Па; Вн - нормальное атмосферное давление, равное 101325 Па; 
- скорость отбора пробы, л/мин; 
- время отбора пробы, мин; 1000 - коэффициент перевода литров в кубические метры (1 м3=1000 л), и оценивают запыленность воздуха рабочей зоны, сравнивая полученную концентрацию с допустимой величиной.
На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для реализации способа оценки запыленности рабочей зоны (РЗ); на фиг.2 изображена схема установки для отбора проб воздуха, на фиг.3 - фильтр для отбора пробы воздуха.
Устройство для реализации способа (фиг.1) оценки запыленности рабочей зоны (РЗ) содержит следующие функциональные блоки: аналитический фильтр, весы, установку для отбора пробы.
Предлагаемый способ предназначен для определения концентрации аэродисперсных примесей (пыли, дыма, тумана) в воздушной среде при температуре до 60°C. Сущность этого способа заключается в принудительном осаждении (улавливании) аэродисперсных примесей на фильтр из определенного объема воздуха, определении увеличения массы фильтра и вычислении концентрации аэрозоля в миллиграммах на кубический метр.
Способ основан на использовании аналитических фильтров аэрозольных АФА (фиг.3), изготовленных из гидрофобного высокоэффективного нетканого фильтрующего материала ФПП (фильтры перхлорвиниловые Петрянова). Из многих фильтров, применяемых для улавливания различных веществ (пыли, паров, туманов и др.), для исследования запыленности воздуха применяют фильтры АФА-ВП-10 и АФА-ВП-20. Буква В означает, что фильтр пригоден для весового метода, а цифры 10 и 20 обозначают площадь круга фильтра (см 2).
Способ оценки запыленности рабочей зоны (РЗ) осуществляют следующим образом.
Определение концентрации аэрозолей состоит из четырех этапов: подготовка аппаратуры и фильтров; отбор аэрозоля на фильтр; определение изменения массы фильтра после отбора пробы; вычисление концентрации аэрозоля.
Перед отбором проб в лаборатории необходимо проверить исправность аппаратуры, указанной в табл.1, и определить начальную массу фильтров. Фильтры взвешивают на аналитических весах АДВ-200 следующим образом: из обоймы вынимают один комплект аналитического фильтра, разворачивают защитные бумажные кольца и вынимают из них фильтр, затем складывают его с помощью пинцета вчетверо и кладут в центр чашки весов. При этом следят, чтобы края фильтра не выступали за края чашки весов, иначе будет неправильно определена его масса. После взвешивания фильтр осторожно расправляют за спрессованные края с помощью пинцета, помещают снова в защитные бумажные кольца и укладывают в пакет из кальки, который вставляют в обойму. Аналогичным способом взвешивают остальное количество необходимых фильтров. Массу каждого фильтра и его порядковый номер записывают в лабораторный журнал и одновременно проставляют на выступах защитных колец.
На месте взятия пробы устанавливают на штативе аллонж (пробозаборник-фильтродержатель) и соединяют его резиновыми шлангами последовательно с расходомером и аспирационным прибором так, как это показано на принципиальной схеме, изображенной на фиг.2.
Проводят опробование работы установки и проверяют плотность герметизации в местах соединения, особенно на участке между аллонжем и расходомером. Затем из обоймы вынимают комплект фильтра, вставляют его в аллонж и закрепляют накидной прижимной гайкой. После этого включают аспирационный прибор, устанавливают регулировочным краном-вентилем определенную скорость потока воздуха и производят отбор пробы, включив одновременно с аспирационным прибором секундомер. Регулировочный кран-вентиль обычно находится в тройнике перед аспирационным прибором. В результате разрежения (вакуума), создаваемого аспирационным прибором, воздух начнет фильтроваться через ткань фильтра АФА, оставляя на нем мельчайшие частички исследуемого аэрозоля. Масса фильтра начнет увеличиваться.
Установка для отбора проб воздуха (фиг.2) содержит прижимную гайку 1, фильтр типа АФА (фиг.3), фильтродержатель (аллонж) 3, расходомер 4, регулировочный кран 5, тройник 6, аспиратор 7.
Скорость отбора пробы устанавливают с учетом степени запыленности воздуха и технических возможностей аспиратора, но не выше 100 л/мин. При скоростях 30-100 л/мин в аллонже за фильтром устанавливают опорную сетку, предотвращающую разрыв фильтра. По окончании отбора пробы выключают аспиратор и секундомер.
В течение всего времени отбора пробы с помощью регулировочного вентиля аспиратора поддерживают постоянную объемную скорость потока воздуха. Необходимость такой корректировки обусловлена увеличением сопротивления материала фильтра воздушному потоку по мере накопления пыли на нем, а также возможным колебанием напряжения в сети. Обе эти причины могут вызывать отклонения в показаниях реометра против первоначально установленной скорости потока воздуха. Продолжительность отбора проб выбирают в зависимости от запыленности и скорости потока (табл.2).
| Табл.2 | ||
| Предполагаемая запыленность, мг/м3 | Скорость отбора пробы, л/мин | Продолжительность отбора пробы, мин |
| 0,3-1 | 100 | Не более 30 |
| 1-10 | 100 | 10 |
| 10-100 | 15-30 | 30-15 |
| Свыше 100 | 5-10 | 10-5 |
| Примечание. Меньшая скорость соответствует большей продолжительности отбора пробы. |
Минимально необходимая навеска пыли на фильтре должна быть не менее 1 мг, а максимально допустимая - не более 100 мг.
После окончания отбора пробы аллонж отсоединяют от аспиратора, извлекают из него фильтр, берясь за выступ бумажных колец, наружной стороной кверху (чтобы не осыпалась пыль с фильтра). Затем фильтр складывают пополам (пыльной стороной внутрь) и помещают его в пакет, в котором он находился до взятия пробы. Пакет с использованным фильтром следует уложить в картонную коробку. Освободившийся аллонж заправляется чистым фильтром для отбора следующей пробы.
По окончании отбора проб все использованные (загрязненные пылью) фильтры взвешивают на тех же весах.
При отборе проб на каждый фильтр ведут отдельную запись в журнале, в котором указывают дату, место и условия взятия пробы аэрозоля, номер фильтра, скорость и продолжительность отбора пробы, температуру и давление воздуха.
Вычисление концентрации аэрозоля. Объем воздуха (м3), прошедший через фильтр, предварительно необходимо привести к нормальным условиям (т.е. к объему, который он занимал бы при температуре 0°C и нормальном атмосферном давлении, равном 101325 Па) по формуле
где 273 - абсолютная температура, K; T - температура воздуха (газа), °C; Вф - фактическое барометрическое давление в момент отбора пробы, Па; Вн - нормальное атмосферное давление, равное 101325 Па; - скорость отбора пробы, л/мин; - время отбора пробы, мин; 1000 - коэффициент перевода литров в кубические метры (1 м3=1000 л).
В связи с тем что поправка на барометрическое давление мало влияет на точность результата, на практике часто ограничиваются введением поправки только на температуру. Иначе говоря, расчет ведут по упрощенной формуле
Концентрацию аэрозоля (мг/м3 ) определяют по формуле
где m2 - масса запыленного фильтра, мг; m1 - масса чистого фильтра, мг.
Затем оценивают запыленность воздуха рабочей зоны, сравнивая полученную концентрацию с допустимой величиной.
Класс G01N5/00 Анализ материалов путем взвешивания, например взвешивание малых частиц, выделенных из газов или жидкостей
