Разработка стенда для поверки анемометров

лист2_структурка.dwg

Разработка стенда для поверки анемометров
Структурная схема стенда
Образцовый анемометр
Поверяемый анемометр
Блок сбора и передачи информации
Структурная схема стенда для поверки анемометров
Устройство выравнивания воздушного потока
Преобразо- ватель частоты

лист5_алгоритм.dwg

Разработка стенда для поверки анемометров
Алгоритм функционирования системы
Выбран автоматич. режим?
Передача данных в компьютер
Передача показаний образцового и поверяемого анемометров.
Переключение скорости по таблице скоростей
Достигнут конец табл.?
Вывод уведомления на экран и звуковой сигнал
Обработка полученных результатов
Передача показаний образцового анемометра .
Ввод показаний поверяемого анемометра
Ручное увеличение скорости по таблице
Заданн. скорость устан.?
Получение данных с энкодера и част. преобразователя
Корректировка частоты вращения
Тестирование системы
Вывод информации об ошибках
Выбор режима поверки
установка min. скорости
Ввод таблицы скоростей двигателя

лист3_принципиалка.dwg

Разработка стенда для поверки анемометров
Схема электрическая принципиальная
A3 (Поверяемый анемометр)
A2 (Преобразователь частоты)
A4 (Образцовый анемометр)
A6 (Блок сбора и передачи информации)
Энкодер Hubner HMG 161
Преобразователь частоты ES024
Электродвигатель 5АИ63А2 IM1081 3ф
Расширитель портов RS-232422485 CP-114I
Плата монтируется в
в системный блок комьютера
вставляется в PCI - слот

рецензия(стенд).doc

на тему «Разработка стенда для поверки анемометров».
Дипломный проект содержит 9 глав и 6 демонстрационных листов. В дипломном проекте рассмотрены вопросы использования современных технических средств в создании аэродинамического стенда.

Мой Отзыв (стенд).doc

Целью данного дипломного проекта является разработка аэродинамического стенда для поверки крыльчатых чашечных анемометров а так же термоанемометров.
В результате проведенной работы выполнен анализ существующих методов и средств поверки анемометров. Для разработки стенда были применены современные технические средства: компьютер модули сбора и передачи данных что в целом повысило уровень автоматизации процесса поверки и обработки полученных результатов.
В дипломном проекте рассмотрены вопросы охраны труда промышленной экологии и экономики.
Результатом выполнения дипломной работы стал стенд для поверки анемометров стоимость которого значительно ниже стоимости существующих аэрометрических установок что позволяет применять его как на крупных предприятиях горнодобывающей промышленности так и на отдельных шахтах и рудниках.
Научный руководитель

лист6_эконом.dwg

Разработка стенда для поверки анемометров
Технико- экономические характеристики
Технико-экономические характеристики
Материальные затраты
Амортизационные отчисления
Затраты на электроэнергию и освещение
Экономия в год за счет применения подсистемы
Стоимость создания подсистемы
Наименование показателя

ДИПЛОМ.doc

1Анализ существующих типов анемометров
Анемометр (от греческого анемос – ветер и метрео – измерение) — измерительный прибор предназначенный для определения скорости ветра а также для измерения скорости направленных воздушных и газовых потоков.
Скорость воздуха является весьма важным параметром состояния атмосферы и одной из главных характеристик воздушного потока которую необходимо учитывать при проектировании монтаже наладке и контроле систем вентиляции и кондиционирования. В качестве основного средства измерения скорости движения воздуха применяются анемометры различающиеся между собой как по принципу действия так и по техническим характеристикам.
При выборе анемометра для решения конкретных практических задач по измерению скорости воздуха необходимо учитывать множество факторов таких как диапазон измерений анемометра погрешность измерения скорости воздушного потока диапазон рабочих температур степень защиты анемометра от воздействия агрессивных факторов окружающей среды и уровень взрывозащиты влагозащищенность и водонепроницаемость анемометра габаритные размеры как самого прибора так и чувствительного элемента анемометра и т.д.
В новейших моделях анемометров для определения скорости воздушного потока применяются новые типы высокоточных датчиков и чувствительных элементов. Кроме этого анемометры часто дополнительными функциями позволяющими кроме определения скорости воздуха измерять объемный расход температуру направление воздушного потока относительную и абсолютную влажность освещенность содержание вредных примесей и некоторые другие параметры например некоторые анемометры имеют в своем арсенале даже электронный компас. Большие многофункциональные и высококонтрастные жидкокристаллические дисплеи таких анемометров снабжаются подсветкой что позволяет производить измерение скорости воздушного потока и других параметров микроклимата в условиях недостаточной освещенности.
Возросшие объемы измерения скорости воздушного потока и расхода воздуха диктуют необходимость оснащения анемометров большим объемом встроенной памяти. Немаловажное значение при этом приобретает и возможность подключения анемометра к персональному компьютеру а также наличие в комплекте поставки анемометра специального программного обеспечения предназначенного для проведения статистической обработки результатов измерений с применением новейших научно-обоснованных методик расчета. Использование такого программно-аппаратного комплекса для измерения скорости воздушного потока существенно облегчает регистрацию и ввод измерительных данных повышая точность и достоверность анализа больших массивов информации и оказывая положительное влияние на качество выполненных работ и общее увеличение производительности труда.
Анемометры находят широкое применение для измерения средней скорости воздуха в системах вентиляции и кондиционирования (воздуховодах каналах коробах) промышленных и гражданских зданий тоннелях метрополитенов выработках шахт и рудников для укомплектования лабораторий по охране труда при аттестации рабочих мест а также для измерения средней скорости ветра при метеорологических наблюдениях. Анемометры требуются для измерения скорости воздуха на суше и море и необходимы представителям многих профессий для обеспечения безопасных условий труда. Анемометры используют в своей профессиональной деятельности строители и шахтеры военные и спасатели инженеры и ученые работники метеослужб и сельского хозяйства монтажники и наладчики систем вентиляции и кондиционирования воздуха спортсмены и просто любители активного отдыха.
Анемометр как измерительный прибор состоит из трех основных частей:
-приемное устройство (чувствительный элемент анемометра первичный преобразователь анемометра);
-вторичный преобразователь (механический пневматический или электронный блок анемометра);
-отсчетное устройство (указатель стрелки шкала индикатор дисплей анемометра).
По принципу действия чувствительных элементов анемометры подразделяются на группы:
-заторможенные или динамометрические анемометры (трубки Пито - Прандтля);
-вращающиеся анемометры (чашечные винтовые крыльчатые анемометры);
-поплавковые анемометры;
-тепловые анемометры (термоанемометры);
-вихревые анемометры;
-ультразвуковые анемометры (акустические анемометры);
-оптические анемометры (лазерные доплеровские анемометры).
Ниже рассмотрены некоторые из них применяемые до сих пор на шахтах и рудниках различных категорий.
1 Чашечные анемометры
Принцип действия чашечных анемометров заключается в том что скоростное давление воздушного потока действует на внутреннюю поверхность четырех полусферических чашечек расположенных симметрично по окружности и являющихся частью турбинки. Под воздействием динамического напора потока на турбинке развивается вращающий момент величина которого является функцией скорости потока. По значению частоты вращения турбинки можно оценивать скорость контролируемого потока.
Примером чашечного механического анемометра является прибор МС-13 (рисунок 1.1). Ветроприемником анемометра МС-13 (рисунок 1.2) служит четырехчашечная вертушка. 4 насаженная на ось 5 вращающаяся в опорах. На нижнем конце оси нарезан червяк 6 связанный с редуктором передающий движение трем указывающим стрелкам. Циферблат 2 имеет соответственно шкалы единиц сотен тысяч. Червяк 6 через червячное колесо и триб передает движение центральному колесу на оси которого закреплена стрелка 3 шкалы единиц. Триб центрального колеса через промежуточное колесо приводит во вращение малое колесо на оси которого насажена стрелка (шкалы сотен).
Рисунок 1.1 – Внешний вид анемометра МС-13
Рисунок 1.2 – Устройство анемометра МС-13
Технические характеристики анемометра МС-13:
- диапазон измерения средней скорости воздушного потока от 1 до 20 мс;
- чувствительность не более 08 мс;
- основная погрешность не более ±(03 + 005V) мс где V - измеряемая скорость воздушного потока.
Анемометр МС-13 изготавливается в исполнении У категории 1.1 ГОСТ 15150-69 но для работы при температуре воздуха от минус 45 до плюс 50°С относительной влажности воздуха 90 % при температуре 20 °С.
Срок службы анемометра до списания не менее 8 лет.
Более совершенным прибором по сравнению с МС-13 является анемометр АМС-02. Это анемометр чашечного типа с автономным питанием предназначен для измерения скорости воздушного потока на суше и море в замкнутых системах и на открытой местности в системах промышленной вентиляции и кондиционирования воздуха а также в шахтах и рудниках всех категорий. Внешний вид представлен на рисунке 1.3 технические характеристики приведены в таблице 1.1.
Рисунок 1.3 – Внешний вид анемометра АМС-02
Технические характеристики анемометра АМС-02
Диапазон измерения скорости воздушного потока
Предел допускаемой погрешности измерения усредненной скорости где V – измеренная скорость ветра не более
Предел допускаемой погрешности измерения мгновенной скорости где V – измеренная скорость ветра не более
Тип индикации скорости воздушного потока
Степень защиты анемометра
Средний срок службы анемометра
Анемометр МС-13 имеет взрывобезопасное исполнение и может быть использован в ручном варианте либо стационарно на выдвижной штанге при измерении скорости воздушных потоков в системах проветривания и вентиляции угольных шахт и рудников а также при проведении научно-исследовательских работ и метеорологических наблюдений.
2 Крыльчатые анемометры
Принцип действия крыльчатых анемометров основан на том что поток воздуха действует на лопасти крыльчатки надетой на ось. Под воздействием динамического напора потока на крыльчатке развивается вращающий момент величина которого является функцией скорости потока. По значению частоты вращения крыльчатки можно оценивать скорость контролируемого потока.
Механический анемометр АСО-3 крыльчатого типа служит для измерения скорости движения воздуха от 03 до 5 мс в промышленных условиях. Его внешний вид представлен на рисунке 1.4 устройство на рисунке 1.5. Ветроприемником анемометра АСО-3 служит крыльчатка 1 насаженная на трубчатую ось 3 с подшипниковыми втулками 9. Втулки вращаются на стальной оси 5 один конец которой впаян в обойму и закреплен в неподвижной опоре а второй затянут гайкой 7 во втулке 6находящейся в отверстии распорного стержня 2. Натяжение оси 5 осуществляется пружиной 8. Осевой люфт регулируется пружиной 4. На конце трубчатой оси 3 закреплен червяк 12 передающий вращение ветроприемника зубчатому редуктору счетного механизма. Счетный механизм имеет три стрелки его циферблат имеет соответственно три шкалы: единиц сотен и тысяч. Ветроприемник анемометра АСО-3 защищен от механических повреждений цилиндром (диффузором) служащим одновременно для ограничения сечения измеряемого воздушного потока.
Рисунок 1.4 – Внешний вид анемометра АСО-3
Рисунок 1.5 – Устройство анемометра АСО-3
Основные технические характеристики анемометра АСО-3:
- диапазон измерения средней скорости направленного воздушного потока - от 03 до 50 мс;
- чувствительность - не более 02 мс;
- предел допускаемой погрешности - не более (01 + 05 V) мc где V - измеряемая средняя скорость потока мс;
- условия применения анемометра:
температура воздуха: от -45 до + 50 °С
относительная влажность воздуха 90 % при температуре 20 °С;
- срок службы анемометра до списания - не менее 6 лет;
- габаритные размеры анемометра со снятой ручкой - не более 110 х 110 х 105 мм;
- масса - не более 450 г.
Составные части - крыльчатка часовой механизм корпус ручка.
Еще один пример крыльчатого анемометра – это прибор АПР-2 (анемометр переносной рудничный). Он предназначен для определения скорости воздушного потока при метеорологических измерениях на суше и море в шахтах и рудниках всех категорий а также в системах промышленной вентиляции. Внешний вид показан на рисунке 1.6 технические характеристики приведены в таблице 1.2.
Технические характеристики анемометра АПР-2
Диапазон измерений мс
Продолжительность непрерывной работы без замены элементов питания ч
Степень защиты от воздействия внешней среды
(по Европейским нормам EN 5001450020) РО Иа (Ex ia ITI)
Определение средней скорости за интервал времени с
Наработка на отказ ч
Рисунок 1.6 – Внешний вид анемометра АПР-2
Другим методом измерения скорости воздушного потока является тепловой метод. Различают два его направления: термоанемометрический и термокаталитический. Приборы в которых измеряемый сигнал является функцией тепла рассеиваемого в контролируемую среду телом нагреваемым электрическим источником энергии относят к группе термоанемометров. Существует два способа измерения скорости потока термоанемометрами. При первом способе поддерживают постоянный ток нагревающий термоэлемент и измерение скорости потока связывают с измерением температуры термоэлемента. При втором способе током нагрева поддерживают постоянную температуру нити вследствие чего происходит выделение необходимого компенсирующего количества тепла. Принцип работы большинства термоанемометров состоит в том что нагретая электрическим током нить включается в цепь моста Уинстона. Нить охлаждается протекающим потоком уменьшается ее температура в результате чего уменьшается ее электрическое сопротивление что вызывает разбаланс моста и фиксируется электрическим прибором.
Приборы в которых тепло переносится от нагревателя к измерительно-преобразовательному элементу контролируемым газовым потоком относятся к контактным калориметрическим анемометрам. С увеличением скорости контролируемого потока их чувствительность падает поэтому они пригодны для измерения малых скоростей.
Анемометр МЭС-200Ех — цифровой переносной термоанемометр изготавливается во взрывобезопасном исполнении и предназначен для контроля параметров воздушной среды в вентиляционных системах промышленных и гражданских зданий в тоннелях метрополитенов системах кондиционирования воздуха промышленных предприятий и предприятий атомной энергетики в системах проветривания шахт и рудников всех категорий в том числе опасных по метану и угольной пыли. Внешний вид показан на рисунке 1.7 технические характеристики приведены в таблице 1.3.
Рисунок 1.7 – Внешний вид термоанемометра МЭС-200Ех
Анемометры МЭС-200Ех успешно работают на атомных электростанциях рудниках угольных шахтах.
Технические характеристики анемометра МЭС-200Ех
Основная абсолютная погрешность:
в диапазоне скоростей 01 05 мс
в диапазоне скоростей 05 2 мс
в диапазоне скоростей 2 20 мс
где V – измеренное значение скорости воздушного потока мс
Подключение к компьютеру
Время непрерывной работы анемометра
4 Акустические анемометры
Принцип работы акустических анемометров основан на эффекте замедления или ускорения акустических колебаний распространяющихся в контролируемом газовоздушном потоке. Акустический анемометр представляет собой цилиндрическую трубку – волновод содержащую источник и приемник акустических волн. Фаза акустического сигнала на приемнике зависит от скорости воздушного потока в трубке и по изменению фазы измеряется скорость потока. Примером таких приборов может служить анемометр АПА-1.
АПА-1 — цифровой ультразвуковой анемометр имеет взрывозащищенную конструкцию и предназначен для измерения скорости воздуха в выработках шахт и рудников всех категорий а также в производственных и жилых зданиях при санитарных обследованиях с выводом информации на цифровой индикатор. Внешний вид показан на рисунке 1.8 технические характеристики приведены в таблице 1.4.
Рисунок 1.8 – Внешний вид акустического анемометра АПА-1
Технические характеристики анемометра АПА-1
Измерение малых скоростей
Предел допустимой абсолютной погрешности (V – измеренная скорость потока)
Диапазон рабочих температур
Уровень и вид взрывозащиты
Степень защиты от внешних воздействий
Наработка анемометра на отказ
Подключение анемометра к компьютеру
стандартный интерфейс RS232
5 Вывод достоинства и недостатки различных типов анемометров
В настоящее время наиболее распространенными средствами измерения скоростей и расходов газовоздушных потоков на горнодобывающих предприятиях являются тахометрические приборы: крыльчатый анемометр АСО-3 чашечный анемометр МС-13 и новый тахометр АПР-1. По принципу действия они относятся к турбинным анемометрам (с вращающейся турбинкой). Анемометром АСО-3 измеряют скорости движения воздуха в диапазоне 0.3-5 мс. Поток воздуха действует на лопасти которые передают вращение стрелкам счетчика через струнную ось. Чашечный анемометр МС-13 отличается от анемометра АСО-3 тем что скоростное давление воздушного потока действует на внутреннюю поверхность четырех полусферических чашечек расположенных симметрично по окружности. Чашечным анемометром МС-13 измеряется скорость движения воздуха в диапазоне 1-20 мс. Для измерений требуется иметь секундомер с помощью которого засекают время подсчета числа вращений вертушки а затем для вычисленного значения частоты по градуировочной характеристике в паспорте анемометра определяют скорость движения воздуха. Время одного замера средней скорости потока в выработке при помощи анемометра АСО-3 должно быть не менее 100 с а число замеров - не менее трех так что одно измерение с учетом подготовки анемометра к работе и идентификации показаний занимает 8-10 минут. Анемометры АСО-3 и МС-13 обладают рядом недостатков влияющих на величину погрешности измерений. С одной стороны крыльчатка должна быть как можно легче чтобы порог трогания и чувствительность ее были удовлетворительными с другой стороны она должна быть как можно более жесткой чтобы ее не деформировал турбулентный поток. С одной стороны ось крыльчатки должна быть как можно меньшего диаметра с другой стороны тонкая ось быстрее изнашивается накапливает погрешность подвержена влиянию пыли. Отклонение положения оси крыльчатки от вектора параллельного или перпендикулярного потоку приводит к дополнительной погрешности. Дополнительная погрешность вызывается также появлением на входе турбулентных вихрей. Механические чувствительные детали приборов подвержены воздействию неблагоприятных условий шахтной атмосферы в частности оседанию угольной пыли. В то же время их метрологическое обеспечение по ряду причин неудовлетворительно (реально поверяется не более 15% эксплуатирующихся в шахтах анемометров АСО-3 и МС-13 в год).
Так же к недостаткам чашечных и крыльчатых анемометров относится и то что они вносят изменение в контролируемый поток воздуха что в определенной степени сказывается на точности измерений. И крыльчатые анемометры в отличие от чашечных чувствительны к направлению движения воздушного потока. К тому же цена современных приборов подобного типа очень высока.
Термоанемометры имеют довольно широкий диапазон измерений а так же высокую чувствительность что положительно сказывается на измерении малых скоростей воздушного потока. Так же для них характерна высокая точность измерений при довольно низкой цене по сравнению с крыльчатыми и чашечными типами анемометров. Низкая погрешность и высокая чувствительность данных приборов позволяет использовать их в качестве образцовых. Характер вносимых изменений в контролируемый поток воздуха незначителен что так же благоприятно для измерения малых скоростей.
К недостаткам термоанемометров можно отнести то что первичный преобразователь подвержен загрязнению при наличии в воздухе пыли. Это приводит к снижению чувствительности датчика. На точность показаний приборов подобного типа может влиять состав влажность температура воздуха.
Акустические анемометры технически более совершенны чем все перечисленные выше типы. Обладают самой высокой чувствительностью и точностью измерений во всем диапазоне. Не вносят изменений в контролируемую воздушную среду менее подвержены влиянию внешних факторов таких как температура влажность. Низкая погрешность позволяет использовать их в качестве образцовых средств измерений.
Основным недостатком акустических анемометров является очень высокая стоимость. Так же эти приборы чувствительны к направлению воздушного потока.
Анализ существующих средств и методов поверки анемометров
1 Движение поверяемого анемометра в неподвижном воздухе
Данный метод реализуется равномерным движением поверяемого анемометра в неподвижном воздухе с заданной скоростью по эталонному участку пути. Устройство включает аэродинамическую трубу вмещающую составные элементы устройства и выполненную в виде сборного переносного каркаса изолирующего участок пути измерения от внешних тепловых и аэродинамических воздействий. При этом внутри трубы расположены эталонный участок пути движения поверяемого средства измерений побудитель движения с регулятором ступенчатого переключения скоростей движения секундомер измерения времени продвижения поверяемого средства измерений по эталонному участку пути включаемый синхронно с началом движения тележка с роликовым механизмом на которую крепится поверяемый анемометр и контактный рычаг включающий секундомер в момент начала движения тележки тягопротяжный механизм соединяющий побудитель тяги с тележкой. Также устройство содержит источник электропитания с механизмом обеспечивающим стабильность работы побудителя. Данное устройство поверки приборов измерения скорости воздушного потока по заявляемому способу и его поперечное сечение представлено на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Устройство поверки приборов измерения скорости воздушного потока
Устройство поверки приборов измерения скорости воздушного потока включает теплоизоляционную трубу 1 2 площадку размещения устройства 3 виброизоляцию 4 опорных стоек 5 монтажные 6 и смотровые 7 окна трубы тягу 8 площадку размещения (тележка) 9 поверяемого анемометра 10 устройство подавления сетевых помех 11 побудитель тяги (электродвигатель) 12 регулятор ступенчатого переключения скоростей (редуктор) 13 аккумуляторную батарею 14 эталонный участок пути (монорельс) 15.
Опытный образец устройства представляет собой разборную аэродинамическую трубу из полированной фанеры (толщиной 5 мм) с размещенным внутри приводом обеспечивающим равномерное перемещение тележки с испытуемым анемометром с заданными скоростями (01 мс; 03 мс; 05 мс; 08 мс; 15 мс) по 10-метровому монорельсовому участку пути. Равномерное движение с заданными скоростями обеспечивает привод - электродвигатель типа КД-30-У4 (минимальная мощность Рном=005 кВт и частота вращения 2700 обмин) с подсоединенными к нему двумя закрытыми червячными редукторами (червячная цилиндрическая передача с передаточным числом U1=30) на выходной вал которых насажены тягоприемные катушки различных диаметров (от 2122 до 101 мм). Для передачи вращающего (крутящего) момента от вала к ступице катушки применено шпоночное соединение. Устройство подавления сетевых помех представлено стабилизатором напряжения (бесперебойный источник питания типа «on-line») и сетевым фильтром. Устройство включает блок управления с секундомером (применен электронный секундомер СТЦ-1Ц с погрешностью измерения 005 сек).
Измерение заключается в выводе контактов за пределы секундомера их раздвоение с последующим закреплением на одном уровне на направляющей дорожке в начале и в конце движения подвижной тележки. При перемещении анемометра 10 на заданное расстояние включение и выключение секундомера синхронизировано с включением и выключением арретира анемометра. Механизм включения арретира анемометра основан на использовании серии блоков и рычагов. Использовали два рычага расположенных на противоположных сторонах площадки. К рычагу предназначенному для включения счетного механизма с внутренней стороны крепили леску другой конец которой через блок крепили к арретиру анемометра. Аналогичный способ крепления лески применили и для выключения арретира но леску протягивали через верхнее ушко анемометра. На бордюрах направляющей дорожки вертикально устанавливали металлические штыри: один в начале движения на уровне контактов секундомера а другой - в конце движения на противоположной стороне но также на уровне второй пары контактов. При движении площадки 3 с анемометром 10 рычаг ударяется о штырь рычаг поворачивается леска натягивается и счетный механизм анемометра включается с одновременным замыканием контактов и включением секундомера. Таким же образом происходит и выключение счетного механизма: также с замыканием контактов и выключением секундомера.
При этом вычисляем скорость с которой был перемещен анемометр: снимаем показания счетных механизмов анемометра и по прилагаемому к нему заводскому графику вычисляем определенную анемометром скорость. Сравнивая эти показания со скоростью перемещения тележки с анемометром выявляем погрешность в показаниях анемометра.
В примере конкретного исполнения абсолютная погрешность заявляемого устройства равна ±00062 мс а основная погрешность измерения (равна) ±00001008 мс при нормальных метеорологических условиях (давление 760 мм рт.ст. температура окружающей среды t = +25°С относительная влажность воздуха 45%).
Недостатками данной установки являются: габаритные размеры (длина аэродинамической трубы более 10 метров) очень высокая стоимость а так же сложность конструкции и алгоритмов управления механическими частями а так же сложность снятия показаний.
2 Воспроизведение единицы скорости воздушного потока
Этот способ заключается в воспроизведении единицы скорости воздушного потока измерении скорости с помощью встроенного образцового акустического анемометра и последующей оценки метрологических характеристик поверяемого анемометра. Образцовый акустический анемометр использует явление ускорения или замедления прихода акустических колебаний на приемник при изменении скорости движения среды в которой эти колебания распространяются.
2.1 Прямая аэродинамическая труба
Современный образцовый аэродинамический стенд разработанный в Московском государственном горном университете (рисунок 2.2) обеспечивает необходимую точность задания скорости потока максимальную степень автоматизации и имеет при этом малые габариты и вес. Благодаря этому появилась возможность иметь такой малогабаритный стенд для поверки анемометров на горнодобывающих предприятиях. Технические характеристики данного стенда приведены в таблице 2.1
Рисунок 2.2 – Аэродинамический стенд
Технические характеристики аэродинамического стенда
Диапазон скоростей воздушного потока
Предел допускаемой абсолютной погрешности измерения скорости воздушного потока где V – скорость потока
Разрешающая способность
Время установления скорости воздушного потока
Потребляемая мощность от сети
Габаритные размеры аэродинамической трубы
Но данный аэродинамический стенд имеет ряд недостатков которые ограничивают его использование в качестве современного метрологического средства. К ним относятся:
- невысокая точность задания частоты вращения вала двигателя;
- отсутствие обратной связи по скорости потока;
- необходимость ручного съема показаний;
- проблематичность поверки новых типов анемометров (акустических);
- высокая стоимость стенда.
Эти изъяны обусловлены прежде всего моральным устареванием заложенных в ней технических решений. В первую очередь это относиться к средствам электроники и автоматики. Электропривод постоянного тока с тиристорным управлением не в состоянии обеспечить хорошее качество регулирования а обилие аналоговой электроники вместе с ручным управлением режимом работы создают дополнительные препятствия на пути достижения высокой точности.
Другим примером стенда с прямой аэродинамической трубой может служить малогабаритная установка приведенная на рисунке 2.3. Установка предназначена для поверки крыльчатых анемометров использующихся на рудниках для контроля скорости вентиляционного воздуха. Установка внедрена на подземных рудниках стран СНГ. Конструкция установки защищена патентом Республики Казахстан. Недостатком данной установки является ограниченное количество типов анемометров которые можно поверять с ее помощью.
Рисунок 2.3 – Аэродинамическая установка для поверки крыльчатых анемометров
2.2 Замкнутая аэродинамическая труба
Сегодняшний уровень развития технологий диктует качественно новый уровень исполнения. В связи с этим потребовалась разработка новой аэрометрической установки.
Как и любая аэродинамическая труба АУ включает в себя источник потока (вентилятор) систему соединительных воздуховодов и рабочее пространство в котором располагается поверяемый анемометр (рисунок 2.3). Система воздуховодов АУ является замкнутой что позволяет избежать влияния сквозняков и прочих спонтанных возмущений воздушного потока вносящих дополнительную погрешность. Кроме того замкнутая схема более экономична так как часть энергии возвращается к вентилятору облегчая тем самым режим его работы и экономя электроэнергию.
Рисунок 2.4 – Пространственная компоновка элементов аэрометрической установки
Рисунок 2.5 – Внешний вид аэрометрической установки
Рабочее пространство представляет собой разрыв в системе воздуховодов в который помещается поверяемый анемометр. Такая компоновка улучшает режим поверки акустических анемометров так как в закрытом пространстве результаты искажаются по причине возникновения отражений акустических волн. Помимо этого плоская эпюра скоростей формируемая в рабочей зоне снижает требования к точности позиционирования поверяемого анемометра.
Измерения производятся в системе воздуховодов в которой размещаются эталонный и поверяемый датчики. Информация с этих датчиков поступает в компьютер где происходит ее дальнейшая обработка и хранение.
Компьютер является основным звеном информационной цепи системы так как к нему стекаются все показания датчиков и он же вырабатывает управляющие воздействия для электропривода. Такая организация системы упрощает автоматизацию процесса обеспечивает удобство работы и высокую производительность крыльчатки которая приводится в движение электродвигателем. Электродвигатель в свою очередь контролируется частотным преобразователем.
Для повышения точности задания оборотов двигателя создана обратная связь по частоте вращения.
Энкодер измеряет частоту вращения вала с высокой точностью затем эта информация поступает в частотный преобразователь и используется им для коррекции оборотов. Это классическая схема подчиненного регулирования хорошо зарекомендовавшая себя благодаря высокому качеству управления.
В ходе проведенных метрологических испытаний была доказана возможность задания при помощи АУ диапазона скоростей воздушного потока 0.05–26.5 мс что близко к расчетным параметрам и перекрывает весь необходимый для поверки шахтных анемометров диапазон скоростей (0.1–20 мс).
К достоинствам этой установки так же относится низкий порог трогания и высокая точность стабилизации частоты вращения:
- пороговая частота трогания Гц 0.5;
- точность стабилизации частоты % 0.02.
Недостатком является высокая стоимость и сложность конструкции.
3 Аэродинамический стенд АДС-30030
В многих центрах стандартизации метрологии и сертификации освоен метод поверки анемометров всех типов предназначенных для измерения параметров воздушного потока наладки систем вентиляции кондиционирования воздуха (диапазон измерения скорости воздушного потока 02..30 мс) и пневмометрических (напорных) трубок ПИТО и НИИОГАЗ применяемых в комплекте с дифференциальными манометрами цифровыми (ДМЦ) для замеров запыленных и легко конденсируемых газов при скорости потока от 4 до 21 мс в газоходах и вентиляционных системах.
Поверка осуществляется с использованием стенда аэродинамического АДС-30030 погрешность которого составляет ± (0015 + 0015 V) мс. Внешний вид стенда показан на рисунке 2.6.
Область применения – метрологические службы предприятий занимающихся ремонтом калибровкой и поверкой средств измерений скорости воздушного потока.
Стенд аэродинамический АДС-30030 состоит из входного трубопровода двух последовательно расположенных вентиляторов форкамеры измерительного сопла коммутационной аппаратуры и частотного преобразователя.
Рисунок 2.6 – Аэродинамический стенд АДС-30030 в действии
Принцип действия данного стенда заключается в следующем: воздушный поток под действием разряжения создаваемого двумя осевыми вентиляторами через входной трубопровод снабженный специальным коллектором поступает в форкамеру где стабилизируется с помощью сотового выпрямителя и далее в измерительное сопло служащее для формирования плоской эпюры скоростей в выходном сечении сопла.
Величина скорости воздушного потока может определяться двумя методами:
- по значениям перепада давлений на измерительном сопле с учетом температуры и влажности окружающего воздуха а так же атмосферного давления;
- по показаниям эталонного анемометра входящего в состав стенда.
Изменение скорости воздушного потока с трубе осуществляется с помощью регулирования скорости вращения вентиляторов. В качестве регулятора скорости вращения вентиляторов применяется частотный преобразователь SE234001.
В таблице 2.2 приведены основные технические характеристики стенда.
Основные технические характеристики АДС-30030
Диапазон воспроизведения скорости воздушного потока (V) мс
Пределы допускаемой абсолютной погрешности мс
Диаметр выходного сечения измерительного сопла мм
Габаритные размеры мм:
Напряжение питания переменного тока В
Частота питающей сети Гц
Потребляемая мощность кВА
Средняя наработка на отказ не менее ч
Средний срок службы не менее лет
Межповерочный интервал лет
В качестве образцового анемометра в данном стенде использован анемометр ЭА-70. Его внешний вид показан на рисунке 2.7 технические характеристики приведены в таблице 2.3.
Анемометр ЭА-70 предназначен для точных измерений скорости воздушного потока. В отличие от всех существующих термоанемометров показания практически не зависят от температуры потока. Имеет абсолютную термокомпенсацию.
Рисунок 2.7 – Образцовый анемометр ЭА-70.
Технические характеристики анемометра ЭА-70
Измерение скорости воздушного потока (V) мс:
с зондом крыльчаткой
с зондом «обогреваемая струна»
Пределы допускаемой абсолютной погрешности мс:
Диапазон индикации температуры воздушного потока °С
Электрическое питание от аккумуляторной батареи В
Потребляемая мощность не более ВА
Габаритные размеры ДхШхВ мм:
зонд «обогреваемая струна»
держатель трехсекционный
Cостоит из измерительного блока с цифровой индикацией результатов измерений и первичных преобразователей. Могут комплектоваться двумя типами первичных преобразователей:
тахометрическим представляющим собой 8-ми лопастную крыльчатку диаметром 70 мм закрепленную на оси которая вращается в специальных опорах. В крыльчатку встроен терморезистор защищенный от прямого воздействия потока который воспринимает только температуру воздушного потока;
термоанемометрическим типа "обогреваемая струна" диаметром 8 мм закрепленным на держателе длиной 300 мм представляющим собой два терморезистора один из которых находится в воздушном потоке скорость которого измеряется а второй измеряет температуру воздушного потока.
Все введенные пользователем параметры запоминаются в энергонезависимой памяти.
Аэродинамический стенд АДС-30030 был выбран мной в качестве прототипа для разработки.
Разработка технических требований
На основании проведенного анализа существующих методов и средств поверки анемометров следует предъявить приведенные ниже технические требования к данной установке.
1 Требование к составу изделия
Разрабатываемый стенд должен состоять из воздуховода устройства выравнивания воздушного потока эталонного (образцового) анемометра вентилятора (источник единицы скорости воздушного потока) системы управления частотой вращения вентилятора а так же узла сбора данных и подключения к персональному компьютеру с использованием стандартного интерфейса (RS-232 Ethernet или USB 2.0).
2 Требования к назначению
Разрабатываемый стенд должен быть предназначен для поверки шахтных и рудничных анемометров крыльчатого чашечного типа с диаметром крыльчатки не более 140 мм а так же термоанемометров с длиной чувствительного элемента не более 150 мм и диапазоном измерений лежащим в пределах от 01 до 30мс.
3 Требования к выполняемым функциям
Стенд для поверки анемометров должен воспроизводить единицу скорости воздушного потока в диапазоне от 01 до 30 мс и обеспечивать одинаковую скорость воздушного потока в каждой точке по всему диаметру аэродинамической трубы.
При поверке должно быть предусмотрено два режима: автоматический – для анемометров имеющих возможность подключения к персональному компьютеру; ручной – для механических типов анемометров.
В автоматическом режиме поверки данные о частоте вращения вентилятора скорости воздушного потока в аэродинамической трубе а так же показания поверяемого анемометра должны непрерывно записываться в память персонального компьютера в процессе поверки; результаты измерений должны обрабатываться с выводом информации на дисплей. Изменение частоты вращения вентилятора должно осуществляться посредством автоматического управления с компьютера по заданной таблице скоростей.
В ручном режиме данные о частоте вращения вентилятора и скорости воздушного потока в аэродинамической трубе должны непрерывно записываться в память персонального компьютера в процессе поверки а показания поверяемого анемометра вводиться вручную. Переключение скорости вращения осуществляется вручную с клавиатуры компьютера.
4 Метрологические характеристики
Предел допустимой абсолютной погрешности измерения скорости воздушного потока должен составлять не более ± (004 + 004V) где V - скорость потока; точность задания частоты вращения вала двигателя не ниже 002%.
5 Требования к конструкции
Аэродинамическая труба стенда должна быть разборной для удобства транспортировки. Образцовый анемометр должен быть жестко закреплен у выходного сопла. Для поверяемого анемометра должен быть предусмотрен зажим с регулируемым положением.
6 Требования к условиям эксплуатации
Температура окружающей среды
Атмосферное давление не более
Относительная влажность при 25°С не более
7 Требования к надежности
Наработка на отказ не менее
Срок службы не менее
8 Технико-экономические требования
Для изготовления аэродинамического стенда следует использовать широкодоступные материалы унифицированные детали и узлы и относительно дешевые металлы и сплавы цена стенда не должна превышать 2.000.000 тг.
Разработка структурной и принципиальной схемы
1 Разработка структурной схемы
Проанализировав существующие средства поверки анемометров а так же согласно техническим требованиям предъявляемым к установкам подобного типа стенд для поверки анемометров должен состоять из следующих частей.
Структурная схема стенда для поверки анемометров приведена на рисунке 4.1.
Источником единицы скорости воздушного потока является вентилятор. Воздушный поток движется от вентилятора проходя через выпрямляющий аппарат который обеспечивает плоскую эпюру скоростей по всему диаметру аэродинамической трубы и далее посредством воздуховода воздействует на образцовый и поверяемый анемометры. Результаты измерений с обоих анемометров в режиме автоматической поверки посредством интерфейса RS-232 передаются в блок сбора и передачи информации который в свою очередь подключен к PCI - шине персонального компьютера. Блок монтируется непосредственно в системный блок компьютера. Между блоком сбора информации и компьютером ведется двусторонний обмен данными.
С компьютера в блок сбора и передачи информации подаются управляющие сигналы предназначенные для регулирования частоты преобразователя. Преобразователь частоты связан с блоком сбора и передачи информации так же с помощью интерфейса RS-232. Напряжение питания подается с силовых выходов преобразователя непосредственно на двигатель вентилятора. На вал двигателя закреплен преобразователь угла поворота в цифровой код сигнал с которого поступает в частотный преобразователь и служит для коррекции частоты вращения вентилятора в процессе поверки. Тем самым реализуется схема подчиненного регулирования частоты вращения двигателя. Этот сигнал так же через блок поступает в компьютер и обрабатывается для передачи управляющих воздействий.
В ручном режиме поверки показания поверяемого анемометра для обработки должны быть введены в компьютер с клавиатуры. Этот режим будет применяться в случае отсутствия у анемометра цифрового выхода (механические анемометры).
Рисунок 4.1 – Структурная схема стенда для поверки анемометров
2 Разработка принципиальной схемы и выбор элементной базы
Принципиальная схема стенда приведена в демонстрационном листе 3. Все электронные элементы входящие в состав стенда являются покупными изделиями и взаимодействуют между собой при помощи стандартных интерфейсов.
В качестве двигателя выбираем трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором 5АИ63А2 IM1081 3ф. Его внешний вид представлен на рисунке 4.2. Данный двигатель обладает следующими характеристиками:
- мощность – 15 кВт;
- напряжение питания – 220 В;
- количество оборотов в минуту – 3000;
- диаметр вала – 14 мм.
Выбор обусловлен прежде всего тем что системы управления асинхронными двигателями гораздо проще и вращение вала при малых оборотах происходит практически без потери мощности в отличие от двигателей постоянного тока.
Рисунок 4.2 – Электродвигатель 5АИ63А2 IM1081 3ф
В качестве преобразователя угла поворота вала следует выбрать абсолютный энкодер Hubner HMG 161 с полым валом поскольку подобные устройства преобразуют угловое перемещение в цифровой код с высокой точностью. Сигнал с энкодера поступает в микропроцессорный модуль частотного преобразователя. Для передачи данных использован дифференциальный выход энкодера.
Энкодер обладает следующими характеристиками:
- диаметр вала 14 мм;
- максимальная частота оборотов 3500 мин-1;
- напряжение питания 9 30 В;
- разрешение 2048 уникальных кодов на оборот.
Внешний вид энкодера показан на рисунке 4.3.
Рисунок 4.3 – Энкодер
Для управления двигателем следует применить частотный преобразователь (рисунок 4.4).
Рисунок 4.4 – Преобразователь частоты ES024
Один из данных модулей – это плата энкодера которая входит в комплект с преобразователем частоты. Модель платы энкодера носит наименование ES024PG и предназначена для того чтобы задействовать векторный режим управления с обратной связью. Плата способна обрабатывать сигналы двух ортогональных каналов энкодера имеющих дифференциальный выход выход с открытым коллектором или двухтактный выход. Плата так же обеспечивает питание энкодера (напряжение по умолчанию 12В может быть изменено с помощью потенциометра).
На рисунке 4.5 показано подключение энкодера с выходом с открытым коллектором.
Рисунок 4.5 - Схема подключения энкодера с выходом с открытым коллектором
Для сбора информации поступающей с образцового и поверяемого анемометров а так же для подключения преобразователя частоты к компьютеру было решено применить 4-портовую плату CP-114I расширитель портов RS-232422485 для шины PCI (рисунок 4.6).
Рисунок 4.6 – Устройство сбора и передачи данных
Плата CP-114I производства фирмы MOXA Technologies монтируется в системный блок компьютера и обеспечивает все сигналы последовательного порта контроль четности управление потоками данных. Скорость передачи данных до 921 битс. Интерфейс (RS-232422485) выбирается программно.
В качестве образцового анемометра следует применить акустический анемометр АПА-1 поскольку данный прибор имеет малую погрешность высокую чувствительность и не вносит изменений в контролируемый воздушный поток. Выбор обусловлен так же тем что данный анемометр имеет последоветельный порт RS-232 для передачи данных в персональный компьютер. Внешний вид анемометра АПА-1 показан на рисунке 1.8 его технические характеристики приведены в таблице 1.4.
Разработка алгоритма функционирования системы
Работа системы начинается с самодиагностики. Проверяется наличие подключения образцового и поверяемого анемометра а так же энкодера и частотного преобразователя.
После запуска двигателя оператор должен выбрать режим в котором будет проводиться поверка.
В автоматическом режиме показания образцового поверяемого анемометров и энкодера передаются в компьютер. Увеличение скорости вращения вала двигателя происходит автоматически по заранее заданной таблице скоростей. Запись результатов измерений происходит после каждого цикла переключения скорости до тех пор пока не будет достигнута последняя скорость в таблице.
В случае если анемометр не имеет цифрового выхода применяется ручной режим поверки. В этом режиме показания образцового анемометра и энкодера передаются в компьютер. Показания поверяемого анемометра вводятся вручную с клавиатуры. Переключения скорости вращения осуществляется так же по нажатию клавиши на клавиатуре.
По окончанию записи результатов измерений на дисплей выводится соответствующее уведомление и двигатель плавно останавливается. Результаты измерений обрабатываются программно на компьютере.
Алгоритм работы системы показан в демонстрационном листе 5.
Расчет метрологических характеристик
Метрологические характеристики стенда для поверки анемометров определяются характеристиками используемого оборудования. Это:
–погрешность применяемого образцового анемометра;
–погрешность энкодера;
–параметры преобразователя частоты.
Поскольку для поверки анемометров использован метод сравнения показаний поверяемого прибора с образцовым то погрешность данного стенда будет определяться погрешностью образцового анемометра.
Абсолютная погрешность образцового анемометра АПА-1 составляет ± (001V + 0001V) где V – измеренная скорость потока а значит и абсолютная погрешность стенда в нормальных условиях должна составлять не более ± (001V + 0001V).
Точность задания скорости воздушного потока зависит от достоверности передаваемой информации с энкодера в частотный преобразователь а так же от характеристик самого частотного преобразователя.
Одним из критериев точности задния частоты воздушного потока является выходная мощность преобразователя частоты. Выбранный преобразователь частоты может работать с номинальной выходной мощьностью если установлен на высоте до 1000м над уровнем моря (Рисунок 6.1).
Рисунок 6.1 – Зависимость максимального тока на выходе преобразователя от высоты его установки
Так же преобразователь не сможет работать на полную мощность если температура окружающей среды выходит за пределы от -10С до + 40 С.
Допустимый уровень вибрации в месте установки преобразователя не более 58 мс2 (06g).
Абсолютная погрешность энкодера составляет ±001% от результата измерения. А значит погрешность задания частоты вращения двигателя в нормальных условиях не превышает 001%.
Расчет экономического эффекта от применения стенда для поверки анемометров на предприятиях горнодобывающей промышленности
1 Расчет стоимости создания и внедрения проекта
Расчет стоимости создания и внедрения проекта осуществлялся по методическим указаниям [25].
Стоимость создания ИИТ определяется по формуле:
Ссозд = Мз + Фот +Зэл + А + НР+Собуч тенге7.1
где Мз - материальные затраты тенге;
Фот - фонд оплаты труда тенге;
Зэл - расходы на электроэнергию отопление тенге;
А - амортизационные отчисления на используемое оборудование тенге;
НР - накладные расходы тенге;
Собуч – стоимость обучения персонала тенге.
Материальные затраты рассчитываются по формуле:
Мз = + Зм + Зк + тенге 7.2
n - количество видов датчиков;
Зм-стоимость модуля тенге;
Зк-стоимость промышленного компьютера тенге;
- стоимость j-го вида исполнительного механизма тенге;
m - количество видов исполнительных механизмов тенге.
Стоимость внедряемого оборудования приведена в таблице 7.1.
Разработка монтаж и наладка оборудования будет производиться фирмой-подрядчиком. Оплата за оказание этих услуг представляет собой сумму заработной платы исполнителей с учетом всех налогов прибыль фирмы и накладные расходы.
Стоимость внедряемого оборудования
Персональный компьютер
Преобразователь частоты ES024
Энкодер Hubner HMG 161
Электродвигатель 5АИ63В2
Блок сбора и передачи данных CP-114I
Образцовый анемометр АПА-1
Мз = 70000+90200+18000+15990+53930+206000=454120 тенге.
Фонд оплаты труда рассчитывается по формуле:
Ti - время на проведение i-го вида работ мес.
Заработная плата исполнителей с учетом социального налога приведена в таблице 7.2.
Заработная плата исполнителей
Время на проведение работ мес.
Программист-системотехник
Фот = 75000+75000*05+50000*05+60000*05+50000 = 217500 тенге
Данные для расчета оплаты за оказание услуг приведены в таблице 7.3.
Зпр = Фот*((П+100)100)*((Н+100)100)*
*((С+100)100)*((НДС+100)100) 7.4
Зпр = 217500*11*11*111*112=327179 тенге
Данные для расчета оплаты за оказание услуг
Накладные расходы(Н)
Затраты на осуществление проекта с учетом всех налогов составят 759657 тенге.
Амортизационные отчисления определяются по формуле:
где Сфа - стоимость фиксированных активов тенге;
На-норма годовых амортизационных отчислений фиксированных активов %;
Тз - время на разработку задачи мес.
В стоимость фиксированных активов войдет стоимость компьютера – 70000 тенге стоимость принтера – 15000 тенге. Сфа = 85000 тенге.
Норма амортизации определяется по формуле:
где Тн – нормативный срок службы лет (для компьютера и оргтехники не менее 1 года).
Затраты на электроэнергию освещение отопление определяется по следующей формуле:
Зэл = Сэл + Сос + Сот тенге7.7
гдеСэл-затраты на электроэнергию потребляемую используемым оборудованием тенге;
Сос - затраты на освещение тенге;
Сот - затраты на отопление тенге.
Затраты на электроэнергию потребляемую используемым оборудованием можно определить по формуле:
Ц - стоимость 1 кВт*ч тенге.
Сэл = 015*8*26*818= 255216 тенге
Затраты на освещение не производится так как основное технологическое оборудование установлено и освещено.
Затрат на отопление не будет так как сборка проекта будет проводиться в летнее время.
Зэл = 255216+0+0=255216 тенге
Накладные расходы определяются по формуле:
где Кз - коэффициент затрат на накладные расходы равен 005.
НР=005*Мз=005*454120 = 22706 тенге
Стоимость обучения персонала работе на новом оборудовании определяется по формуле:
Зед = Зо*n тенге 7.10
где Зо - плата за обучение тенгечас
n - количество часов обучения
Зед = 500*16=8000 тенге
Ссозд = 454120+327179 +255216 +7083+22706+8000 = 819343 тенге
2 Расчет показателей экономической эффективности
В горнодобывающей промышленности где отсутствуют современные образцовые средства метрологической поверки анемометров на местах эксплуатации приводит к тому что рудничные и шахтные анемометры контролируются и поверяются в основном государственной метрологической службой. Значительная удаленность поверяющих организаций от горнодобывающих предприятий влечет за собой большие затраты на транспортировку и поверку анемометров.
Экономическая эффективность стенда для поверки анемометров заключается в том что анемометры будут поверяться на предприятии. Это позволит избежать затрат на транспортировку и снизить затраты на поверку.
К примеру если на горнодобывающем предприятии имеется 10 анемометров АПР-2 которые должны проходить ежегодную поверку по методике РД 52.04.243-90. Расходы на транспортировку 10000 тенге. Стоимость поверки одного анемометра составляет 20768 тенге с учетом НДС. Тогда ежегодная сумма затрат на поверку 10 анемометров составит:
000+20768*10 = 217680 тенгегод.
Если на предприятии будет использоваться данный стенд для поверки анемометров то расходы на транспортировку исключаются. А затраты на поверку будут включать в себя затраты на электроэнергию которую будет потреблять данный стенд.
Норма времени на поверку 1 анемометра – 5 часов. Работать стенд будет не более 8 часов в день. Тогда количество дней на поверку 10 анемометров составит:
Затраты на электроэнергию потребляемую стендом можно определить по формуле 7.8:
*8*6*818 = 19632 тенге.
Экономия для данного предприятия составит 217484 тенгегод.
Срок окупаемости данного проекта рассчитывается по формуле 7.11.
где САСУ ТП - стоимость АСУ ТП тенге;
Д - чистый доход тенге.
Т=819343217484 =38 года
Срок окупаемости меньше нормативного 65 лет следовательно проект экономически эффективен.
Одной из наиболее важных задач в разработке новых технологий и систем производства является изучение и решение проблем связанных с обеспечением здоровых и безопасных условий в которых протекает труд человека.
Комфортные и безопасные условия труда — один из основных факторов влияющих на производительность и безопасность труда здоровье работников.
Право на здоровые и безопасные условия труда - одно из основных прав работников об этом записано в статье 29 Конституции Республики Казахстан. Целям охраны труда подчинено всё трудовое законодательство. Оно устанавливает основные принципы национальной политики в этой области мероприятия по предупреждению несчастных случаев и повреждения здоровья на производстве сведения к минимуму опасных и вредных производственных факторов в сфере всех видов хозяйственной деятельности и предприятий независимо от форм собственности. С целью реализации этого права граждан законодательством предусматривается ответственность государственных органов работодателей должностных лиц за создание условий способствующих укреплению здоровья граждан (Закон от 19 мая 1997 г. "Об охране здоровья граждан в Республике Казахстан" ).
В соответствии с законодательством Республики Казахстан (ст.23 Трудового Кодекса Республики Казахстан) обязанности по обеспечению безопасных условий и ОТ возлагаются на работодателя конкретно — на первое лицо предприятия.
Каждый работник обязан (ст.22 Трудового Кодекса Республики Казахстан):
) выполнять трудовые обязанности в соответствии с трудовым коллективным договорами актами работодателя;
) соблюдать трудовую дисциплину;
) соблюдать требования по безопасности и охране труда пожарной безопасности и производственной санитарии на рабочем месте;
) бережно относиться к имуществу работодателя и работников;
) сообщать работодателю о возникшей ситуации представляющей угрозу жизни и здоровью людей сохранности имущества работодателя и работников а также о возникновении простоя;
) не разглашать сведений составляющих государственные секреты служебную коммерческую или иную охраняемую законом тайну ставших ему известными в связи с выполнением трудовых обязанностей;
) возмещать работодателю причиненный вред в пределах установленных настоящим Кодексом.
В соответствии с требованиями ст. 312 Трудового кодекса Республики Казахстан в целях предотвращения профессиональных заболеваний и отравлений несчастных случаев обеспечения безопасности труда работодатель за счет собственных средств обязан организовывать проведение периодических медицинских осмотров и обследовании работников занятых на тяжелых работах работах с вредными (особо вредными) и (или) опасными условиями труда в порядке установленном законодательством Республики Казахстан.
Перечень вредных производственных факторов профессий для которых обязательны предварительные и периодические медицинские осмотры их периодичность определены приказом Министерства Здравоохранения Республики Казахстан №243 от 12.03.2004г.
Согласно статье 3 закона Республики Казахстан от 3 апреля 2002 года «О промышленной безопасности на опасных производственных объектах» на шахте к опасным производственным объектам относятся объекты на которых производятся используются перерабатываются образуются хранятся транспортируются уничтожаются а также применяются следующие опасные вещества механизмы оборудование и технологические производственные процессы:
а) вещества способные образовывать взрывопожароопасную среду – метан угольная пыль;
б) вредные вещества воздействующие на организм – метан угольная пыль шахтная пыль и т.д.;
в) грузоподъемные механизмы - шахтные подъемные установки;
г) горные геологоразведочные взрывные работы работы по добыче обогащению полезных ископаемых работы в подземных условиях;
д) электроустановки всех типов применяемые на опасных производственных объектах.
Работники опасных производственных объектов на шахте как указано в статье 12 должны проходить подготовку переподготовку повышение квалификации для предупреждения аварий и правильного поведения в случае их возникновения. Проведение мероприятий по обучению возлагается на руководителей шахты.
Прием лиц на работу в шахте с вредными опасными и неблагоприятными производственными факторами а также на подземные работы согласно статье 13 закона Республики Казахстан от 28 февраля 2004 года «О безопасности и охране труда» должен осуществляться директором после прохождения ими предварительного медицинского осмотра и определения у них отсутствия противопоказаний по состоянию здоровья в соответствии с требованиями установленными нормативными правовыми актами уполномоченного органа в области здравоохранения.
В соответствии со статьей 16 настоящего закона к работе на шахте допускаются работники которые прошли предварительное обучение и проверку знаний по безопасности и охране труда.
Так как шахта является предприятием непрерывного производства для работников вводится суммированный учет рабочего времени в соответствии со статьей 52 закона Республики Казахстан от 10 декабря 1999 года «О труде в Республике Казахстан» при условии что продолжительность рабочего времени за учетный период не должна превышать нормального числа рабочих часов в неделю.
В соответствии со статьей 57 настоящего закона выходные дни на шахте предоставляются в различные дни недели поочередно каждой группе работников согласно графику сменности утвержденного актами директора предприятия.
1 Анализ опасных и вредных производственных факторов возникающих при работе стенда для поверки анемометров
К вредным факторам относят факторы которые становятся в определенных условиях причиной заболеваний или снижения работоспособности. При этом имеется в виду снижение работоспособности исчезающее после отдыха или перерыва в активной деятельности.
Опасными называются факторы которые приводят в определенных условиях к травмам или внезапным резким ухудшениям здоровья. В зависимости от уровня и продолжительности воздействия вредный производственный фактор может стать опасным.
В настоящее время общепринятой является классификация опасных и вредных факторов которые согласно ГОСТ 12.0.003-74* по характерным видам воздействий оказываемых на организм человека подразделяются на:
- психофизиологические.
К физическим опасным и вредным факторам относятся:
- острые и падающие предметы;
- повышение и понижение температуры воздуха и окружающих поверхностей;
- повышенная запыленность и загазованность;
- повышенный уровень шума акустический колебаний вибрации;
- недостаточное освещение пониженная контрастность освещения;
- повышенная яркость блесткость пульсация светового потока;
- рабочее место на высоте.
К химическим опасным и вредным факторам относятся вредные вещества используемые в технологических процессах промышленные яды используемые в сельском хозяйстве и в быту ядохимикаты лекарственные средства применяемые не по назначению боевые отравляющие вещества.
Биологическими опасными и вредными факторами являются:
- патогенные микроорганизмы (бактерии вирусы особые виды микроорганизмов – спирохеты и риккетсии грибы) и продукты жизнедеятельности;
- растения и животные.
Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы – это факторы обусловленные особенностями характера и организации труда параметров рабочего места и оборудования. Они могут оказывать неблагоприятное воздействие на функциональное состояние организма человека его самочувствие эмоциональные и интеллектуальные сферы и приводить к стойкому снижению работоспособности и нарушению состояния здоровья.
Ниже приведены опасные и вредные факторы характерные работе стенда для поверки анемометров. К ним относятся:
Поражение электрическим током (в состав установки входит преобразователь частоты вращения электродвигателя источник с выходным трехфазным напряжением равным 220В);
Шум и вибрация (основным источником шума в данной установке является асинхронный электродвигатель мощностью 500Вт использованный в качестве вентилятора источника воздушного потока. Так же шум и вибрацию производит воздушный поток движущийся по воздуховоду аэродинамической трубы и сам воздуховод);
Воздействие электромагнитного поля (источником электромагнитного поля для данного стенда для поверки анемометров являются: эмиссионное излучение монитора компьютера детали и узлы преобразователя частоты и прочее электрооборудование; источником электромагнитного излучения установки являются силовые кабели трехфазный асинхронный электродвигатель);
Недостаточная освещенность помещения может привести к быстрому утомлению или ухудшению зрения оператора при длительной работе со стендом.
2 Мероприятия по снижению опасных и вредных факторов
) Для защиты человека от поражения электрическим током предусматриваются следующие основные меры:
- защитное отключение;
- защитное заземление;
- контроль состояния изоляции;
- недопустимость токоведущих частей для случайного прикосновения.
Защитное заземление осуществляет защиту человека от поражения электрическим током. Его следует различать от рабочего заземления и заземления молниезащиты.
Ниже приведены некоторые основные положения в соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 “Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление”.
Рабочее заземление – соединение с землей элементов электрической цепи например нейтральных точек обмоток силовых и измерительных трансформаторов обмоток генераторов дугогасящих аппаратов. Рабочее заземление призвано обеспечить заданный режим работы электрооборудования в нормальных или аварийных режимах и осуществляется либо непосредственным присоединением к заземляющему контуру либо через специальные аппараты – пробивные предохранители разрядники резисторы (в данном аэродинамическом стенде асинхронный электродвигатель и преобразователь частоты ES024 должны быть заземлены они имеют на корпусе клемму для подключения заземления).
Заземление молниезащиты – преднамеренное соединение с землей молние приемников и разрядников в целях защиты от действия атмосферного электричества электрооборудования зданий и сооружений.
Занулением в электроустановках напряжением до 1000В называется преднамеренное соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки нормально не находящихся под напряжением с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока с глухозаземленной средней точкой источника в сетях постоянного тока.
Для обеспечения автоматического отключения аварийного участка сопротивление цепи короткого замыкания должно быть небольшим.
Защитное заземление или зануление электроустановок следует выполнять:
-При номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока - во всех случаях;
-В электроустановках напряжением от 110 до 750 кВ должно быть выполнено защитное заземление.
Заземляющие устройства следует выполнять по нормам на напряжение прикосновения или по нормам на их сопротивление.
Заземляющее устройство которое выполняют по нормам на сопротивление должно иметь в любое время года сопротивление не более 05 Ом. При удельном сопротивлении "земли" большем 500 Ом·м допускается повышать сопротивление заземляющего устройства в зависимости от сопротивления «земли».
Так же после проведения монтажных и ремонтных работ необходимо проверять отсутствие напряжение на заземлении.
Так же недопустимо наличие или использование поврежденных токоведущих кабелей.
Для избежания опасности поражения человека электрическим током все электрооборудование входящее в состав стенда для поверки анемометров должно быть соответствующим образом заземлено.
) Допустимый уровень напряженности электромагнитного поля зависит от времени пребывания человека в зоне действия данного поля и нормируется в соответствии с ГОСТ 12.1.002-84.
Способы снижения воздействия электромагнитного поля:
экранирование рабочего места;
удаление рабочего места от источника электромагнитного поля;
установление рациональных режимов работы оборудования и обслуживающего персонала.
Одним из наиболее эффективных и часто применяемых методов защиты от электромагнитных излучений является экранирование. Для экранов используют главным образом материалы с большой электрической проводимостью (медь латунь алюминий и его сплавы сталь). Экраны должны быть заземлены.
Поскольку исполнительные устройства и датчики разрабытываемого стенда для поверки анемометров соединены с использованием стандартных интерфейсов (Ethernet RS-232 RS-485) а управление сбор и передача информации полностью автоматизированы это позволяет расположить рабочее место оператора на некотором расстоянии (не более 10 – 15 метров) от самого стенда во избежание влияния на человека электромагнитных полей источниками которых являются электродвигатель детали и узлы преобразователя частоты а так же блок сбора и передачи информации.
Однако в этом случае не исключается влияние электромагнитного поля монитора персонального компьютера на организм человека. Для снижения воздействия излучения монитора рекомендуется применять защитные экраны. Например защитный экран “ERGON” способен защитить организм человека от электромагнитных полей благодаря внедрению новых идей связанных с поляризованными покрытиями.
) Повышение уровня шума оказывает вредное воздействие на организм человека. Контроль шумового воздействия на предприятии должен осуществляется в соответствии с ГОСТ 12.1.003-83 «Шум. Общие требования безопасности» и СН 3223-85 «Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах».
Согласно нормативным документам эквивалентный уровень звука в лабораторных помещениях где и будет применяться данный стенд не должен превышать 50 дБ. Для того чтобы добиться этого уровня шума рекомендуется применять звукопоглощающее покрытие стен.
В качестве мер по снижению шума в поменщении можно предложить следующее:
- облицовка потолка и стен звукопоглощающим материалом (снижает шум на 6 – 8 дб);
- установка в компьютерных помещениях оборудования производящего минимальный шум;
- рациональная планировка помещения.
Однако одним из основных методов уменьшения шума на производственных объектах является снижение или ослабление шума в его источниках. В данном случае для снижения уровня шума издаваемого вентилятором аэродинамической трубы и вибрации его необходимо установить на вибропоглащаюшие резиновые прокладки. Так же для снижения влияния шума на организм человека рабочее место оператора можно расположить на расстоянии от самого стенда ввиду ряда причин описанных выше.
) Правильная организация рабочего места оператора стенда за компьютером:
- использование монитора в соответствии с требованиями действующих стандартов (требования к четкости и стабильности изображения);
- использование монитора с антибликовым покрытием;
- разработанное программное обеспечение должно обеспечивать комфортное считывание и восприимчивость отображаемой информации;
- на рабочем месте должно быть обеспечено соответствующее нормам освещение;
- при работе за компьютером необходимо делать перерывы для расслабления и отдыха глаз.
) Способы нормализации микроклимата:
Рациональное размещение оборудования;
Рациональная вентиляция и отопление;
Применение правильного искусственного и естественного освещения.
3 Расчет искусственного освещения
В помещении в котором будет применяться данный стенд для поверки анемометров должен быть соответствующий уровень освещенности для исключения опасности ухудшения зрения оператора при длительной работе со стендом.
Ниже приведен расчет освещенности подобного помещения.
Размещение светильников определяется следующими размерами:
- Н = 3 м — высота помещения;
- hc = 025 м — расстояние светильников от перекрытия;
- hn = H - hc = 3 - 025 = 275 м — высота светильников над полом;
- hp = высота расчетной поверхности = 07 м (для помещений связанных с работой ПЭВМ);
- h = hn - hp = 275 - 07 = 205 — расчетная высота;
Светильник типа ЛДР (2х40 Вт). Длина 124 м ширина 027 м высота 010 м.
L - расстояние между соседними светильниками (рядами люминесцентных светильников) Lа (по длине помещения) = 176 м Lв (по ширине помещения) = 3 м.
l - расстояние от крайних светильников или рядов светильников до стены l = 03 - 05L lа = 05La lв = 03Lв la = 088 м. lв = 073 м.
Светильники с люминесцентными лампами в помещениях для работы рекомендуют устанавливать рядами.
Метод коэффициента использования светового потока предназначен для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей при отсутствии крупных затемняющих предметов. Потребный поток ламп в каждом светильнике:
Ф = Е * r * S * z(N * h) (8.1)
где Е — заданная минимальная освещенность = 300 лк. так как разряд зрительных работ = 3;
r — коэффициент запаса = 13 (для помещений связанных с работой ПЭВМ);
S — освещаемая площадь = 30 м2;
z — характеризует неравномерное освещение z = ЕсрЕm
N — число светильников намечаемое до расчета. Первоначально намечается число рядов n которое подставляется вместо N. Тогда Ф - поток ламп одного ряда.
N = ФФ1 где Ф1 — поток ламп в каждом светильнике.
h — коэффициент использования. Для его нахождения выбирают индекс помещения i и предположительно оцениваются коэффициенты отражения поверхностей помещения r потолка = 70 % r стены = 50 % r пола = 30 %.
Я предлагаю установить два светильника в ряд. Светильники вмещаются в ряд так как длина ряда около 4 м.
Ф = 300 * 13 * 30 * 11(2 * 03) = 21450 лм.
Применяем светильники с лампами 2х40 Вт с общим потоком 5700 лм. Схема расположения светильников представлена на рисунке 9.1.
Рисунок 9.1 - Схема расположения светильников
4 Меры пожарной безопасности
Обеспечение пожарной безопасности осуществляется в соответствии с Законом РК «О пожарной безопасности» от 22.11.1996 г. №48-1.
Система пожарной безопасности в РК включает в себя комплекс экономических социальных организационных научно-технических и правовых мер направленных на предупреждение и ликвидацию пожаров.
Согласно закону РК на расстоянии не менее 5 м от стенда должен находиться огнетушитель.
Для тушения пожаров на электроустановках к примеру в шахтах находящихся под напряжением применяют порошковый огнетушитель ОПС-10 который представляет собой тонкостенный 10 литровый баллон с соответствующим порошковым зарядом. Порошковый состав подается через шланг и удлинитель под давлением сжатого воздуха.
Для обнаружения пожара на ранней стадии на шахтах используются тепловые и дымовые извещатели. Тепловые извещатели срабатывают при достижении определенного значения температуры или при определенной скорости нарастания температуры. Дымовые извещатели реагируют на появление дыма или на изменение оптической плотности воздушной среды.
В особо опасных объектах можно также использовать извещатели пламени срабатывающие на спектр излучения в ультрафиолетовой или инфракрасной частях спектра.
Исполнительный контакт извещателя должен оповещать диспетчера о пожаре. В случае больших масштабов пожара на оборудование подъемной установки возможно тушение водой только при отключении электрических частей машины от сети.
Ответственность за пожарную безопасность предприятия возлагается на руководителей предприятий. На каждом производственном объекте (цех лаборатория склад и т.п.) приказом назначается ответственный за пожарную безопасность. Фамилии ответственных лиц должны быть вывешены на видных местах.
Руководители и другие должностные лица организаций:
- обеспечивают пожарную безопасность и противопожарный
режим на предприятиях в учреждениях и организациях;
- обеспечивают своевременное выполнение противопожарных
- обеспечивают выполнение и соблюдение требований нормативных правовых актов системы противопожарного нормирования и стандартизации при проектировании строительстве реконструкции техническом переоснащении;
- содержат в исправном состоянии пожарную технику оборудование и инвентарь;
- обеспечивают разработку плана действий работников на случай возникновения пожара и проводят практические тренировки по
- представляют в органы государственного пожарного надзора
отчеты о пожарах и их последствиях;
- принимают меры к нарушителям противопожарных требований.
Промышленная экология
Тема дипломного проекта: Разработка стенда для поверки анемометров. Поскольку данный стенд будет применяться в основном на шахтах и рудниках то в этой главе рассматривается влияние горной промышленности на окружающую среду.
Горнодобывающая промышленность (ГДП) является одним из главных загрязнителей окружающей природной среды. В районе размещения основных технологических производств (карьер отвальное хозяйство обогатительная фабрика отстойники склады готовой продукции и пр. внешние и внутренние транспортные сооружения и т. д.) наблюдается полное либо частичное изменение экологического состояния компонентов окружающей природной среды.
Такого рода изменения проявляются в развитии негативных процессов основными из которых являются: отвод земель сельскохозяйственного назначения загрязнение почв и развитие эрозионных процессов загрязнение атмосферного воздуха подтопление территории истощение и загрязнение подземных и поверхностных вод. Кроме того при освоении месторождений полезных ископаемых образовывается большое количество отходов производства и потребления в виде вскрышных пород и хвостов обогащения отработанные масла и прочие отходы представленных в основном отходами вспомогательного производства [20].
Главным фактором преобразования окружающей среды являются техногенные процессы формирующиеся при эксплуатации различных объектов горнодобывающего производства. Влияние ГДП на окружающую сред определяется двумя группами факторов: собственно природными условиями месторождения и способами его разработки [21].
При открытом способе разработки полезных ископаемых наблюдаются наиболее сильные нарушения земной поверхности т.к. под месторождения отводятся большие площади земель которые после окончания работ в большинстве своем оказываются выведенными из местных экологических систем. Вследствие этого территории отработанных месторождений оказываются центрами развития эрозионных процессов с преобразованным ландшафтом данной местности. В местах отработки месторождений образовываются большие объемы отвалов пустой породы. Рассмотрим некоторые процессы открытой разработки месторождений полезных ископаемых.
Процесс бурения по количеству выбросов пыли в атмосферу в сравнении с другими технологическими процессами открытой разработки является наиболее «чистым». Однако уловленные мелкие частицы и пыль остаются на поверхности блока и в последующем могут быть частично подняты в атмосферу взрывными работами или ветром. Величина удельного пылевыделения при работе станков бурения в зависимости от крепости породы и типоразмера станка составляет 14-37 кгм3 горной породы а при работе станка без средств пылеподавления эта величина возрастает более чем в 30 раз. При коэффициенте крепости пород f=6-10 удельное пылевыделение составляет 50-190 г на 1 м скважины.
При взрывании горной массы вредные выбросы (пыль и газы) выделяются в атмосферу в виде пылегазового облака. Пыль из такого облака оседает на уступах промплощадках близлежащих территориях и является источником загрязнения окружающей среды. При взрывании 1м3 горной массы с использованием гранулированных взрывчатых веществ удельное пылевыделение составляет 30-100 гм3 с использованием эмульсионных взрывчатых веществ – 20 гм3. При этом в атмосферу выделяются оксид углерода СО и оксиды азота NOх (NO+NO2). Загрязнение атмосферы происходит при выделении газов как из пылегазового облака так и из массива взорванной горной массы. При применении таких взрывчатых веществ как граммонит 7921 игданит гранулит удельное выделение оксида углерода составляет 10-16 гкг оксидов азота 8-12 гкг взрывчатых веществ. При помощи различных методов пылегазоподавления можно снизить пылевыделение на 55-60 % а выделение оксидов азота на 35-50 %.
При производстве вскрышных и отвальных работ используются в основном одноковшовые экскаваторы (механические лопаты и драглайны). Удельное пылевыделение при экскавации зависит от типа экскаватора и крепости пород. Например для механических лопат с вместимостью ковша 8-15м3 разрабатывающих породы с крепостью 6-10 при погрузке (перегрузке) горной массы оно составляет 6-17 гм3 для драглайнов с ковшом вместимостью 10-20 м3 – 15-28 гм3 при породах с крепостью 4-6. При этом увлажнением отбитой горной массы можно снизить пылевыделение на 80-85%.
Также при открытой разработке месторождений полезных ископаемых одним из основных источников пылегазовыделения является транспорт. При этом независимо от вида транспорта (автомобильного железнодорожного конвейерного) пылевыделение наблюдается с поверхности транспортируемого материала. Удельная сдуваемость пыли с поверхности горной массы составляет 0003 г(м2·с).
При использовании автотранспорта загрязнение атмосферы происходит при взаимодействии колес автомобилей с дорожным покрытием (95-97% общей массы пыли выделяющейся от автотранспорта). Пылевыделение с карьерных дорог зависит в основном от типа дорожного покрытия и грузоподъемности автомобиля. При одинаковой скорости движения удельное пылевыделение с грунтовых дорог по сравнению щебеночным покрытием в 2-25 раза больше а с увеличением грузоподъемности с 30 до 180 т увеличение составляет 25-3 раза поэтому фактически удельное пылевыделение составляет 036-225 кг на 1км дороги. Снизить пылевыделение на 65-90 % можно путем гидрообеспыливания дорог [22].
При использовании конвейерного транспорта пылеобразование в каждом месте перегрузки горной массы составляет 1-2% массы пыли сдуваемой с поверхности транспортируемого материала. Орошением узлов перегрузки можно снизить пылевыделение на 50-60%. При использовании конвейерного транспорта для перемещения полускальных и скальных пород осуществляется процесс механического дробления породы который также сопровождается выделением пыли. Количество выделяемой пыли при дроблении породы зависит от типа дробилки и составляет 2-65г на 1 т породы. Средства пылеподавления позволяют снизить пыление на дробильно-перегрузочных пунктах на 70-80 %.
Кроме всего перечисленного при применении автомобильного и железнодорожного транспорта происходит загрязнение атмосферы отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания в составе которых можно выделить нормируемые (оксиды азота (NOх) и углерода (СО) углеводороды (СН) углерод (С) аэрозоли несгоревшего топлива и смазочного масла) и ненормируемые (оксиды серы SOх) количество которых определяется содержанием серы в топливе.
Удельные выбросы перечисленных вредных веществ зависят от режима работы двигателя и оцениваются на холостом ходу при 50%-м и полном использовании мощности. С учетом времени работы двигателя в каждом режиме для двигателей отечественного производства устанавливаемых на автосамосвалах грузоподъемностью 30-120 т удельные выбросы составляют: для СО – 03-09 кгч; для NO для CH – 01-03 кгч; для углерода – 003-009 кгч.
Горные работы являются неорганизованным стационарным источником выбросов вредных веществ в атмосферу. Технология ведения горных paбот и используемое на карьере оборудование оказывают отрицательное воздействие на атмосферу карьера и вокруг него. В результате ведения буровых и выемочно-погрузочных работ в атмосферу выбрасывается пыль неорганическая окись углерода и окись азота. При работе бульдозеров в атмосферу выделяются окись углерода двуокись азота углеводороды сажа и сернистый ангидрид.
При отвалообразовании пыль образуется либо при разгрузке думпкаров и складировании вскрышных пород экскаватором или бульдозером либо при использовании консольных отвалообразователей. При отвалообразовании с помощью бульдозеров загрязнение атмосферы происходит также в результате выброса вредных газов от работы двигателей внутреннего сгорания.
Образование техногенных форм рельефа является особенностью горных работ. После завершения работ формируется абсолютно новый тип местности: техногенные воронки больших размеров (карьеры) отвалы различного генетического типа техногенные водоёмы. По сравнению с естественными склоново-долинно-речными комплексами техногенные имеют более пересечённый рельеф (орографическая расчленённость возрастает в 15–2 раза). Отвалообразование приводит к увеличению высотных отметок как в продольном так и в поперечном профилях и как следствие к резкой активизации склоновых и эрозионных процессов. Процесс почвообразования затрудняет использование мощной техники. При освоении территории в результате обширного косвенного воздействия наблюдается активизация склоновых процессов [23].
Одним из основных показателей количественно характеризующим степень изменения ландшафта является объём переработанной горной массы и площади нарушенных территорий. Восстановление нарушенных в процессе горных работ территорий должно включать противоэрозионные мероприятия и рекультивацию земель.
Специфика влияния конкретного горнодобывающего предприятия на окружающую среду обусловлена геолого-геохимическими особенностями месторождений и применяемой техникой и технологией для его разработки. Эти особенности заключаются различием ассоциаций химических элементов конкретных месторождений полезных ископаемых. Распределение загрязняющих веществ в технологических цепях обусловлено технологией добычи и обогащения полезных ископаемых.
При разработке рудных месторождений одними из существенных являются процессы окисления и растворения сульфидов приводящие к возникновению хорошо растворимых в воде сульфатов.
При окислении сульфидов высвобождаются токсичные элементы миграция которых через подземные воды может привести к рассеиванию компонентов с последующим концентрированием их в различных компонентах окружающей среды. При этом фиксированный разнос отдельных компонентов в водах колеблется от сотен метров до нескольких километров.
Вредное влияние горных работ на окружающую среду может усугубляться одновременным воздействием других отраслей промышленности действующими в этом же районе градостроительными работами транспортными коммуникациями и т.п.
Таким образом в районе горнодобывающих предприятий при совокупном влиянии комплекса техногенных процессов формируется техногенез горного профиля в результате интенсивного воздействия которого происходит преобразование верхней части литосферы и окружающей среды в целом. Нарушенные же земли даже по истечении длительного периода времени так или иначе отличаются от существовавших до техногенного воздействия или окружающих их зональных природно-территориальных комплексов.
Одним из факторов техногенного воздействия ГДП можно считать способ обогащения полезного ископаемого так как именно обогащение наряду с собственно добычей является главным технологическим циклом наиболее значительно нарушающим почвы и грунты другие элементы природной среды.
При транспортировании и дроблении руды формировании и эксплуатации рудных штабелей атмосфера также загрязняется пылью.
Для всех способов разработки месторождений характерно воздействие на биосферу затрагивающее практически все её элементы: водный и воздушный бассейны землю недра растительный и животный мир.
Это воздействие может быть как непосредственным (прямым) так и косвенным являющимся следствием первого. Размеры зоны распространения косвенного воздействия значительно превышают размеры зоны локализации прямого воздействия и как правило в зону распространения косвенного воздействия попадает не только элемент биосферы подвергающийся непосредственному воздействию но и другие элементы.
В процессе горного производства образуются и быстро увеличиваются пространства нарушенные горными выработками отвалами пород и отходов переработки и представляющие собой бесплодные поверхности трицательное влияние которых распространяется на окружающие территории.
Воздействие горного производства на биосферу проявляется в различных отраслях народного хозяйства и имеет большое социальное и экономическое значение. Так косвенное воздействие на земли связанное с изменением состояния и режима грунтовых вод осаждением пыли и химических соединений из выбросов в атмосферу а также продуктов ветровой и водной эрозии.
Приводит к ухудшению качества земель в зоне влияния горного производства.
Это проявляется в угнетании и уничтожении естественной растительности миграции и сокращении численности диких животных снижении продуктивности сельского и лесного хозяйства животноводства и рыбного хозяйства.
В связи с осушением месторождений и сбросом дренажных и сточных вод (отходов переработки полезных ископаемых) в поверхностные водоёмы и водотоки резко изменяются гидрогеологические и гидрологические условия в районе месторождения ухудшается качество подземных и поверхностных вод.
Атмосфера загрязняется пылегазовыми организованными и неорганизованными выбросами и выделениями различных источников в том числе горных выработок отвалов перерабатывающих цехов и фабрик. В результате комплексного воздействия на указанные элементы биосферы существенно ухудшаются условия произрастания растений обитания животных жизни человека.
Загрязнение воздушного бассейна также связано с разработкой старых и освоением новых месторождений углеводородного сырья что приводит к увеличению загрязнения атмосферы сероводородом меркаптанами. Сжигание на факелах попутного газа сопровождается выбросом в атмосферу большого количества парниковых газов оксидов серы и азота вокруг месторождений формируется повышенный тепловой фон.
Недра являясь объектом и операционным базисом горного производства подвергаются наибольшему воздействию. Так как недра относятся к элементам биосферы не обладающим способностью к естественному возобновлению в обозримом будущем охрана их должна предусматривать обеспечение научно обоснованной и экономически оправданной полноты и комплексности использования.
Основная масса организмов обитающих в пределах литосферы находится в почвенном слое глубина которого не превышает нескольких метров.
Земли занятые промышленностью Казахстана составляют 36%. Из них 2% разрушены – это равно площади четырех городов Караганда [22]. Почвенный покров нарушается при разведке и разработке месторождений отвалами вскрышных пород хвостохранилищами золоотвалами карьерами нефтяными полями. Ресурсы взятые человеком от природы возвращаются ей в виде отходов часто ядовитых или не пригодных для утилизации.
Промышленные отходы – это остатки сырья и материалов образующиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие частично или полностью потребительские свойства например строительный мусор. На территории Казахстана накоплено около 21 млрд.тонн твердых отходов всех классов из них 52 млрд.тонн токсичные и ежегодно добавляется по 1 млрд.тонн. Большая часть отходов располагается в Карагандинской области – 294% Восточно-Казахстанской – 257% Костанайской – 17% Павлодарской – 146%. Чтобы образовался (восстановился) слой почвы толщиной в 1 см необходимо 100 лет а для степной казахстанской от 200 до 500 лет.
Таким образом воздействие горного производства на земли приводит к нарушению почвенного покрова изменению облика территорий ухудшению состояния и плодородия земель условий произрастания растений и обитания животных.
В связи с тем что природные системы обладают многоуровневой организацией в пространстве при проведении природоохранных и восстановительных мероприятий в конкретных ПТК необходимо учитывать многофакторность действующих процессов и природных условий которые складываются на разных уровнях организации природного вещества в пространстве.
Для оценки уровня загрязнения окружающей природной среды в районе промышленного освоения необходима объективная информация отражающая общую ситуацию состояние экосистем по главным показателям на всей изучаемой территории на основании которой выявляют наиболее нарушенные компоненты окружающей среды и основные факторы антропогенного воздействия. Такая информация позволяет выявить наиболее значимые источники загрязнения и ареалы их действия. Освоение месторождений полезных ископаемых неизбежно приводит к загрязнению больших территорий и носит как правило долгосрочный характер.
При оценке техногенной нагрузки получившей наиболее широкое распространение в мировой и отечественной практике широко используется экспертное шкалирование математическое взвешивание процедуры согласования результатов ценностные функции и другие методы в основе которых лежат преимущественно качественные характеристики. Более достоверные результаты могут быть получены при использовании количественных показателей воздействия производства на окружающую среду. В частности такой подход приведен в работе где предложено в качестве количественных показателей воздействия производства использовать отклонения фактических значений величин природных ресурсов от их исходных (естественных) значений. Отношение абсолютного отклонения к нормируемому характеризует относительное воздействие.
При проведении процедуры комплексной геоэкологической оценки конкретной территории подверженной воздействию техногенной нагрузки необходимо использовать современные подходы и методы исследования объектов окружающей среды наиболее апробированные в определенных условиях в целях получения достоверной информации об изучаемом объекте.
Комплекс методов оценки качества объектов окружающей среды (математический геохимический) позволил предложить следующие научные направления природоохранной деятельности:
составление прогноза накопления загрязнений;
создание системы инженерной защиты предотвращающей интенсивность развития негативных процессов загрязнения природной среды.
Исходя из видов и параметров существующих и ожидаемых нарушений шахтной поверхности необходимо проводить санитарно-гигиеническое направление рекультивации. В составе таких работ предусматриваются осушение и засыпка провалов проведение технической и биологической рекультивации отработанных породных отвалов.
В связи с огромным влиянием горной промышленности на окружающую среду необходимо:
- применять природоохранные мероприятия в частности технический и биологический этапы рекультивации породных отвалов шахты но сегодня в связи с высокой трудоемкостью и дороговизной особенно биологического этапа рекультивации они проводятся частично на небольших территориях;
-проводить горные работы прогрессивными методами чтобы формируемые при этом новые ландшафты могли в последующем с максимальным эффектом использоваться для других народнохозяйственных целей что обеспечит снижение вредного воздействия горных работ на окружающую среду и уменьшит затраты на её восстановление.
Ниже приведены методы борьбы с вредными выбросами которые целесообразно применять на предприятиях горной промышленности.
К мероприятиям по снижению выбросов пыли можно отнести:
- предварительное увлажнение орошение пылеподавление пеной пылеулавливание смыв осевшей пыли;
- осаждение пыли под воздействием сил тяжести (пылеосадочные камеры);
- выделение под действием центробежной силы (циклоны мультициклоны);
- сталкивание частиц пыли с осаждающим телом под воздействием сил энерции ( тканевые фильтры скрубберы);
- прямое осаждение когда частица пыли проходит вдоль тела осаждения на расстоянии меньшим радиуса частицы и таким образом сталкивается с ним (тканевые фильтры);
- осаждение частиц на поверхности тел под воздействием диффузии при прохождении газового потока вдоль этих тел (тканевые фильтры турбулентные скоростные промыватели);
- выделение частиц под воздействием электрического поля (электрофильтры);
- выделение пыли путём осаждения на холодных поверхностях (эффект термопреципитации).
Очистка воздуха от вредных примесей:
- термическое дожигание – там где в газах высокая концентрация примесей и большое количество кислорода;
- каталитическое дожигание – окисление примесей в присутствии металлических катализаторов;
- абсорбционный метод – поглощение жидкими реагентами токсичных газов и паров;
- хемосорбция – удаление вредных газов путём реагирования с растворителями и нейтрализации их;
- адсорбция – твёрдые поглотители (активированный уголь силикагель цеолит) применяется для удаления запахов.
Метод абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов (абсорбатов) жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.
Процесс абсорбции часто называют скрубберным. Выбор абсорбента обусловлен растворимостью в нем извлекаемого компонента и ее зависимостью от температуры и давления.
В зависимости от реализуемого контакта газ—жидкость различают насадочные башни; форсуночные и центробежные скрубберы; скрубберы Вентури тарельчатые барботажно-пенные и другие скрубберы. Необходимым элементом технологии сбора является регенерация абсорбента. Десорбцию растворенного газа проводят либо снижением давления либо повышением температуры либо одновременным использованием того и другого.
Метод хемосорбции наиболее выгодный при небольшой концентрации вредных компонентов в отходящих газах основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых соединений. В большинстве случаев эти реакции обратимы что используется для регенерации хемосорбента особенно при очистке от оксидов азота.
Основным недостатком абсорбции и хемосорбции является снижение температуры газов что приводит к последующему снижению эффективности рассеивания остаточных газов в атмосфере.
Метод адсорбции основан на свойстве некоторых твердых тел с ультрамикропористой структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты газовой смеси. Процесс может иметь как физический характер так и химический. В первом случае он обратим во втором как правило необратим. В качестве адсорбентов применяют активированные угли простые и комплексные оксиды (силикагель цеолиты и т.д.).
Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных горизонтальных или кольцевых емкостей заполненных пористым адсорбентом через который фильтруется поток очищаемого газа.
Адсорбция эффективна при удалении больших концентраций загрязняющих веществ; при удалении паров растворителей органических смол паров эфира ацетона. Адсорбенты также применяют для очистки выхлопных газов автомобилей для удаления радиоактивных газов и ядовитых компонентов.
Когда объемы выбросов велики а концентрация загрязняющих веществ превышает 300 млн-1 для разрушения токсичных органических веществ используется дожигание (термическая нейтрализация).
Метод основан на способности горючих компонентов окисляться до менее токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры газовой смеси и реализуется прямым сжиганием или термическим окислением. К преимуществам этого метода перед адсорбцией и абсорбцией относятся отсутствие шламового хозяйства небольшие габариты установок и простота их обслуживания.
Основной недостаток — значительные энергозатраты для нагрева очищаемых газов.
Каталитический метод основан на превращении токсичных компонентов выбросов в менее токсичные или безвредные за счет использования катализаторов в качестве которых применяют платину металлы платинового ряда окислы меди двуокись марганца пятиокись ванадия и др. Этот метод применяется для очистки выбросов от окиси углерода за счет ее окисления до двуокиси углерода.
В общем случае порядок выбора типа очистных устройств и фильтров определяется следующей схемой: выявление характеристик выбросов (температура влажность вид и концентрация примесей токсичность дисперсность и т.п.); определение типа очистного устройства или фильтра по расходу газа требуемой степени очистки возможностей производства и других факторов; оценка рабочей скорости газов; технико-экономический анализ возможных вариантов очистки; расчет параметров очистного устройства; проектирование и выбор очистного устройства или фильтра.
В горной промышленности основными видами деятельности при которых происходят те или иные нарушения окружающей среды различной интенсивности являются:
- проведение горных выработок для добычи полезного ископаемого и обслуживания горных работ;
- транспортирование горной массы рельсовым конвейерным ав-тотранспортным или гидравлическим способом;
- переработка полезного ископаемого;
- складирование полезного ископаемого и минеральных отходов и их последующая утилизация;
- вентиляция горных выработок нейтрализация и обезвреживание вредных веществ выделяющихся в атмосферу при работе машин и оборудования пылеподавление и пылеулавливание;
- целенаправленное изменение свойств массива горных пород где расположена выработка (замораживание тампонаж термическое воздействие и т.п.);
- энергоснабжение горных предприятий;
- рекультивационные и закладочные работы;
- дренажные и водоотливные мероприятия.
Влияя на природные компоненты человек в процессе своей деятельности часто нарушает естественные взаимосвязи трансформируя их не только позитивно но и негативно.
Изучение техногенного влияния на природу показало что если человек своей деятельностью преобразует хотя бы один из природных компонентов то результат его трудовой деятельности всегда затрагивает две или три природные сферы причем не обязательно в районе непосредственного приложения воздействия.
Для снижения влияния горной промышленности на окружающую среду необходимо применять выше изложенные меры по охране и защите окружающей среды.
В ходе выполнения данного дипломного проекта были закреплены теоретические знания полученные при изучении предмета «Автоматизация измерений технологических процессов». Так же были получены навыки проектирования и расчета автоматизированных систем оформления конструкторской документации.
В настоящем дипломном проекте был разработан стенд для поверки анемометров стоимость которого значительно ниже стоимости существующих аэрометрических установок что позволяет применять его как на крупных предприятиях горнодобывающей промышленности так и на отдельных шахтах и рудниках. Оснащение метрологических служб шахт и рудников этим недорогим стендом для поверки анемометров позволит существенно повысить безопасность труда в горнодобывающей промышленности а так же исключить расходы на транспортировку анемометров до места поверки.
Список использованной литературы
ГОСТ 2.113-75. Групповые и базовые конструкторские документы.
ГОСТ 2.702-84. Правила выполнения электрических схем.
ГОСТ 2.709-89. Обозначения условные проводов и контактных соединений электрических элементов оборудования и участков цепей в электрических схемах.
ГОСТ 19.701–90 Схемы алгоритмов программ данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения.
ГОСТ 21.404–85 Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах.
Шкундин С.З. Буянов С.И. Румянцева В.А. Спектральный анализ пульсаций скоростей потока измеренных акустическим анемометром. Измерительная техника №4 апрель 2004 стр. 46-48.
Шкундин С.З. Румянцева В.А. Повышение точности измерения скорости воздушного потока акустическим анемометром. Измерительная техника №1 2001 с. 54-57.
Шкундин С.З. Воронцов А.В. Автоматизированная аэрометрическая установка — метрологическое обеспечение горнорудной анемометрии. Горная промышленность №2 2004 с. 27-29.
Федоров А.А. Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по ЭС промышленных предприятий. Учебное пособие для вузов. – М. Энергоатомиздат 1987 – 368с.
Справочник по электроснабжению промышленных предприятий: Проектирование и расчетыА.С. Овчаренко М.Л. Рабинович и др. – К.: Техника 1985. – 279с.: ил.
Э.А. Соскин Э.А. Киреева. Автоматизация управления примышленного ЭС. – М.: Энергоатомиздат. 1990. – 384с. ил.
Н.И Федунец Д.К Потресов. Проектирование подсистем и звеньев АСУ. – М.: изд. МГИ 1981. – с.72.
Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов: Учеб. пособие для студентов электроэнергет. спец. вузов 2-е изд. перераб. и доп.В.М. Блок Г.К. Обушев Л.Б. Паперно и др.; под ред. В.М. Блок. – М.: Высш. шк. 1990. – 383 с.: ил.
Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 1. Общие вопросы. Электротехнические материалы Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др.– 7-е изд. испр. и доп. – М.: Энергоатомиздат 1985.– 488c.
Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 2. Электротехнические изделия и устройства Под общ. ред. профессоров МЭИ (гл. ред. И.Н. Орлов) и др. – 7-е изд. испр. и доп. – М.: Энергоатомиздат 1986.– 712 с.
Бережной С.А. Романов В.В. Седов В.И. Безопасность жизнедеятельности Учебное пособие. - Тверь: ТГТУ1996.-307 с.
Бережной С.А. Аксенов Б.С. и др. Количественная оценка условий труда на рабочих местах Метод. разработка - Калинин: КПИ 1989. – 215 с.
Раздорожный А.А. Безопасность производственной деятельности: Учеб. пособ. – М.: ИНФРА-М 2003. – 208 с.
Новиков Ю. В. Экология окружающая среда и человек: Учебное пособие для студентов вузов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Фаир-Пресс 2005.-736 с.
Ханхунов Ю.М. Истомина Т.В. Воздействие на окружающую среду отходов горнодобывающих предприятий. Новые экологобезопасные технологии для устойчивого развития регионов Сибири. – Улане-Удэ. – 2005. – Т.1. – С. 76-80.
Королев В. А. Мониторинг геологической среды: Учебник. – М.: Изд-во МГУ. – 1995. – 272 с.
Потапов М.Г. Комраков А.Н. Экологическая оценка технологических схем открытых горных разработок. Горный журнал. – 2003. – №3. – С. 81-86.
Петров В.Ф. Петров С.В. Мурашев Н.М. Экологическая оценка установок кучного выщелачивания золота. Горный журнал. – 2001. – №5. – С. 56-58.
Коваль П.В. Руш Е.А. Геоэкология: анализ методов геоэкологической оценки природно-техногенных систем. Инженерная экология. – 2006. – №1. – С. 3-32.
Надыров А.Ф. Денисова А. Б. Сергеев В.Я. Методические указания к экономической части дипломных проектов и работ для студентов специальностей 160240 “Метрология и метрологическое обеспечение ” 340640 “Информационно-измерительная техника и технология”.- Караганда: КарГТУ2003.-40 с.

Обложка.doc

Министерство образования и науки Республики Казахстан
Карагандинский государственный технический университет
Разработка стенда для поверки анемометров
Специальность050716 – «Приборостроение»

Титульник.doc

Министерство образования и науки Республики Казахстан
Карагандинский государственный технический университет
На тему: Разработка стенда для поверки анемометров
по специальности 050716 – «Приборостроение»

Содержание(стенд).doc

Анализ существующих типов анемометров
1 Чашечные анемометры
2 Крыльчатые анемометры
4 Акустические анемометры
5 Вывод достоинства и недостатки различных типов анемометров
Анализ существующих средств и методов поверки анемометров
1 Движение поверяемого анемометра в неподвижном воздухе
2Воспроизведение единицы скорости воздушного потока
3Аэродинамический стенд АДС-30030
Разработка технических требований
1 Требование к составу изделия
2 Требования к назначению
3 Требования к выполняемым функциям
4 Метрологические характеристики
5 Требования к конструкции
6 Требования к условиям эксплуатации
7 Требования к надежности
8 Технико-экономические требования
Разработка структурной и принципиальной электрической схемы
1Разработка структурной схемы
2Разработка принципиальной схемы и выбор элементной базы
Разработка алгоритма функционирования системы
Расчет метрологических характеристик
Расчет экономического эффекта от применения стенда для поверки анемометров на предприятиях горнодобывающей промышленности
1 Расчет стоимости создания и внедрения проекта
2 Расчет показателей экономической эффективности
1 Анализ опасных и вредных производственных факторов возникающих при работе стенда для поверки анемометров
2 Мероприятия по снижению опасных и вредных факторов
3 Расчет искусственного освещения
4 Меры пожарной безопасности
Промышленная экология
Список использованной литературы

аннотация.doc

Цель – разработка аэродинамического стенда для поверки анемометров с использованием современных технических средств. Область приминения разрабатываемого стенда – мелкие и крупные предприятия горнодобывающей промышленности.
Были сформулированы требования предъявляемые к техническим средствам разрабатываемого стенда. Представлены технические параметры рекомендуемого оборудования а так же правила его технического обслуживания.
Рассмотрены вопросы экологии охраны труда и экономики.
Демонстрационный материал содержит 74 страницы пояснительной записки 6 графических листов.
Дипломды жоба ПС-07-2 тобыны студенті Калабин А.Ю таырыбы «Анемометрлерді тексеру шін арналан стендті жасау».
Масаты – азіргі техникалы уралдарды олдана отыра анемометрлерді тексеру шін аэродинамикалы стендті деу. дейтін стендті олдану облысы – кіші жне ірі ксіпорындары кен діру нерксіпте.
Жасалатын стендті техникалы урал крсеткіштері е тменгі талаптармен синпатталан. Кеес берілетін жабдытарды техникалы параметрлі жне оны техникалы ызмет крсетуін ережелері берілген.
Экономикалы тиімділік метрология ндірістік экология жне ебек орау сратарына да арнайы блімдер берілген.
Дипломды жоба 74 беттен тратын жазба тсіндірмесінде баяндалан жне 6 суреттен.

лист4_труба.dwg

Разработка стенда для поверки анемометров
Структурная схема аэродинамической трубы
Двигатель 2. Спрямляющий аппарат 3. Хонейкомб (дополнительные выравнивающие решетки) 4. Измерительное сопло 5. Крыльчатка поверяемого анемометра 6
Образцовый анемометр 7. Энкодер

лист1_анемометры.dwg