Введение к работе
Актуальность темы. Широкомасштабное внедрение паровых котлов малого давления (с рабочим давлением до 0,07 МПа избыточных, в дальнейшем МПаи) малой тепловой мощности (до 1000 кВт) в агропромышленном комплексе страны привело к появлению на селе принципиально новой опасности - взрывов, а котлы стали самыми травмоопасными из всего стационарного оборудования. Обеспечение взрывобезопасности котлов стало проблемой для АПК.
Эффективность инженерно-технических мероприятий, направленных на повышение взрывобезопасности этой группы оборудования и построенных на опыте эксплуатации паровых котлов более высокого давления и на общих представлениях о физических процессах, протекающих в опасных ситуациях, оказалась недостаточной. Методы и методики исследований, используемые разработчиками котлов и испытателями на машиноиспытательных станциях, принципиально не могли расширить круг знаний об опасных процессах, развивающихся в котлах.
Эти обстоятельства определили необходимость качественно нового подхода к решению проблемы повышения безопасности паровых котлов малого давления, используемых в АПК.
Работа выполнялась в рамках отраслевых научно-технических программ О.СХ 127 Минсельхоза СССР и О.СХ 82 Госагропрома СССР во ВНИИОТ Минсельхозпрода РФ и по темам 01.14.96 и 01.16.97 единого заказ-наряда ОрелГТУ, финансируемого из средств госбюджета Министерством общего и профессионального образования.
Цель исследования - повышение взрывобезопасности паровых котлов малого давления в АПК путем разработки инженерно - технических решений.
Задачи исследования:
разработка общей концепции, метода, средств и методик исследования взрывобезопасности паровых котлов малого давления в АПК;
проведение экспериментальных и теоретических исследований физических процессов в котлах во взрывоопасных ситуациях, разработка на-
4 учных основ повышения взрывобезопасности паровых котлов малого давления;
разработка инженерно-технических решений, направленных на повышение безопасности паровых котлов малого давления.
Научную новизну диссертации составляют:
-
Метод исследования взрывоопасных режимов паровых котлов малого давления и методика планирования эксперимента;
-
Механизм работы предохранительных клапанов и методология расчета их рабочих характеристик;
-
Механизм развития внутрикотловых процессов при срабатывании предохранительного клапана и методология расчета конструктивных параметров котла, при которых исключен выброс кипящей воды через предохранительные клапаны;
-
Механизм развития внутрикотловых процессов при упусках воды и методика расчета давления в котле при восстановлении упущенного уровня воды;
-
Механизм развития колебаний давления в отопительной системе и методология расчета энергии взрыва паровых котлов, включенных в систему отопления;
-
Механизм развития взрыва в топках паровых котлов малого давления и методология расчета давления взрыва.
На защиту выносятся:
Методология и пути повышения взрывобезопасности паровых котлов малого давления в АПК, в том числе:
-
Метод исследования физических процессов во взрывоопасных ситуациях на паровых котлах малого давления;
-
Результаты исследования работы предохранительных клапанов паровых котлов; математическая модель, описывающая положение грибка предохранительного клапана в зависимости от давления в котле, методология расчета рабочих характеристик предохранительных клапанов для до- и сверхзвукового режимов истечения;
-
Результаты исследования внутрикотловых процессов и выбросов горячей воды из котла при срабатывании предохранительных клапанов; математическая модель процессов и методология расчета конструктивных
5 параметров котла, при которых исключен выброс кипящей воды через предохранительный клапан;
4. Результаты исследований физических процессов, происходящих в
паровых котлах малого давления при частичном и глубоком упусках воды;
методика расчета давления в котле при восстановлении упущенного уров
ня;
-
Результаты исследований физических процессов при использовании паровых котлов малого давления в системах отопления, математическая модель колебаний давления в отопительной системе, условия безопасности при включении котлов в системы отопления;
-
Результаты исследования процесса взрыва парового котла малого давления КВ-300М при перегревах воды и неработоспособности средств защиты, методика оценки мощности взрыва и кинетической энергии осколков;
-
Результаты исследований процесса взрыва в топках паровых котлов малого давления, работающих на жидком топливе; математическая модель взрыва.
Достоверность результатов обеспечивается примененным методом исследований, точностью измерения параметров, обоснованностью использованных теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задач, применением рациональных математических методов и подтверждается количественным и качественным согласованием результатов теоретических исследований и экспериментальных данных.
Практическую ценность имеют:
-
Экспериментальная установка, метод и методики испытаний паровых котлов для исследования протекания физических процессов в опасных ситуациях и оценки взрывобезопасности ситуаций и котла в целом.
-
Результаты экспериментальных исследований физических процессов в предохранительных клапанах; результаты экспериментальных исследований вігутрикотловьіх процессов при срабатывании предохранительных клапанов; результаты экспериментальных исследований паровых котлов малого давления при упусках воды и восстановлении ее уровня; результаты
.экспериментальных исследований паровых котлов, включенных в систему
б отопления без предохранительных клапанов; результаты экспериментальных исследований взрывов топливо-воздушной смеси в топках котлов, работающих на жидком топливе.
3. Найденные в результате исследований зависимости между параметрами физических процессов и состояния котла в опасных ситуациях позволяют разрабатывать котлы, эксплуатация которых будет связана с повышенной безопасностью труда операторов.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в нормативные документы государственного и отраслевого уровней: ГОСТ 12.2.042-79 "ССБТ. Машины и оборудование для животноводства и кормопроизводства. Общие требования безопасности" (раздел "Теплогенериру-ющие и теплоиспользующие изделия"), "Правила безопасности при производстве продукции животноводства в системе Госагропрома СССР (раздел "Теплогенерирующие устройства"), "Рекомендации по профилактике травматизма работников мясного и молочного скотоводства (раздел "Паро- и теплогенераторы"), ОСТ 70.233-80 "ССБТ. Машины и оборудование для животноводства и кормопроизводства. Методы оценки безопасности. Эргономическая оценка", "О внедрении устройства безопасной подпитки котлов" - инструктивное письмо Минсельхоза СССР и ЦК профсоюза работ. сел. хоз. №255 - 6/4 от 24.02.1983 г. , "О мерах по безопасному использованию котельных установок" - инструктивное письмо Минсельхоза СССР № 256-6/768 от 09.12.83 г..
Внедренные нормативные документы способствовали снижению числа взрывов паровых котлов малого давления в АПК (рисунок 1).
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных Всесоюзных научных конференциях по охране труда в сельском хозяйстве (г. Орел, 1978...1988 гг.), на Всесоюзных межвузовских конференциях "Обеспечение безопасности труда в агропромышленном производстве" (г. Каунас, 1987 г. и 1989 г.), на Всесоюзной научно- технической конференции "Повышение безопасности оборудования и технологических процессов на основе применения средств автоматической защиты и промышленных роботов" (г. Казань, 1981г.), на Всесоюзных научно-практических семинарах по охране труда для руководящих работников системы МСХ республик и инспекторов труда ВЦСПС (г. Москва, 1985
7 и 1988 гг..), на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава ОрелГТУ (1992...1998 гг.), Международной научно - технической конференции "Диагностика. Информатика. Экология. Безопасность", (г. Санкт - Петербург, 1997г.), на Межрегиональной научно-практической конференции "Проблемы обеспечения конкурентоспособности российской машиностроительной продукции", (Орел, 1997).
Устройству безопасной подпитки котла КВ-ЗООМ, разработанному автором и руководимым им коллективом, на первом Всероссийском конкурсе работ по охране труда, объявленном Министерством сельского хозяйства в 1982 году, присуждена вторая премия.
Работа "Экспериментальное исследование явления упуска воды в котле КВ-ЗООМ", проведенная автором и руководимым им коллективом, стала дипломантом в 1984 году по результатам Всесоюзного конкурса научно-исследовательских работ по охране труда, объявленного по всем отраслям народного хозяйства (отмечена специальным дипломом и премией).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 39 статей, 9 тезисов докладов, составлено 10 научно-технических отчетов, разработано 6 нормативных документов, получено 2 авторских свидетельства и 2 патента на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложения. Рукопись имеет 298 страниц текста, включая 99 рисунков, 13 фотографий и 11 таблиц. Библиография содержит 272 наименования.
