Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Оперативно-диспетчерское управление в электроэнергетике 9
1.2. Общая характеристика условий труда диспетчера 17
1.3. Влияние ПЭВМ на состояние и здоровье пользователя 19
1.4. Аэроионный состав воздуха 21
1.5. Анализ показателей аэроионного состава воздуха на рабочих местах 26
1.5.1 Анализ показателей аэроионного состава воздуха на рабочих местах диспетчерского персонала Челябинской энергосистемы 27
1.5.2 Анализ показателей аэроионного состава воздуха на рабочих местах МЭС Западной Сибири 30
1.6. Влияние искусственной аэроионизации на человека 32
1.7. Методы и средства обеспечения аэроионного состава воздуха 35
1.7.1 Люстра Чижевского и другие ионизаторы воздуха 39
1.7.2 Электрические фильтры для очистки и ионизации воздуха 42
1.8. Требования к устройствам для очистки и ионизации воздуха в помещениях 45
Основные выводы по главе 1. Задачи исследования 47
ГЛАВА 2. Теоретическое исследование процесса очистки и ионизации воздуха 49
2.1. Разработка электростатического фильтра-ионизатора воздуха 49
2.2. Анализ процесса очистки воздуха от взвешенных частиц в ЭСФ-ионизаторе 53
2.3. Анализ сил, действующих на взвешенную частицу в ЭСФ-ионизаторе 54
2.4. Степень очистки воздуха в электрофильтре 60
2.5. Конвективные потоки, их использование в работе ЭСФ-ионизатора 62
2.5.1 Конвективные потоки над круглыми источниками 64
2.5.2 Конвективные потоки у вертикальных поверхностей (пристенные) 66
2.6. Расчет степени очистки воздуха в ЭСФ-ионизаторе 69
2.7. Расчет оптимальной концентрации легких ионов в зоне дыхания 73
2.8. Процесс ионизации воздуха в ЭСФ-ионизаторе 75 2.9.Источник высокого напряжения для питания электростатического фильтра-ионизатора 76
2.9.1 Требования к источникам высокого напряжения 77
2.9.2 Разработка источника высокого напряжения 78
Основные результаты и выводы по главе 2 82
ГЛАВА 3. Программа и методика эксперементальных исследований 83
3.1. Программа экспериментальных исследований 83
3.2. Методы и технические средства измерения концентрации взвешенных (пылевых) частиц и аэроионов в воздушной среде 83
3.2.1 Методы и технические средства измерения концентрации взвешенных (пылевых) частиц в воздухе 84
3.2.2 Методы и технические средства измерения концентрации аэроионов 86
3.3. Описание экспериментальной установки 89
3.4. Методика исследования скорости воздушных потоков, создаваемых электроприборами 91
3.5. Исследование зависимости степени очистки воздуха ЭСФ-ионизатором от напряжения питания 92
3.6. Исследование зависимости степени очистки воздуха ЭСФ-ионизатором от расстояния между осадительными пластинами 93
3.7. Методика исследования зависимости концентрации генерируемых ионов от количества ионизирующих иголок 93
3.8. Исследование зависимости количества генерируемых ионов от напряжения питания 94
3.9. Исследование зоны распространения генерируемых ионов от прибора 94
3.10. Методы и технические средства измерение концентраций озона 95
3.11. Исследование выходных параметров источника высокого напряжения 97
Основные результаты и выводы по главе 3 99
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований 100
4.1. Исследование скорости конвективных потоков, создаваемых электроприборами 100
4.2. Исследование зависимости степени очистки воздуха ЭСФ-ионизатором от напряжения питания 101
4.3. Исследование зависимости степени очистки воздуха ЭСФ-ионизатором от межэлектродного расстояния 102
4.4. Исследование зависимости концентрации генерируемых ионов от количества ионизирующих иголок 103
4.5. Исследование зависимости количества генерируемых ионов от напряжения питания 104
4.6. Исследование зоны распространения генерируемых ионов от прибора 105
4.7 Определение концентраций озона 106
4.8. Исследование источника высокого напряжения 106
4.8 Производственные испытания ЭСФ-ионизатора 107
Основные результаты и выводы по главе 4 110
Основные выводы и результаты 111
Литература 112
Приложения 124
- Анализ показателей аэроионного состава воздуха на рабочих местах диспетчерского персонала Челябинской энергосистемы
- Конвективные потоки, их использование в работе ЭСФ-ионизатора
- Исследование зависимости степени очистки воздуха ЭСФ-ионизатором от напряжения питания
- Исследование зависимости концентрации генерируемых ионов от количества ионизирующих иголок
Введение к работе
Актуальность работы. Электроэнергетика является одной из базовых отраслей экономики, во многом определяющей развитие других отраслей и сферы потребления. Надежное и эффективное функционирование энергетической системы страны, бесперебойное снабжение потребителей в значительной степени зависит от надежной работы системы диспетчерского управления электроэнергетикой.
На современных энергосистемах работает высококвалифицированный оперативно-диспетчерский персонал, пользующийся автоматизированными системами управления, состоящими из средств связи, телемеханики, вычислительной техники, систем автоматики и комплексов программного обеспечения. Деятельность диспетчерского персонала связана с большими эмоциональными нагрузками и психологическим напряжением, что обусловлено повышенной ответственностью за нормальный режим работы энергосистемы. Работа с компьютерной техникой характеризуется дополнительным воздействием на работников целой группы вредных факторов.
Одним из вредных факторов на рабочем месте, оборудованном персональной электронно-вычислительной машиной (ПЭВМ), является недостаток легких аэроионов в воздухе. Воздействие этого фактора оказывает негативное влияние на работоспособность и производительность персонала, их самочувствие, может быть причиной головных болей, сонливости, повышенной утомляемости. Ошибочные действия диспетчерского персонала могут привести к непрогнозируемым ситуациям и авариям, поэтому создание санитарно-гигиенических условий труда, повышение за счет этого производительности, работоспособности и сохранение здоровья персонала является актуальной задачей.
Одним из направлений улучшения условий труда по качеству воздуха в помещении диспетчерских энергосистем является использование устройств для ионизации воздуха.
Анализ научных направлений в области разработки средств для обработки воздуха показывает, что в большинстве случаев в аппаратах для ионизации воздуха не предусмотрена предварительная его очистка. Вместе с тем, ионизация не может быть эффективной, если воздух помещения содержит пылевые частицы. Поэтому разработка устройств для обработки воздуха применительно к рабочему месту, оборудованному ПЭВМ, обеспечивающих санитарно-гигиенические нормы, является также актуальной. Перспективно в этом плане применение электростатических фильтров-ионизаторов (ЭСФ-ионизаторов), в которых происходит и очистка, и ионизация воздуха.
Работа поддержана грантом по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК»), осуществляемой Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере при поддержке Федерального агентства по науке и инновациям и Федерального агентства по образованию.
Цель работы: улучшение условий труда диспетчерского персонала энергосистем за счет разработки и использования устройства для очистки и ионизации воздуха.
Идея работы: совмещение функций очистки и ионизации воздуха в одном устройстве позволит улучшить состояние воздушной среды по показателям аэроионного состава на рабочем месте, оборудованном ПЭВМ, применение диэлектрических пластин в конструкции ЭСФ-ионизатора обеспечит его электробезопасность, а использование конвективных потоков в работе устройства решает вопросы энергосбережения.
Научные положения и результаты, выносимые на защиту:
Аэроионный состав диспетчерских энергосистем не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям по количеству легких аэроионов, концентрация которых зависит от загрязненности воздуха пылевыми частицами.
Степень очистки воздуха от пылевых частиц в ЭСФ-ионизаторе зависит от мощности источника конвективного потока, используемого в работе устройства.
Разработанная конструкция ЭСФ-ионизатора с диэлектрическими осадительными пластинами и ионизирующими иголками обеспечивает очистку и ионизацию воздуха в рабочей зоне, что позволяет улучшить условия труда диспетчерского персонала по показателям аэроионного состава.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается аргументированностью исходных посылок, вытекающих из санитарно-гигиенических требований к качеству воздуха, удовлетворительным совпадением результатов теоретических исследований с результатами экспериментов.
Научное значение работы заключается в том, что
- на основе теоретических и экспериментальных исследований обосновано
использование конвективных потоков для работы ЭСФ-ионизатора;
- получена аналитическая зависимость степени очистки воздуха от
мощности источника конвективного потока;
- получены аналитические зависимости степени очистки воздуха ЭСФ-
ионизатором от его геометрических и режимных параметров;
- разработана конструкция ЭСФ-ионизатора и источника высокого
напряжения к нему. (Патенты РФ №68634, №68365).
Практическое значение работы заключается в следующем:
разработанный ЭСФ-ионизатор воздуха позволяет создать комфортные условия по аэроионному составу воздуха для работающих на ответственных объектах энергетики;
полученные результаты исследований позволяют использовать идею совмещения основных функций любого устройства, генерирующего конвективные потоки с функцией очистки и ионизации воздуха.
Реализация выводов и рекомендаций работы
Разработанный фильтр-ионизатор прошел производственные испытания и внедрен в диспетчерской ОАО «Курганэнерго» Западные электрические сети».
Результаты исследования степени очистки воздуха устройством используются в учебном процессе ЮУрГУ.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на ежегодных научных конференциях ЧГАУ (Челябинск, 2006-2007 гг.), на научно-технической конференции Южно-Уральского государственного университета (2008 г.); на I международной научно-практической конференции «Ресурсосбережение и возобновляемые источники энергии: экономика, экология, практика применения» (Улан-Удэ, 2008 г.), на IV-й Международной конференции «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» Южно-Уральского государственного университета (Челябинск, 2009 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Экологическая безопасность и современные технологии» (г. Миасс, 2009 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах, из них 2 - в журналах, рекомендованных ВАК; получено два патента РФ на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы (из 120 наименований), приложений; и содержит 123 страницы основного текста, в т. ч. 39 рисунков и 11 таблиц.
Анализ показателей аэроионного состава воздуха на рабочих местах диспетчерского персонала Челябинской энергосистемы
В естественных условиях образование аэроионов в атмосфере происходит в результате процесса ионизации газов, входящих в состав воздуха, то есть аэроионы представляют собой молекулы газа, несущие отрицательные или положительные заряды.
Ионы в воздухе могут образовываться вследствие как естественной, так и искусственной ионизации. Естественная ионизация происходит повсеместно в результате постоянного воздействия различного вида излучения (космического, ультрафиолетового, ионизирующего) и атмосферного электричества. Искусственная ионизация воздуха создается в результате деятельности человека и является либо нежелательной, как продукт тех или иных технологических процессов, либо целенаправленно создаваемой, например, при помощи аэроионизаторов для компенсации аэроионной недостаточности или для лечебных целей [22,23,24].
Отрицательные аэроионы образуются в результате захвата свободных электронов какой-либо нейтральной молекулой газов воздуха (рис. 1.4). Легче всего образуются отрицательные аэроионы кислорода, так как периферическая оболочка кислорода имеет 6 электронов и стремится приобрести устойчивость путем присоединения двух электронов, что определяет превращение нейтральной молекулы этого газа в отрицательный аэроион молекулярных размеров. Легкими аэроионами отрицательной полярности являются главным образом атомы и молекулы кислорода, а легкими аэроионами положительной полярности в большинстве случаев являются молекулы углекислого газа [25, 27]. Средними ионами обеих полярностей являются электрически заряженные молекулы различных химических веществ, находящихся в воздухе. Тяжелыми ионами обеих полярностей являются взвешенные в воздухе электрически заряженные микрочастицы (аэрозоли, туманы, пыли, бактерии и пр.) Легкие аэроионы являются неустойчивыми соединениями, и период их существования определяется секундами. Легкий аэроион, имея в своем составе дополнительный электрон, может отдавать его окружающим предметам, тем самым, заряжая их статическим электричеством. Установлено, что легкие аэроионы, при взаимодействии с электрически нейтральными крупными молекулами и микрочастицами, передают им свой заряд, в результате образуются средние, тяжелые, ионы Ланжевена и сверхтяжелые, которые еще носят название «псевдоаэроионы», так как у них носителями заряда являются высокодисперсные аэрозольные частицы [22]. Число аэроионов в воздухе зависит от многих причин: метеорологических и геофизических условий, времени года, часов суток, от влажности и загрязненности воздуха. Так, например, известно, что больше всего аэроионов бывает в хвойных лесах, горах и на побережье. За городом, в деревне или в горах число легких аэроионов обоих зарядов в воздухе в солнечный день доходит до 800-1000 в 1 см3, на ряде горных курортов их число достигает 1500-2000 ион/см . В прибрежной зоне на побережье Черного моря во время шторма отмечается выраженное преобладание положительных ионов (гидроионов): п+=2600-10000 ион/см3, п =1000-3000 ион/см3 [18, 28]. Более 95% помещений, где используется оргтехника, компьютеры, синтетические материалы и др. имеют выраженный недостаток легких аэроионов. В зоне дыхания человека на рабочем месте, как правило, концентрация легких положительных ионов близка к оптимальной, концентрация же легких отрицательных ионов значительно ниже минимального допустимого уровня [21]. Наличие в помещении большого количества персонала, размещение оборудования на малых площадях, повышенные величины электростатических и электромагнитных полей вокруг оборудования, использование отделочных материалов, не подходящих для помещений с электронной техникой, приводит к резкому ухудшению параметров аэроионного состава воздуха: уменьшается количество легких аэроионов и увеличивается количество тяжелых. Присутствие людей в помещении способствует резкому уменьшению концентрации легких ионов в воздухе. За 30 — 40 минут пребывания людей в помещении концентрация легких аэроионов снижается на 50 — 70 %. В легких человека помимо известного газового обмена происходит еще и электрический обмен. Из вдыхаемого воздуха забираются электроны — они-то и являются носителями отрицательного заряда. Молекула кислорода с присоединенным к ней электроном - самый простой пример отрицательно-заряженного иона. Отдавая один электрон, она становится нейтральной, а отдавая еще один, превращается в положительный ион кислорода. Через некоторое время воздух в закрытом помещении наполняется положительно-заряженными ионами и становится не пригодным для нормальной жизнедеятельности человеческого организма. Одновременно повышается концентрация тяжелых и средних аэроионов. Интенсивность изменения концентрации зависит от способа вентиляции помещения и воздухообмена в нем [29, 30, 31].
В воздухе городов число легких ионов составляет 50—100, а тяжелых — около десятка тысяч в 1 см3 [18]. Концентрации тяжелых ионов обоих зарядов зависят от районов города: в заводских районах они самые высокие, а в районах с растительными массивами - самые низкие. В городском воздухе псевдоаэроионы, по преимуществу положительного знака, образуются на вредных для здоровья промышленных отбросах, и потому степень вредности этих физиологически активных электрически заряженных частиц возрастает [32].
Конвективные потоки, их использование в работе ЭСФ-ионизатора
Первый отечественный аэроионизатор, разработанный для технических целей, был изготовлен в 1925г. А.П. Соколовым и усовершенствован в 1931г в качестве генератора аэроионов А.Л.Чижевским [27]. Предложенная конструкция ионизатора воздуха электроэффлювиального действия получила название «Люстра» или «Лампа Чижевского», так как внешне напоминала обычные для того времени осветительные люстры. Люстра Чижевского (рис. 1.9) состояла из каркаса, для которого использовался легкий металлический обод (кольцо диаметром 1000 мм), изготовленный из латунной трубки или стали.
На этом каркасе натягивалась проволока диаметром 0,25...0,3 мм, по двум взаимно перпендикулярным осям с шагом 45 мм. Натянутые проволоки образуют часть сферы (сетку), выступающую вниз со стрелкой прогиба, равной 100 мм. В точках пересечения проволоки впаяны стальные булавки - острия длиной 300 мм в количестве 372 штук. Электроэффлювиальная люстра подвешивалась на фарфоровом высоковольтном изоляторе к потолку помещения и соединялась шинопроводом или рентгеновским кабелем с отрицательным полюсом источника высокого напряжения, второй полюс которого заземлен. В электрическом поле высокого потенциала (у острий электроэффлювиальной люстры) происходит выход электронов с поверхности острий. Чтобы этот выход совершился, величина кинетической энергии электрона должна достичь определенного значения. Кроме того, вылетевший из металла электрон должен обладать еще дополнительной кинетической энергией, чтобы ионизировать молекулы воздуха или его составной части -кислорода. Для придания электронам необходимой энергии при выбросе из металлических острий на люстру подается напряжение не менее 20-25 кВ. Под действием высокого напряжения происходит разряд и начинается выделение электронов в окружающую атмосферу. Эти частицы взаимодействуют с молекулами кислорода и вызывают лёгкую ионизацию атмосферы. Данный эффект заметен в радиусе 3—4 метров от местонахождения иголок, которыми располагает ионизатор.
Люстра Чижевского относится к однополярным (униполярным) ионизаторам и вырабатывает только отрицательно заряженные ионы.
В настоящее время разработано много модификаций классической "Люстры Чижевского", которые используют электроэффлювиальный метод для создания отрицательных ионов кислорода. Это модели ионизаторов "Аэроион-25" ("Пальма", "Лепесток", "Ромашка"), выпускаемые НЛП "Альфаприбор", г.Саранск, модели ионизаторов "Элион"(Зонт, Шар, Глобус, Бра) Московского завода "ДИОД", ОВИОН-С ЗАО "ПУЛЬТЕКС", г. Санкт-Петербург и другие [52, 53, 54].
Недостатками однополярных ионизаторов являются: применение в генераторе сильного электрического поля с недостаточной степенью выпрямления тока промышленной частоты; образование физиологически активных газов (озона, окислов азота), от которых можно получить серьезное отравление, если долго находится в помещении, где содержание озона в воздухе превышает ПДК; открытые иглы при неосторожном обращении могут поранить. Поскольку уровень ионизации высок, а радиус действия прибора велик, вместе с молекулами кислорода заряжаются и мельчайшие частички пыли во всей комнате, они осаждаются на положительно заряженных поверхностях (стенах, потолках).
В 70-х годах 20-го века начались разработки биполярных ионизаторов, приборов, способных одновременно вырабатывать и положительно, и отрицательно заряженные ионы. Ионизация воздуха с помощью биполярных ионизаторов проходит без нарушения баланса зарядов частиц. Воздух в помещениях должен содержать и положительно, и отрицательно заряженные ионы.
В 1973 году американский изобретатель Д. Мейер, который занимался разработкой генераторов ионов для лечебных целей, заметил, что если давать возможность пациенту вдыхать ионизированный отрицательными (или положительными) ионами воздух, то через несколько минут, в зависимости от мощности ионизатора, размеров помещения и наличия электростатических полей, как пациент, так и все вещи вокруг него, приобретают заряд за счет осаждения ионов, того же знака, что и заряд ионов. Возникает электрическое поле, которое отталкивает ионы одного с ним знака, и поэтому дальнейшая ионизация воздуха становится бесполезной, т. к. ионы до пациента не доходят. Более того, при длительной униполярной ионизации да еще в сухом помещении все предметы зарядятся тем же зарядом, может даже возникнуть объемный заряд воздуха, который будет препятствовать выходу ионов из генератора. Чтобы избавиться от этого явления, Д. Мейер предложил биполярный генератор ионов с вентилятором, который циклически излучает то положительные, то отрицательные ионы. Для помещений среднего размера он предлагал пятиминутные циклы ионизации, для больших помещений эти циклы могут быть больше, для маленьких — меньше [55].
Исследование различных ионизаторов воздуха, проведенное Eichmeier J. с соавторами, показывает, что возле ионизаторов, не имеющих вентилятора, легкие «живительные» ионы существуют только на небольшом (не более одного метра) расстоянии от ионизатора, а на больших расстояниях из-за малой скорости их движения они превращаются в «средние» и «тяжелые», и становятся бесполезными [56].
Биполярные аэроионизаторы воздуха выпускают НПФ «Янтарь», г. Казань (ионизаторы "Янтарь"), ООО «НТМ-Защита», г.Москва (биполярный генератор аэроионов ТАБИ-ОГ).
К недостаткам биполярных приборов молено отнести то, что при эксплуатации прибора происходит зарядка взвешенных в воздухе пылевых частиц, заряженная пыль оседает на поверхности пола, стен, мебели и, следовательно, требуется дополнительная ее уборка.
Исследование зависимости степени очистки воздуха ЭСФ-ионизатором от напряжения питания
Процесс ионизации воздуха в устройстве происходит под действием» темного самостоятельного разряда; при котором разрядный ток составляет порядка 10 — 10" А. При таком значении тока не генерируются биологически активные газы, такие как озон и окислы азота. При повышении этого предела электрический разряд перейдет в. светящийся; так называемый коронныю разряд,.который дляионизации рабочих мест не приемлем. [23].
Темный самостоятельный разряд является переходной, формой разряда между полусамостоятельным разрядом, происходящим при неоднородном-поле, и коронным разрядом. Разрядный промежуток при этом виде заряда разделяется-на ионизационную область незначительной толщины (порядка 10"2 -Ю мм), прилегающую к ионизирующему электроду и на неионизационную область межэлектродного пространства, занимающую остальную часть разрядного промежутка до неионизирующего электрода. Если отрицательный полюс источника постоянного или выпрямленного тока высокого напряжения соединить с металлическим острием, а положительный полюс заземлить, то между острием и заземленным полюсом возникнет электрический разряд. Иголки являются ионизирующими электродами и обладают электрическим полем большой напряженности, благодаря этому увеличивается кинетическая энергия положительных ионов, находящихся около ионизирующих электродов.. При определенном напряжении на:; разрядном, промежутке (начальное напряжение; темного- самостоятельного разряда),, полонштельные ионы производят сильнуюбомбардировку отрицательно заряженных иголок и будут иметь интенсивность, достаточную для образования свободных электронов: Выл етевший из металла, электрон будет обладать дополнительной» кинетической энергией; чтобы, ионизировать молекулы воздуха илш его составной части —кислорода; [23]
Для практического применения ионизаторов? необходимы данные о получаемой; дозе в зависимости от расстояния; до ионизатора; режимах егоі работы и длительности пребывания человека: у ионизатора: Для; установления -этих данных используют экспериментально снятые зависимости концентрации» аэроионов; создаваемой устройством ; от расстояния для: каждого режима; его; работы. Такие зависимости являются технической характеристикой ионизаторам В настоящее время существует много источников высокого напряжения. (ИВЫ) для питания аппаратов очистки и ионизации воздуха. Изучив характеристики различных устройств, в. качестве прототипа были приняты два источника высокого напряжения: - ИВН для аэроионизатора, состоящий из двухполупериодного выпрямителя, релаксационного автогенератора , повышающего трансформатора и умножителя напряжения с коэффициентом умножения десять [101]; - ИВН для. «Люстры Чижевского», состоящий из понижающего трансформатора, двухполупериодного выпрямителя релаксационного автогенератора, повышающего трансформатора и умножителя; напряжения с коэффициентом умножения шесть [102]. Недостатком данных устройств являются громоздкость умножителя, нестабильность работы при колебаниях сетевого напряжения, отсутствие подстройки выходного напряжения, сложность изготовления повышающего трансформатора, невозможность работы от аккумуляторных батарей низкого напряжения (12 В), что сужает область его применения. Разрабатываемый ИВН должен соответствовать требованиям, предъявляемым к источникам питания, и обеспечивать стабильность работы при колебаниях напряжения питающей сети. Источник высокого напряжения служит для питания ЭСФ-ионизатора и создания необходимой напряженности межэлектродного промежутка. Основные требования, предъявляемые к ИВН, следующие: - надежность работы; - значение и возможность регулирования выходного напряжения; -наличие защиты при аварийных режимах; - коэффициент полезного действия; - небольшие габариты и масса, компактность. Надежность любой установки, в том числе и ИВН, оценивается временем наработки на отказ и вероятностью безотказной работы. Учитывая, что ЭСФ предназначен для круглосуточной работы в течение длительного времени, надежность работы ИВН в данном случае будет одним из основных показателей, к которому предъявляются высокие требования. Прежде всего наработка на отказ ИВН должна составлять не менее 10000 часов, для этого необходимо предусмотреть использование интегральных микросхем и микросборок. Для обеспечения надежности ИВН должен быть построен по модульному принципу [103,104]. Рабочий диапазон напряжения, подаваемого на пластины ЭСФ, составляет 5-12 кВ. Эти напряжения должны обеспечиваться источником на его выходе и регулироваться в таких пределах. Наличие высокого напряжения является предпосылкой для увеличения токов утечки, которые в маломощных устройствах под воздействием влияющих величин могут быть сравнимы с выходным током, что приведет к изменению выходного напряжения. Поэтому стабильность выходного напряжения должна обеспечиваться конструктивно-технологическими мерами [104]. КПД источника питания во многом определяется выходным током. В маломощных источниках получение высокого КПД затруднено, так как режим работы этих источников близок к режиму холостого хода. Наряду с требованиями к входным и выходным параметрам, к ИВН предъявляются также требования конструктивно-технологического исполнения. Конструкция высоковольтного источника электропитания должна обеспечивать тепловой режим, удобство обслуживания, уровень технологичности, уровень унификации, безопасность работы при обслуживании установки. К конструктивно-технологическим требованиям относится также уровень миниатюризации. Так как эффективность очистки зависит от величины питающего напряжения, то любые его колебания могут привести к нестабильности работы установки. Это обстоятельство необходимо учитывать при разработке источника питания для таких фильтров.
Исследование зависимости концентрации генерируемых ионов от количества ионизирующих иголок
Методы измерения концентраций пылевых частиц можно разделить на две основные группы: методы, основанные на предварительном осаждении, и методы.без предварительного осаждения [108, 109; 110].
Основным преимуществом методов, первой группы, является возможность измерения массовой» концентрации. В качестве базового для определения массовой концентрации частиц принят гравиметрический метод, который заключается в выделении пылевых частиц из воздушного потока при прокачивании аэрозоля через фильтр с помощью отсасывающего компрессора. По величине привеса на фильтре, определяемой путем взвешивания его-до и после отбора анализируемой пробы, с учетом объема пробы рассчитывается массовая концентрация аэрозоля. Преимуществом гравиметрического метода является отсутствие влияния на результаты измерения химического и дисперсного состава пыли. К недостаткам метода следует отнести цикличность измерения, высокую трудоемкость, низкую чувствительность, ЧТО обусловливает длительность пробоотбора до нескольких часов при измерении малых концентраций.
Применяют также радиоизотопные и фотоэлектрические методы, основанные на определении концентрации осевшей на фильтре пыли по изменению коэффициента поглощения радиационного или оптического излучения до и после осаждения частиц аэрозоля на фильтр.
Одним из перспективных способов измерения концентрации пыли является пьезоэлектрический метод. Возможны два варианта этого метода. В основе первого лежит измерение изменений частоты колебаний пьезокристалла при осаждении на его поверхности пыли. Этот метод позволяет непосредственно измерять массовую концентрацию пыли. В основе второго -счет электрических импульсов, возникающих при соударении частиц пыли с пьезокристаллом. Этот метод может быть использован для счетной концентрации частиц пыли [111].
Свободными от недостатков методов измерения с предварительным осаждением частиц аэрозоля являются приборы без предварительного осаждения частиц. Эти приборы используют в основном оптические и" электрические методы измерения параметров аэрозоля. Электрические методы: индукционный, контактно-электрический, емкостный и др. положены в основу создания пылемеров, измеряющих концентрации аэрозолей непосредственно в пылевоздушной среде. На достоверность результатов этих приборов, существенное влияние оказывают влажность, природа пыли и изменение ее дисперсного состава во времени, поэтому широкого распространения они не получили.
По сравнению с другими методами, оптические методы обладают рядом преимуществ: они быстродействующие, не вносят искажений в исследуемый объект и не изменяют его свойства, дают возможность проведения дистанционных измерений [112]. Оптические методы измерения основаны на использовании свойств рассеянного и поглощенного в аэрозольной среде оптического излучения. Наибольшее распространение получили: методы, основанные на измерении поглощения оптического излучения аэрозолем; методы, основанные на измерении параметров индикатрисы рассеянного излучения; в том числе: метод счета частиц по измерению интенсивности рассеянного излучения. Для измерения малых концентраций частиц аэрозолей широко используются счетчики частиц, основанные на измерении интенсивности рассеянного частицей света. При этом в момент измерения в освещаемом объеме счетчика находится только одна частица. Импульсы рассеянного света регистрируются фотоприемником и поступают на амплитудный анализатор или аналогово-цифровой преобразователь. Таким образом, определяется не только счетная концентрация частиц, но и их дисперсный состав, объемная концентрация. К приборам этой серии необходимо отнести счетчики фирмы Hiac-Royco (США), АЗ-5, ПК.ГТА 0,3-002, ПКЗВ-906, «Монитор-93Б» (Россия) [111]. Для проведения исследований в данной работе был выбран счетчик аэрозолей ПК.ГКА-0,3-002. Принцип работы счетчика следующий: в результате отбора пробоотборником пробы воздуха частицы поступают в измерительный блок счетчика. Частица аэрозоля, пролетая через измерительный объем счетчика, образованный оптическим лучом и системой прокачки воздуха, создает импульс рассеянного света, интенсивность которого связана с ее размерами. В качестве приемника света используется фотоэлектронный умножитель, на нагрузке которого возникает электрический импульс. Амплитуда импульса пропорциональна количеству рассеянного света, т.е. определяется размером частицы. Таким образом, возможен анализ частиц по размерам. Для эффективного использования искусственно ионизированного воздуха, необходимо определять безопасные и целебные концентрации отрицательно заряженных ионов. Основным методом измерения аэроионов является аспирационный метод. На этом методе основана работа практически всех аэроионометрических приборов — счетчиков, спектрометров, анализаторов и измерителей электропроводности воздуха [22, 113]. Приборы, используемые для измерения концентрации аэроионов, можно разделить на две группы: — универсальные счетчики аэроионов, позволяющие определять ионизованность воздуха в широком диапазоне электрических подвижностей ионов и электропроводности воздуха и представляющие собой сложные лабораторные приборы в стационарном исполнении?
