Автор О.Н. Зайцев, д.т.н., проф., Одесский национальный политехнический университет

Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов становится задачей первостепенной важности в связи с ухудшением экологической ситуации в Украине, вызванной экстенсивным использованием природных богатств. Одной из главных причин этой ситуации является загрязнение воздуха выбросами вредных веществ строительной индустрии, интенсификация производства которого характеризуется выделением основных технологических процессов в отдельные производства с узкой специализацией цехов предприятий. При этом особенно негативные последствия имеют место при загрязнении воздуха сварочными аэрозолями, обладающими практически нулевой скоростью осаждения и влияющими на оптические, метеорологические и другие характеристики атмосферы.

Величина выбросов сварочных цехов определяется неорганизованными источниками загрязнения, т.е. не локализованной системами вентиляции части вредных веществ, и организованными, величина которых зависит от степени очистки воздуха. Недостаточная эффективность средств локализации и удаления образующихся при сварке вредностей (особенно на нестационарных рабочих местах) вызвана противоречием между необходимостью увеличить объемы удаляемого воздуха для достижения санитарно-гигиенических норм и технологическими требованиями к подвижности воздуха в рабочей зоне.

Наряду с проблемой локализации и удаления вредных веществ от нефиксированных мест сварки, т.е. уменьшения неорганизованных выбросов, существуют трудности при улавливании сварочного аэрозоля в организованных выбросах. Они обусловлены передвижением источника выделений и, следовательно, требованием автономности передвижных устройств очистки, что увеличивает эксплуатационные затраты. Установка стационарных средств очистки требует повышения эффективности их работы из-за значительного разбавления воздухом вредных веществ. Наиболее рациональной для локализации и удаления вредных веществ от нестационарных мест сварки является использование схемы, при которой вытяжка загрязненного воздуха осуществляетсяс помощью встроенных в сварочную горелку отсосов непосредственно от места образования вредностей.

В связи с этим повышение эффективности улавливания выделяющихся вредностей при сварке в среде защитного газа и, следовательно, уменьшение неорганизованного загрязнения воздуха предполагалось осуществить путем исключения негативного влияния потока защитного газа на удаляемую конвективную гетерогенную струю. Достижение этого эффекта возможно при закручивании потока защитного газа и подаче его к месту сварки под сходящимся углом. Удаление сварочного аэрозоля при такой подаче защитного газа осуществляется из образованного им конуса вращения. При этом образующиеся вторичные подъемные вихри внутри конуса стесняют восходящую тепловую струю и помогают удалению ее в сопло отсоса, т.е. они препятствуют распространению вредностей в рабочей зоне и позволяют использовать энергию защитного газа для удаления сварочного аэрозоля [1].

Для реализации представленного способа удаления вредностей была разработана конструкция горелки для дуговой сварки в среде защитных газов [2]. Данная конструкция включала концентричное сопло подачи защитного газа с установленным в нем завихрителем и аспирационное сопло отсоса (сопло подачи защитного газа наружное в виде усеченного конуса, а подача электродной проволоки осуществляется через сопло отсоса) (рис. 1).

Предложенный нами способ удаления вредностей [1] реализуется в данной конструкции следующим образом. Поток защитного газа подается в конус 1, где закручивается завихрителем 2 и благодаря усеченному конусу 1 приобретает форму конуса вращения, вершина которого расположена в точке сварки. При этом поток защитного газа не настилается на поверхность обрабатываемой детали, а его вращение образует защитную оболочку вокруг конвективного потока от места сварки, отжимая его к соплу отсоса 6. Выделяющийся при сварке аэрозоль удаляется через сопло отсоса 6 в патрубок для отвода вредностей 5.

Для того чтобы проверить полученные теоретические и экспериментальные данные и соответствие оптимальных конструктивных и динамических параметров местного отсоса по улавливанию сварочного аэрозоля реальным условиям эксплуатации, были произведены их производственные испытания. Для этого по разработанным рабочим чертежам на встроенный в сварочную горелку отсос [1, 2] изготавливались их опытно-промышленные образцы (рис. 2-3).

Испытания проводились при работе сварочного агрегата ПДГ-503. В качестве защитного газа использовался углекислый газ. Сварка деталей толщиной 1,8 мм из низкоуглеродистой стали велась при помощи проволоки марки СВО8Г2С (рис. 4).

Результаты испытаний подтвердили данные теоретических и экспериментальных исследований и показали высокую эффективность разработанных средств (до 88,2% отсоса, встроенного в сварочную горелку), которые улучшают условия труда на нестационарных рабочих местах при сварке в среде защитного газа и снижают количество выбросов вредных веществ в атмосферу.

Исследования представляют интерес прежде всего для дальнейшего развития теории и практического применения аэродинамики закрученных потоков и могут быть использованы при разработке, изучении и внедрении систем локализации, удаления и улавливания передвижных (нестационарных) источников загрязнения воздуха рабочей зоны и окружающей среды.

Основные результаты данной работы — обоснование целесообразности применения закрученных потоков для удаления и очистки воздуха; разработка системы локализации, удаления и улавливания сварочного аэрозоля от мест полуавтоматической сварки в среде защитных газов. ■

Литература
1. Авт. свидетельство № 1812024.В 23 К 9/173. Способ удаления вредностей при полуавтоматической сварке в защитном газе. ОИСИ., Стоянов Н.И., Зайцев О.Н., Бандуркин С.К., Семенов С.В. — заявл. 02.01.91. — бюл. 38.
2. Патент РФ № 2009813. Горелка для дуговой сварки в защитных газах с отсосом. Стоянов Н.И., Зайцев О.Н. РНИИГПЭ. — Опубл. бюл. 12, 1994.