汽車制造廠焊接車間空調工位送風的研究設計與應用可編輯

1、汽車制造廠焊接車間空調工位送風的研究設計與應用汽車制造廠焊接車間空調工位送風 的研究吳海濤 1,2 劉秋新 1 白明強 1 陶小龍 1（1 武漢科技大學城市建設學院 ;2 廣東省建筑科學研究院 ） 摘要: 在汽車制造過程中 ,最重要的一個生產工藝環(huán)節(jié)是焊接工 藝。在焊接過程中 , 其焊煙對人體產生危害。焊煙對人體的危害主要 表現(xiàn)在塵肺和金屬元素的微粒和蒸汽中毒 , 以及熱危害。對于夏熱冬 冷地區(qū), 如何處理熱危害是一個值得探討的問題。為此用地處廣州的 一個實際工程 , 研究了汽車制造廠焊接車間空調工位送風 , 以及利用 工位送風組成的吹吸式通風 , 完成對有害物及熱危害進行處理。通過 驗證,通

2、過工位送風及組成的吹吸式通風 , 結果是正確與節(jié)能的。關鍵詞: 焊接車間 工位空調送風 吹吸式通風Numerical Research on Air Ventilation Efficiency of Welding WorkshopWUHaiTao1,2, LIU Qiuxin1, BAIMingQiang1, TAOXiaoLong1,1 School of Urban Construction of Wuhan University of Science and Technology, Wuhan, 430070, China; 2 Guangdong provincial academ

3、y of building research; Guangzhou 510500ABSTRACT:Inthe automotive manufacturing process, the most important aspect of the production process is the welding process. In the welding process, welding smoke does great harm to humans health. The harm of the welding smoke on the human body includes pneumo

4、coniosis and metal particles and vapor poisoning, and thermal hazards.In the hot summer and cold winter areas, how to deal with thermal hazards is a significant problem.The author use a substantive project located in Guangzhou to explore it. After analysing the task air conditioning and ventilation

5、in workshop,we can deal with the hazardous substance and the thermal hazards by the push-pull ventilation formed by task air conditioning and ventilation.From the test of the project above,we can kown that the result of using task air conditioning and push-pull ventilation is right and energy-effici

6、ent.KEYWORDS:Weldingworkshop;Task air conditioning and ventilation;Push-pull ventilation1. 前言工位送風是指將空調末端細分到每個工作位置上 , 工作人員 可以通過對空調送風量、 送風方向、 送風速度以及送風溫度等參數的 調節(jié)來達到工作區(qū)域內對空氣溫度、 濕度、污染物濃度以及氣流速度 的要求,從而滿足工作人員的舒適度 , 且更為有效的利用能源。 在汽 車制造過程中 , 最重要的一個生產工藝環(huán)節(jié)是焊接工藝。在焊接過程 中, 其焊煙對人體產生危害。焊煙對人體的危害主要表現(xiàn)在塵肺和金 屬元素的微粒和蒸汽中毒 ,以

7、及熱危害。對于夏熱冬冷地區(qū) , 如何處理 熱危害是一個值得探討的問題。 為此以地處廣州的一個實際工程為例 , 研究汽車制造廠焊接車間空調工位送風 , 以及利用工位送風組成的吹 吸式通風 , 完成對有害物及熱危害進行處理。 通過驗證 , 通過工位送風 及組成的吹吸式通風 , 結果是正確與節(jié)能的。2. 設計要達到的最低標準(1) 車間空氣中電焊煙塵最高容許濃度W 6mg/m3;(2) 氧化碳短時間接觸容許濃度W 33mg/m3;(3) 二氧化碳時間加權平均容許濃度W 9000 mg/m3;(4) 二氧化碳短時間接觸容許濃度W 18000 mg/m3;(5) 保證每人每小時不少于30 m3的新鮮空氣

8、量；(6) 車間的空氣調節(jié)工作地帶夏季空氣溫度不得超過3233C,設定為26 C ;規(guī)定相對濕度為3070%(7) 消除飄浮在 2-4 米高度的煙云及飄塵。3. 汽車制造廠焊接車間空調工位送風的理論計算3.1 工廠的空調熱平衡方程1式中 :mi ? 單元 i 送風質量 ,kg/ s ;c ? 空氣的定壓比熱，kJ / kg ? C;Ti ? 單元i某時刻的溫度，C;Q ? 單元內部的冷負荷 ,W;Qcool ? 送風的冷量 ,W。2式中:1232 ?1m3/ s空氣的定壓比熱，J/m3? C ;Vi? 送風量, m3/ s ;Ti? 工作區(qū)的平均溫度 , 取 26 C;To ? 送風口溫度 ,

9、 C。當時間 t 趨向于無窮大即工位內趨于穩(wěn)態(tài)時 ,Q + Qcool 0 。 于是有:33.2 工位冷負荷計算對于工位的冷負荷 Q,車間的工位位于廠房內區(qū)，其冷負荷與 濕負荷較為穩(wěn)定。以其中一個工位為例進行負荷計算 , 主要包括人員 散熱冷負荷 , 照明冷負荷以及焊接設備冷負荷等。4式中:Qpe?人員散熱冷負荷,W;Qlig?照明散熱量 ,W;Qeq?設備冷負荷 ,W。3.2.1 人員散熱冷負荷5式中:n ?每個工位的人數，取1人; ql ? 人員顯熱散熱量 , 取 74W /人 ;qz ? 人員潛熱散熱量 , 取 161W / 人;CLQ ? 人員顯熱散熱冷負荷系數 , 取 0.70 。最

10、終計算結果 :Qpe212.8W3.2.2 照明冷負荷6式中 :qlig? 單位面積照明冷負荷 , 取 19W/m2;A ? 工位面積 , 取 1m2;最終計算結果：Qlig 19W其中有1/3為照明通過輻射在工位內形成的冷負荷 , 即照明冷負荷為 6.33W。3.2.3 焊接設備冷負荷7式中 ：qeq ? 設備散熱量 ,通過實際測量的結果為 1985.8 W;Xt ? 設備散熱冷負荷系數 , 取 0.83;最終計算結果：Qeq1648.2W 于是式(4)的計算結果為 Q212.8 +6.33+1648.21867.33 W。3.3 新風冷負荷8式中:Qo?新風冷負荷,W;p o?空氣密度，取

11、 1.127kg/m3;Vo? 新 風 量 , 根據 人對舒適度 的 要 求, 取 30 m3/p.h, 即8.33L/p.s;ho? 室外空氣焓值 , 根據武漢夏季室外氣象參數干球溫度35.2 C以及空氣濕度為 59.5%,查i-d 圖得ho90.62kJ/kg;hi?室內空氣焓值,根據設計要求取工位空氣溫度為26 C ,濕度為 45%,查 i-d 圖得 hi50.24kJ/kg;最終計算結果 :Qo379.08W。3.4 濕負荷的計算9式中:D?含濕量,g/s;n? 人數 , 取 1;g? 單位散濕量 , 取 240g/h;最終計算結果：D66.7 x 10-6g/s3.5 送風參數點的確

12、定熱濕比為 27995,由室內外計算參數在i-d圖上可查到露點 送風狀態(tài)點:to14 C ,ho36.66kj/kg。3.6 送風射流的氣流組織 將工作區(qū)內的負荷及送風溫度的計算結果代入式 (8) 中, 可得:于是得到送風量 Vi0.1263m3/s 。在射流中有10式中:vsp ?工作區(qū)平均風速，取小于1m/s;vo ? 送風風速 ;a ?紊流系數,取 0.2;s ?送風口至工作區(qū)距離 ,取 2m;Do? 送風口直徑。又有11聯(lián)立方程 (9) 、 (10), 可以得到 Do0.13m, vo9.47m/s 又由非等溫射流的溫度關系(12)式中:tsp ?工作區(qū)平均溫度，取26 C ;to ?

13、 送風溫度 ;tn ? 工作區(qū)外溫度 ;可以計算出tn28 C若采用全新風系統(tǒng) , 空調送風量為 :214500 m3/h; 若考慮一次 回風、露點送風 , 則空調總風量為 :715000 m3/h 。4. 工程設計與實施根據計算結果 , 對工程進行實施 , 其實施結果見圖 1 。即焊架上 方做局部排風罩 , 空調送風口改為可調節(jié)風口形式 , 全年運行。夏季送 空調風 , 冬季送室外風。圖 1 工位送風組成的吹吸式通風5. 現(xiàn)場實測描述5.1 車間測點位置 車間測點位置詳見圖 2。圖 2 焊接工位點位圖5.2 車間內溫度場與焊槍熱射流 測試數據與計算結果詳見表 1。測點位置詳見圖 2 表 1

14、測試數據與計算結果表 測試點 熱源 直徑 B 測試高度 有效 距離 Z 熱射流 直徑 dz 熱源表 面溫度 周圍空氣溫度溫差系數對流散熱量熱射流流量 BmHm Zm dzmtr C tk C t C AQkj/s Lzm3/hA1區(qū)1點水平0.010.335 0.355 0.17291531.524.81506.71.72.30517.5746A1 區(qū) 1 點水平0.011.035 1.055 0.45071531.525.21506.31.72.304337.5536A1 區(qū)試片 2水平 0.01 0.20.22 0.11341531.525.3 1506.21.72.3041 3.7482

15、D區(qū)試片1 水平0.010.4 0.42 0.20041531.523.21508.31.72.30849.7029D區(qū)試片1 垂直0.010.4 0.42 0.20041531.523.21508.31.131.53448.4680D 區(qū)試片 1 垂直 1 次0.01 1.11.120.47511531.523.2 1508.3 1.131.534435.8058D 區(qū)試片 1 垂直 2 次0.01 1.11.120.47511531.523.2 1508.3 1.131.534435.80585.3 被測區(qū)域的粉塵濃度測試數據與計算結果詳見表 2、3、4。測點位置詳見圖 2表 2 測試數據

16、結果采樣點 溫度t c 采樣開始時間 濾膜編號 采樣前濾膜的質量G1mg采樣后濾膜的質量G2mg流量計讀數Ljl/min實際流量Ljl/min 采樣 時間t min 實際抽氣量Vtl 換算成標準狀況后的抽氣量V0Nl 空氣的 含塵 濃度 Y mg/Nm3 平均含 塵濃度Yp mg/Nm3D3 區(qū) 23.7 9:27 357.958.021.621.61 11.086239.55 223.03 0.45 0.6723.74 57.7 57.921.921.9111.086242.88226.12 0.88D2 區(qū) 23.7 9:51 1 57.5 57.6 20.7 20.71 14.54730

17、1.24 280.46 0.36 0.3523.7257.2 57.321.921.91 14.547318.70296.720.34D1 區(qū) 25.2 10:50 157.757.921.421.46 16.831361.23334.62 0.60 0.4425.2257.6 57.722.122.16 16.831373.05345.570.29D5 區(qū) 24.5 11:15 356.356.520.920.94 16.037335.75311.75 0.64 0.4824.5456.8 56.921.421.44 16.037343.79319.210.31表 3 測試數據結果采樣點 溫

18、度t c 采樣開始時間 濾膜編號 采樣前濾膜的質量G1mg采樣后濾膜的質量G2mg流量計讀數 Ljl/min 實際流量 Ljl/min 采樣時間t min 實際抽氣量Vtl 換算成標準狀況后的抽氣量V0Nl 空氣的含塵濃度丫mg/Nm3 平均含塵濃度Ypmg/Nm3A1 區(qū) 24.5 9:37 1 58.8 59.5 20.3 20.3513.704 278.81 258.63 2.71 2.6924.52 60.5 61.224.3 10:05 3 60.1 60.5 20.4 20.4410.400212.56197.312.03 2.4824.3460.1 60.7 21.121.141

19、0.400219.85 204.082.94B9 區(qū) 23.412:45 159.2 59.421.7 21.7110.127 219.84204.680.98 0.9623.42 59.9 60.122.7 22.7110.127229.97214.11 0.93 24.54 57.5 58.2 22.822.8510.981250.92 232.763.01 續(xù)表 3采樣點溫度20.6 20.6513.704 282.93 262.45 2.67A1 區(qū) t c 采樣開始時間 濾膜編號 采樣前濾膜的質量G1mg采樣后濾膜的質量G2mg流量計讀數 Ljl/min 實際流量 Ljl/min 采

20、樣時間t min 實際抽氣量Vtl 換算成標準狀況后的抽氣量V0Nl 空氣的含塵濃度丫mg/Nm3 平均含塵濃度Ypmg/Nm3B9區(qū)人行道 23.4 12:57 3 57.8 58.0 21.2 21.21 15.341325.35302.920.66 0.8123.4458.4 58.7 21.821.8115.341334.56311.490.96D6 區(qū) 23.614:31 156.9 57.021.3 21.3210.370 221.04205.66 0.49 0.4823.62 58.2 58.3 22.0 22.0210.370 228.30 212.42 0.47D6 區(qū)人行道

21、 23.6 14:49 3 57.7 57.8 21.9 21.9210.139222.20206.740.48 0.4823.6458.0 58.122.4 22.4210.139227.27 211.460.47A1區(qū)24.5 16:10 158.2 58.921.7 21.7515.643340.21315.582.22 2.4824.52 58.159.0 22.522.5515.643352.75327.21 2.75A1 區(qū)人行道24.517:00 357.6 58.3 22.0 22.0510.981242.12224.593.12 3.0624.5457.558.222.8 2

22、2.8510.981250.92 232.763.01 表4 測試數據結果采樣點溫度t C采樣開始時間 濾膜編號 采樣前濾膜的質量G1mg采樣后濾膜的質量G2mg流量計讀數 Ljl/min實際流量 Ljl/min采樣時間t min 實際抽氣量Vtl 換算成標準狀況后的抽氣量V0Nl 空氣的 含塵濃度丫mg/Nm3 平均含塵濃度Yp mg/Nm319.62 5.453A1 區(qū) 23.510:55 158.258.519.6106.9999.48 3.023.0299.4823.52 58.6 58.9 19.6 19.62 5.453 106.993.02A1區(qū)23.511:05 358.9 5

23、9.318.718.72 5.969111.73103.893.854.2823.5457.958.4 19.1 19.12 5.969 114.12106.124.71A1 區(qū)24.312.45 158.7 58.919.219.25 10.050193.42179.361.121.9024.3258.559 19.919.95 10.050200.47 185.902.69A1 區(qū)23.413:40 358.4 59 19 19.02 10.022190.58177.273.382.2423.4458.758.9 19.7 19.72 10.022197.60183.801.09A3區(qū)23

24、.614:46 157.7 58.419.619.62 10.035196.92183.043.824.8023.6258 59.120.420.42 10.035204.96 190.515.77C區(qū)25.715:11 358.2 58.620.220.30 10.039203.75188.062.132.6225.7458.759.3 20.7 20.80 10.039208.79192.713.11B9區(qū)24.416:13 1 58.758.820.220.25 10.021202.94188.130.53 0.5224.4258.358.4 21.1 21.15 10.021211.9

25、8196.510.51D6區(qū)24.317:00 3 58.458.520.920.95 10.038210.29195.010.51 0.5124.3458.558.6 21.5 21.55 10.038216.33200.610.50D6區(qū)人行道24.3 17:15 159.259.520.4 20.4510.103206.59191.581.571.2924.3258.5 58.7 21.221.25 10.103214.69199.091.005.4 被測區(qū)域的 CO2、 CO 濃度 數據詳見表 5, 測點位置詳見圖 2 表 5 測試數據測點 測試時間 溫度t c 相對濕度% CO2濃度

26、ppm CO2濃度mg/m3 CO濃度ppm CO濃度mg/m3 備注0-1.14A1 區(qū) 10:5523.531 4538120-112:45 24.330 441791/A1 區(qū) 13:19 23.431 434-485778-870 0-20-2.28A3區(qū)14:46 23.630 45080700C區(qū)15:11 25.732 57210261?31?3.4215:2226.135 5871053/ /B9區(qū)16:20 24.433 44780200D6區(qū)17:00 / /4628290-10-1.14D6區(qū)人行道17:37 24.332 44680000戶外 15:46 26.831 40973400戶外 7:11開始 23.235 / 00B9區(qū)23.435 43077100A1 區(qū)23.234 46483200有人在A1 區(qū)23.234 42976900無人在A2區(qū)0自動區(qū), 有少量間歇運行A3區(qū)23.134 453-448812-80300A4區(qū)23.433 434-448778-80300C區(qū)到 7:3023.633 42876800 未運行 , 有部分風扇開