多跨厂房内跨电焊烟控制用吹吸式通风的模拟试验研究

发布时间：2020-08-10 10:43

【摘要】：焊接是机械加工业的重要基础技术之一,其作业过程中会伴随产生大量有毒有害的的烟尘颗粒,这种烟尘产生后会扩散并悬浮在作业空间中。长期暴露在浓度超标的焊接烟尘中会对工作人员健康造成威胁,有引发尘肺等多种职业病的危险。通风净化是降低焊接烟尘浓度,保障作业环境卫生条件的有效手段,但由于生产规模不断扩增,工艺流程愈加繁复,大型的机械制造加工厂越来越多的使用多跨厂房进行联合生产,其空间高大,各工部开放联通的特点,使其内跨焊接工段的电焊烟通风捕集难度增大,常用的全面通风和局部通风手段效果不佳。因此,研究电焊烟在空间内扩散和运动的规律,选取适宜的通风方式,设计和优化气流组织对焊接烟尘进行有效捕集,对降低工作人员罹患职业病的风险具有极其重大的意义。本文采用CFD数值模拟手段,以某机械制造企业的联合作业多跨厂房为研究对象,结合相关理论知识,分析了焊接烟尘在厂房自然通风下的运动、扩散特点,分析了原有局部通风方案并进行改进,采用正交模拟试验法研究吹吸式通风捕集效率的影响因素重要性排序并据此对改进方案进行优化,基于正交模拟试验结果通过多元线性回归分析得出捕集效率的预测模型,主要内容如下:(1)从理论方面分析和介绍了焊接烟尘的成分、性质、形成过程、扩散机理、受力及焊接烟尘局部通风的气流运动规律。焊接烟尘由金属颗粒物及其氧化物、氯化物、氟化物以及有毒气体等组成,离开高温电弧区后进行湍流扩散。一般主要通过局部通风气流组织对焊接烟尘进行通风控制,可通过使用较小的风量取得较好的控制效果,是防止工业有害物污染室内空气和改善作业环境的高效通风方法。(2)建立物理模型,对自然通风及原有局部通风方案两种工况下焊接烟尘浓度分布进行模拟,得出浓度分布数据。模拟结果表明,自然通风不能有效控制焊接烟尘的浓度,局部浓度超标严重,可达7.0 mg/m~3以上。自然通风下焊接烟尘先在垂直方向运动,上升至4.0~8.0 m处后再随自然通风气流在水平方向扩散,焊接工段上方烟尘积聚严重。现有局部通风采用吹吸式通风方式,吹吸风口交替布置,取得了一定的烟尘控制效果,但因其风量不足及吹、吸口尺寸不尽合理,对焊接烟尘的控制效果不佳,仅为3.0~4.0mg/m~3,接近职业卫生接触限值4.0 mg/m~3。(3)根据焊接烟尘在自然通风及原有局部通风方案下的扩散特点,确定吹吸式通风方式,设计通风系统参数。设计六因素三水平的正交表,通过正交模拟试验方法研究影响吹吸式通风捕集效率的因素,结果表明各因素的重要性排序为吸风口风速吸风口高度吹风口高度吸风口安装高度吹风口风速吹风口安装高度,对基于试验分析得出的优化方案进行数值模拟,得到其捕集效率η为99.98%,验证了正交模拟试验分析结果的合理性。(4)基于正交试验结果,采用多元回归分析方法建立了捕集效率η的预测模型η=0.046×v_2+0.001×b_2-0.001×b_1-0.052,其中捕集效率η作为因变量,吸风口风速v_2、吹风口高度b_1、吸风口高度b_2作为自变量,为工程应用预判断提供参考。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU83
【图文】：

粒径分布,焊接烟尘,粒径分布

关键参数的不同均可影响焊接烟尘的具体成分及占比。 J422 型焊条，作业时产生的焊接烟尘主要成分如表 2-1表 2-1 J422 型焊条产生的焊接烟尘性质able 2-1 Properties of welding fumes produced by J422 welding 参数度（℃）常温度（mg/Nm3） 304.5-346.2分(%)Fe 29.6 FeO 3.95 Fe2O337.31 8.19MnO 2.42 TiO21.52 MgO 1.370.43PbO 0.28 CuO 0.044度(μm) 0.1-1.25接烟尘特性的相关研究[27]，绝大部分焊接烟尘的粒径处接烟尘的粒径分布如图 2-1 所示。

气体保护,焊接烟尘

图 2-2 气体保护金属电弧焊[27]Fig. 2-2 Gas shielded metal arc welding指出，焊接烟尘颗粒的形成有两种途径，分别是凝并和观察采集的焊接烟尘后得到了颗粒物的成长主要有聚集论。熔合过程为几个小的焊接烟尘颗粒结合成为一个较粒子之间不存在清晰的界限。通过这种结合方式形成的各小粒子的表面积总和。而由小粒子聚集形成的二次粒清晰的分界线，微观下呈葡萄串形状[29]。均质形成机制是被广泛认可的焊接烟尘主要形成机制。的成分、形状和结构，表明焊接烟尘中 0.01μm 粒度大伴随蒸汽——粒子的过程转化和生成，应视为均质形成均质形核机制发现于对焊接烟尘中较大粒子的研究中，烟尘颗粒物多是以蒸汽——粒子过程异质凝结形成，普。气泡——粒子过程是粒径超过 1.0μm 的粒子形成过程形成机制。

点汇,气流流动,情况

第二章焊接烟尘控制基本理论.5.1 吸气口气流运动规律以最简单的吸气口为例，当一敞开管口进行吸气时，相应地，负压区域会生于其吸气口周围，各方向相邻的空气流向吸气口，这就产生了吸气气流，就是所谓的汇流。如果吸气口的尺寸较小，该气流就被看作为点汇。等速面以吸气口为球心的球面，各流线为以吸气口为中心的径向线。如图 2-3(a)所。

【参考文献】