Опасность статического электричества заключается в возможности возникновения быстрого искрового разряда между частями оборудования или разряда на землю. Такой разряд может произойти, когда электрические заряды велики, а влажность воздуха незначительна. Следует отметить, что при относительной влажности среды (воздуха) выше 85 % электрические заряды не возникают, так как влажный воздух электропроводен и электрические заряды в нем взаимно нейтрализуются. Разряды не возникают и тогда, когда заряды стекают по поверхности оборудования в землю. [2]

Уменьшение опасностей статического электричества в ряде производств успешно достигается ионизадией воздуха в местах возникновения зарядов. Чаще всего для этого применяют радиоактивные нейтрализаторы. Они представляют собой плоские длинные или круглые металлические пластинки, одна сторона которых покрыта радиоактивным изотопом. [3]

Чтобы оценить опасность статического электричества в резервуарах, необходимо рассчитать электрическое поле в газовом пространстве резервуара. [4]

Для определения опасности статического электричества в резервуарах необходимо рассматривать энергию электрического поля одновременно с изменением концентрации паров нефтепродуктов в паровом пространстве резервуаров в процессе закачки наэлектризованных нефтепродуктов. [5]

В чем заключается опасность статического электричества. [6]

Основные способы устранения опасности статического электричества перечислены ниже. [7]

Мойка резервуаров допускается только в электростатически безопасном режиме и (или) при непрерывном контроле опасности статического электричества и (или) при отсутствии взрывоопасных концентраций. [8]

Изучением причин возникновения статического электричества и разработкой рациональных методов его нейтрализации кафедра занимается с 1954 г. Опасность статического электричества заключается с одной стороны в том, что электрические разряды могут стать причиной пожаров и взрывов в тех отраслях промышленности, где применяют легковоспламеняющиеся вещества, с другой стороны, статическое электричество является препятствием для повышения производительности труда во многих отраслях промышленности из-за невозможности повышения скоростей движения, так как с увеличением скорости электризация резко возрастает. [9]

Во всех случаях, когда оборудование выполнено из токопроводящих материалов, заземление является основным способом устранения опасности статического электричества. Однако заземление не позволяет полностью устранить накапливание зарядов. В ряде случаев, когда на поверхности или внутренних стенках металлических аппаратов, резервуаров и трубопроводов образуются отложения неэлектропроводящих веществ (смолы, пленки, осадки), заземление становится неэффективным. Заземлением не достигается также устранение опасности при применении аппаратов с эмалированными и другими электронепроводящими поверхностями. [10]

Если в практических условиях мероприятия против статического электричества проводить в расчете на максимальное значение объемного заряда, то в случае образования заряда меньше максимального опасность статического электричества будет значительно снижена или ликвидирована. [11]

Образование статических зарядов вызывает различные трудности в производстве, приводит к порче имущества и перерабатываемых материалов, создает опасные условия работы. Опасность статического электричества обусловлена в основном возникновением электрических искр и воздействием на человека. [12]

Таким образом, применение заземленного цилиндра не способствует увеличению утечки электрического заряда, а снижает ее. Следовательно, опасность статического электричества увеличивается при установке заземленного цилиндра или стержня. [13]

По этой же формуле определяют время достижения предельного потенциала цистерны относительно земли и предельной энергии. Приведенные соотношения позволяют оценить опасность статического электричества в случае отсутствия специального заземления железнодорожной цистерны. [14]

Таким образом, статическое электричество может вызвать воспламенение взрывоопасной смеси при совокупности следующих условий: наличие источника статических электрических зарядов; накопление значительных зарядов на контактирующих поверхностях; достаточная разность потенциалов для электрического пробоя среды; наличие достаточной запасенной электрической энергии; возможность возникновения электрических разрядов. Отсутствие любого из них исключает опасность статического электричества.

5.Борьба со статическим электричеством

Схема

Современные общественные и жилые здания трудно представить без инженерных систем (ИС). Эти системы, участвуя в жизнеобеспечении человека, негативно воздействуют на него, создавая вибрацию и шум. Основными источниками негативного воздействия являются такие их элементы, как вентиляторы, вентиляционные установки, внутренние и наружные блоки кондиционеров, насосы, холодильные машины, различные охладители (градирни, конденсаторы), а также трубы и воздуховоды, соединяющие перечисленные элементы. Эти источники могут размещаться как внутри (в технических помещениях), так и снаружи зданий (на фасадах, кровле, на открытых площадках, примыкающих к зданиям).

Источниками вибрации оборудования ИС являются вращающиеся механизмы, пульсации потока в элементах воздушных каналов (в поворотах, в запорной, регулирующей и распределительной арматуре) и жидкости в трубах. При наличии жестких связей эти источники возбуждают вибрацию соединенных с ними конструкций. Так, под воздействием вибрации работающей холодильной машины, установленной на кровле здания (на опорах на перекрытии), или вентилятора на полу в венткамере, возбуждаются колебания перекрытия, которые затем передаются на другие строительные конструкции. Кроме того, вибрация машин и вентиляторов при жестком соединении неизбежно распространяется на соединительные трубы и воздуховоды, а по ним также на строительные конструкции.

Существование в строительной практике проблем с негативным вибрационным и шумовым воздействием на человека элементов ИС обусловлено несколькими факторами. К их числу, прежде всего, следует отнести отсутствие должного внимания к закону "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" и к действующему в стране нормативному документу - СНиП 23-03-2003 "Защита от шума" [1], предписывающему сопровождать проекты ИС акустическими расчетами, служащими основанием для разработки при необходимости защитных мер, включающих виброизоляцию и шумоглушение оборудования. Кроме того, повышаются требования к индивидуальной производительности, к качеству труда, условиям учебы, проживания, отдыха, которые не могут быть выполнены без создания нормативных или комфортных акустических условий в местах обитания человека. Стоимость площадей в зданиях повышается, оборудование систем располагается на все меньших площадях, а это не способствует успешной защите от вибрации и шума. На смену тяжелым строительным конструкциям пришли экономичные, легкие, а также конструкции из монолитного железобетона, по которым вибрация не только передается, но и может усиливаться.

Вообще говоря, наличие вибрации оборудования ИС - еще не факт возникновения связанной с ней проблемы, например, угрозы разрушений строительных конструкций или негативного воздействия вибрации на человека. Нужно понимать, что воздействие вибрации как негативное воспринимается только при ее повышенных уровнях (выше нормативных значений), а такие ситуации возникают далеко не всегда. Во-первых, рядом с местами установки элементов ИС, как правило, отсутствуют зоны обитания человека (постоянные рабочие места, жилые помещения, зоны отдыха). Во-вторых, допустимые уровни виброскорости и виброускорения, например, на рабочих местах и даже в жилых помещениях имеют весьма высокие значения [2] и измеренные в них при натурном обследовании уровни этих нормируемых параметров часто соответствуют нормам. В-третьих, снижению вибрации вынуждены уделять внимание в условиях конкуренции производители оборудования ИС.

Наряду с этим, любая по величине вибрация, передаваемая на строительные конструкции, если она достигает ограждений помещений с весьма ограниченными уровнями шума, таких как палаты больниц, жилье, создает в них под воздействием вибрационных колебаний ограждений (стен, потолка, пола) так называемый структурный шум. Именно он в большинстве случаев нарушает нормативные акустические условия и создает негативные условия для реципиента.

Расчет виброизоляции. Необходимое снижение структурного шума достигается виброизоляцией - снижением колебаний, передаваемых от источников на строительные конструкции здания посредством разнообразных упругих систем, размещаемых между строительными конструкциями и оборудованием (машинами). Конструкции этих систем зависят от сложности решаемых задач. Поскольку машины и оборудование ИС - источники широкополосной вибрации, виброизоляция рассчитывается и проектируется для широкого диапазона частот. Применяются в основном одно-, двухзвенные (рис.1), а в некоторых случаях и трехзвенные системы (схемы) виброизоляции.

Рисунок 1.

Примеры конструктивных схем виброизоляции оборудования:

а) однозвенная виброизоляция (крепление к стальной раме на амортизаторах);

б) двухзвенная виброизоляция (крепление к ж/б плите на амортизаторах и полу на упругом основании);

1 - машина; 2 - стальная рама; 3 - амортизаторы; 4 - несущая плита; 5 - железобетонная плита; 6 - плита пола на упругом основании; 7 - упругое основание

Полный расчет виброизоляции - задача весьма непростая, так как обусловлена сложностью пространственного движения источников вибрации. На практике она упрощается путем использования простой одномерной схемы, в которой учитываются колебания машин (оборудования) и фундаментов только в вертикальном направлении. Расчетные методы, разработанные в такой одномерной постановке задачи, позволяют достаточно точно оценить и запроектировать эффективную виброизоляцию в звуковом диапазоне частот [3, 4]. Они включают выбор и расчет амортизаторов (виброизоляторов) и других элементов, входящих в систему, а также оценку эффективности виброизоляции (ДV).

Эффективность виброизоляции зависит от многих факторов, параметров и условий. В простейшем случае, когда вибрирующий объект (машина) имеет массу mм, а изолируемый объект (перекрытие) характеризуется импедансом (Z), с помощью амортизаторов (виброизоляторов) достигается снижение уровня колебаний, величину которого достаточно точно можно определить по формуле [3]:

(1)

где v1 - амплитуда колебательной скорости перекрытия (фундамента) при его жесткой связи с машиной;

v2 - амплитуда колебательной скорости перекрытия (фундамента) после установки между ним и машиной амортизаторов;

Z - импеданс перекрытия (фундамента);

m0, h0 - масса и высота амортизатора;

k = k0 (1?iз), - комплексная жесткость амортизатора, где k0 и з - динамическая жесткость и коэффициент потерь в нем;

f,гh0, - частота и постоянная распространения колебаний:

Если учесть, что для данного случая импеданс Z равен нулю, а на частотах можно пренебречь волновыми свойствами амортизаторов, то выражение (1) можно представить в виде:

(2)

где - частота собственных колебаний машины на амортизаторах.

На частотах виброизоляция всегда отрицательна, то есть происходит усиление колебаний, при резонансе (f0 = f) виброизоляция принимает отрицательное значение:

(3)

Как видно, величина виброизоляции в выражении (3) зависит только от коэффициента потерь в амортизаторе.

В эффективном диапазоне, на частотах , виброизоляция становится положительной. При частоте f > 3f0 из выражения (2), если предположить, что потери низкие и ими можно пренебречь, получим приближенную формулу:

(4)

согласно которой в области частот за резонансом при увеличении частоты вдвое виброизоляция возрастает на 12 дБ. Чтобы получить более высокую виброизоляцию на частоте f, необходимо уменьшить частоту собственных колебаний f0, что достигается либо увеличением массы m2, либо уменьшением жесткости k0 амортизатора.

В диапазоне частот f, в пределах от до , формула для определения эффективности виброизоляции с учетом волновых свойств амортизаторов будет иметь вид:

(5)

Из формулы (5) следует, что волновые процессы в амортизаторе снижают его виброизолирующие качества.

Системная недоработка

В последние годы защиту от вибрации вентиляторов в составе вентиляционных установок, кондиционеров, различных воздушных охладителей, компрессоров в составе холодильных машин и машин в целом с помощью пружинных, резиновых и комбинированных амортизаторов или виброизоляторов осуществляют изготовители этого оборудования. Предварительно они, должно быть, выполняют подбор и расчет виброизоляторов: определяют статический и динамический модули упругости виброизолирующего материала (например, резины), расчетное статическое напряжение в нем, собственные частоты, рабочую высоту, жесткость, количество виброизоляторов и допустимую нагрузку на каждый из них. Несмотря на принимаемые изготовителями меры, даже виброизолированное оборудование имеет остаточную вибрацию. Такое положение может быть связано с тем, что точный расчет эффективности виброизоляции на основе точечных виброизоляторов непростой и возможны ошибки. Это связано с тем, что виброизоляторы имеют собственные частоты (в пределах 9-15 Гц), вблизи которых их эффективность низкая или отрицательная, в эффективном диапазоне частот их виброизолирующие качества снижают волновые процессы. К тому же ситуация с течением времени ухудшается, так как даже в оптимальных условиях эксплуатации ухудшаются динамические характеристики виброизоляторов. "Плавающий пол". На любом крупном объекте вентиляционное оборудование устанавливается на технических этажах (в одном или нескольких технических помещениях). Его, как правило, много, и оно различается по габаритам, массе, собственным частотам и другим характеристикам. В таких ситуациях взаимодействие каждого агрегата с перекрытием значительно усложняется, поэтому для эффективной виброизоляции целесообразно использовать, пожалуй, более простой способ - установку пола на упругом основании, так называемого "плавающего пола". За счет него усредняется акустическое взаимодействие множества разнообразных источников вибрации с перекрытием. Схема такого пола, включающая необходимые с точки зрения акустики элементы, представлена на рис.2.

Рисунок 2. Схема пола на упругом основании: 1 - плита перекрытия; 2 - стяжка; 3 - упругий слой; 4 - гидроизоляция; 5 - железобетонная плита (армированная стяжка); 6 - чистый пол; 7 - разделительный шов с уплотнителем, покрытым сверху нетвердеющей мастикой; 8 - конструкция здания (стена, опора и т.п.).

В общем случае, виброизоляция, обеспечиваемая "плавающим полом" на частоте f, зависит от импедансов машин (оборудования), на него установленных, несущей плиты перекрытия и плиты этого пола [3]:

(6)

где Zн, Zп - импедансы несущей плиты перекрытия и плиты пола на упругом основании;

Rм, Хм - действительная и мнимая части импеданса машины (оборудования);

(7)

(8)

где fв - частота наступления волновых явлений в упругом основании;

m0 - поверхностная плотность упругого основания.

Наиболее важной характеристикой "плавающего пола", как и рассмотренных систем с использованием виброизоляторов, является частота собственных колебаний, определяемая по формуле:

(9)

где Ед - динамический модуль упругости основания "плавающего пола";

d - толщина упругого основания в обжатом состоянии;

mп - поверхностная плотность плиты пола.

На частотах ниже 2f0 такой пол минимально снижает или не снижает вовсе колебания перекрытия. При проектировании "плавающего пола" следует добиваться того, чтобы его собственная частота, определяемая по формуле (9), была достаточно низкой, иначе, чтобы в области частот, в которой необходимо снижение колебаний перекрытия, выполнялось соотношение 2f0 ? f.

Путь к увеличению эффективности "плавающего пола" - уменьшение динамического модуля упругости посредством подбора соответствующего виброизолирующего материала, увеличение толщины слоя этого материала и массы плиты пола. Разумеется, изменения этих параметров имеют пределы. Максимальный эффект достигается, если найдено их оптимальное соотношение. Нельзя не учитывать и влияние на частоту f0 массы устанавливаемой машины (оборудования) на единицу площади плиты пола mм. Чем более массивное оборудование, чем больше mм, тем ниже собственная частота всей виброизолирующей системы.

Частые ошибки проектировщиков

На основании изложенного уместно подчеркнуть, что использование одного варианта (одной конструкции)"плавающего пола" для всех или нескольких технических помещений здания с разным набором оборудования - ошибочное решение, однако с ним приходится встречаться, причем все чаще, при выполнении экспертных оценок проектов шумоглушения.

Очевидно, одна может быть только акустическая схема (вибрационная система), а конструктивные параметры виброизолирующего основания или пола в целом всегда будут зависеть от конкретных исходных данных (условий) и будут существенно различаться.

Другими словами, схема, приведенная на рис.2, может быть использована для проектирования "плавающего пола" в любом техническом помещении, с любым набором оборудования и при наличии любых по назначению смежных с ним помещений, но в каждом из таких технических помещений плита пола, толщина упругого основания (слоя) и виброизолирующие материалы будут разными. Иногда требуются разные виброизолирующие материалы даже при равных условиях или одинаковых динамических модулях упругости.