КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

ОМЕЛЬЧЕНКО СВІТЛАНА ВІКТОРІВНА

УДК 687.17

РОЗРОБКА ТЕПЛОЗАХИСНОГО СПЕЦОДЯГУ З ЛОКАЛЬНОЮ ВЕНТИЛЯЦІЄЮ

Спеціальність 05.19.04. – технологія швейних виробів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Мойсеєнко Сергій Іванович

Київський національний університет

технологій та дизайну,

доцент кафедри технології та конструювання швейних виробів

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Кострицький Валерій Всеволодович

Київський національний університет

технологій та дизайну,

професора кафедри електромеханічних систем

кандидат технічних наук, доцент

Коміссаров Олег Юрійович

ТОВ “Енергософт” (м. Київ),

генеральний директор

Провідна установа: Технологічний університет Поділля (м. Хмельницький)

Міністерства освіти і науки України

Захист відбудеться “_27___ “ січня 2004 р. о _10___ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.03 у Київському національному університеті технологій та дизайну, 01011, Київ – 11, вул.. Немировича – Данченка, 2.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету технологій та дизайну, 01011, Київ – 11, вул.. Немировича – Данченка, 2.

Автореферат розісланий “____” грудня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Охорона важливих стратегічних та промислових об’єктів, а також інших спеціальних закладів посідає важливе місце в структурі державних служб. Зростання малих підприємств, приватних фірм, які займають значне місце в економіці України призводить до зростання невідомчих охоронних структур.

Україна на шляху інтеграції в Євросоюз, прийняла конвенцію про захист прав людини, згідно з якою було скасовано такий вид покарання як смертна кара. Гуманність такого рішення має і зворотній бік, що призводить до зростання установ по утриманню особливо небезпечних злочинців та забезпечення цих установ контингентом підготовлених охоронців. До обов’язків охоронців вказаних об’єктів входить патрулювання території, яка охороняється та несіння варти на вишках. Особливістю цього виду робіт є восьми або дванадцяти годинний вахтовий режим, робота у нічний час, наявність та можливість застосування вогнепальної зброї. Всі ці показники мають вплив на психологічний стан охоронця. Згідно з літературними даними, такий режим праці є нестандартним та викликає перевантаження центральної нервової системи працюючого. На зростання напруженості праці значно впливає фактор високої відповідальності даного виду робіт. Тому що помилка або непередбачені перешкоди можуть стати причиною невиправних наслідків, а в деяких випадках ставати загрозою для життя людини. Як наслідок такої складної діяльності людини та перевантаження нервової системи є зростання артеріального кров’яного тиску, лабільність зорового аналізатора, зростання потовиділення. Така реакція фізіологічних механізмів організму викликає у працюючого відчуття дискомфорту, що в свою чергу ще більше перевантажує нервову систему.

Тому створення засобів, які мають вплив на фізіологічні механізми організму людини, а також засобів здатних швидко ліквідувати відчуття дискомфорту і є актуальною проблемою.

Науковці упродовж тривалого часу займалися проблемами розроблення спеціальних захисних засобів від дії на організм людини низьких температур. Роботи Колеснікова П.А., Афанасьєвой Р.Ф., Чубаровой З.С., Кощеєва В.С., Мойсеєнко С.І. та ін. – присвячені вивченню процесів теплообміну в системі “людина – одяг – середовище”, розробкам приладів, методик, принципів системного підходу до проектування та створення окремих видів засобів індивідуального захисту.

Досвід роботи працюючих в умовах охоронно – вартової служби та аналіз спецодягу свідчать, що одним з основних фізіологічних процесів, який спричиняє тривале відчуття дискомфорту та переохолодження локальних зон організму, є потовиділення. Особливо у зимовий період, коли навколо тіла людини знаходиться достатньо товстий теплозахисний шар одягу, який в основному накопичує вологу у собі, тому підвищується ризик переохолодження, що призводить до зростання захворюваності на бронхіти, пневмонії, ангіну, радикуліт, гострі респіраторні захворювання різного ступеня важкості.

Тривалість дискомфорту, що пов’язана з неприємним відчуттям дотику зволоженого та холодного одягу до тіла, залежить від умов оточуючого середовища, волокнистого складу матеріалів, з яких виготовлений спецодяг, його силуету та конструкції, а також виду та частоти зміни фізичного навантаження.

Таким чином, розроблення нових видів спеціального теплозахисного одягу та створення нових засобів та методів дослідження його теплофізичних властивостей є актуальною задачею, вирішення якої дозволить забезпечити ефективний теплозахист працюючих в зимовий період часу, скоротити тривалість дискомфортних відчуттів та дасть можливість більш об’єктивно оцінювати теплозахисні властивості одягу в цілому.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась відповідно до перспективних планів науково – дослідної роботи кафедри ТКШВ Київського національного університету технологій та дизайну на 1992 – 2002 рр.

Мета і аналіз дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка спеціального теплозахисного одягу охоронця з використанням способу видалення вологи з підодягового простору.

Для досягнення мети в роботі вирішені та виносяться на захист такі задачі:

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Об’єктом дослідження є процес створення комфортних умов праці працівників охоронно – вартової служби.

Предмет дослідження – розробка спеціального теплозахисного одягу з локальною вентиляцією.

Методи дослідження. У дисертаційній роботі використано метод системного підходу до проектування спеціального одягу. В теоретичних дослідженнях використано метод елементарних теплових балансів як наближений чисельний метод розрахунку теплопередачі від тіла людини кріз теплозахисний пакет одягу в оточуюче середовище. Для експериментальних досліджень спецодягу в цілому використовувались розроблені експериментальні установки для оцінки гідродинамічних та теплозахисних властивостей одягу. Для обробки результатів експериментальних досліджень використано методи математичної статистики. В дослідженнях теплофізичних властивостей тепло ізолюючого полотна використано метод регулярного теплового режиму.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

§ розроблено метод та отримані аналітичні рівняння:

§ для визначення гідродинамічного опору теплозахисного жилету, що вентилюється, як незамкненої гідродинамічної системи, яка має чотири вихідні патрубки до локальних зон підодягового простору;

§ для розрахунку найбільш раціональної температури (робочого) повітря жилету, що вентилюється, при якій відбувається максимальне висушування підодягового простору з забезпеченням “комфортних” тепловідчуттів працюючого;

§ розроблено спосіб визначення раціональної відстані між еластичними вкладишами, які утворюють розгалужену систему повітропровідних каналів нового тепло ізолюючого полотна.

Практичне значення одержаних результатів полягає у:

-

-

- розробленні технології виготовлення нового теплоізолюючого полотна;

-

-

-

-

-

-

Новизна практичних результатів підтверджена Державним департаментом інтелектуальної власності , який видав патент на винахід 31006 А.

Результати досліджень впроваджено в навчальний процес кафедри технології та конструювання швейних виробів Київського національного університету технологій та дизайну з дисципліни “Новітні технології виготовлення одягу”, науково – дослідній роботі та дипломному проектуванні студентів.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці та вирішенні основних теоретичних та експериментальних задач за проблемами досліджень. Вивчення умов експлуатації, визначення вимог, розробка, впровадження у виробництво та експлуатацію даного виду теплозахисного спецодягу здійснювалося за особистою участю здобувача. При безпосередній участі автора розроблені установки і методи дослідження гідродинамічних та теплозахисних властивостей спецодягу в цілому. Безпосередньо автором здійснені планування та проведення експерименту, виконана комп’ютерна обробка отриманих даних. Автору належать основні ідеї, узагальнення та висновки.

Апробація роботи. Основні положення та результати роботи доповідались і отримали позитивну оцінку на щорічних науково – технічних конференціях молодих вчених і студентів Київського національного університету технологій та дизайну, Технологічного університету Поділля (1995, 1998 та 2001 рр.), та опубліковані в збірниках тез вказаних конференцій. Жилет, що вентилюється, як технічна пропозиція, отримав перемогу в міському конкурсі науково – технічної творчості молоді вищих навчальних закладів м. Києва “Винахід – 2003” та одержав третю премію у ІІІ конкурсі науково – технічних проектів молодих вчених під девізом “Інтелектуальний потенціал молодих вчених – місту Києву”.

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 7 наукових робіт: 2 статті у спеціалізованих виданнях ВАК України, 4 тези доповідей на конференціях та отримано Патент на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, шістьох розділів з висновками, загальних висновків, списку використаних літературних джерел та додатків. Основна частина роботи виконана на 109 сторінках машинописного тексту, містить 39 рисунків, 4 таблиці. Список використаних літературних джерел містить 112 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначено мету, основні задачі та методи досліджень, сформульовано наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі проаналізовано сучасний стан проблеми створення теплозахисного спецодягу: здійснено аналіз умов експлуатації, принципів створення, спецодягу, який застосовується.

Вивчення фізіологічних особливостей теплообміну людини в зимовий період часу та умов виробничого середовища охоронців показало, що спецодяг має забезпечувати захист від дії на охоронця низьких температур та ліквідувати дискомфортні відчуття, які виникають внаслідок гіпергідрозу в умовах підвищеної напруженості праці.

Аналіз умов праці дозволив встановити, що термін одного чергування складає 12 годин, з них 2 – 3 години охоронець несе варту на вишці, за 0,5 – 1 годину здійснює обхід об’єкту по периметру, таким чином 8 – 10 годин на добу працюючий знаходиться на відкритому повітрі температура якого коливається від – 10 до – 17 оС. Такий режим праці є нестандартним та впливає на роботу центральної нервової системи, викликаючи підвищення артеріального кров’яного тиску, потовиділення та порушення роботи фізіологічної системи терморегулювання.

Вивчення фізіологічних особливостей теплообміну людини дозволило визначити зони найбільш інтенсивного потовиділення та встановити , що вони знаходяться на тулубі людини.

Визначено, що для несіння охороно – вартової служби у зимовий період року застосовується комплект одягу, який забезпечує пасивний теплозахист працюючого, але суттєвим недоліком такого одягу є те, що він створює перепону для виведення вологи (поту) з підодягового простору.

Проведений аналіз апріорної інформації дозволив розробити фізичну модель процесу тепло – та вологообміну між тілом людини та навколишнім середовищем в системі “людина – теплозахисний спецодяг – середовище”, конкретизувати мету роботи та задачі подальших досліджень.

Другий розділ присвячено розробленню методологічних основ для створення спеціального теплозахисного одягу з метою подальшого їх використання для підготовки методичних документів з розробки нових видів спецодягу. Вивчення особливостей випарування поту з поверхні тіла людини через теплозахисний спецодяг у навколишнє середовище дозволило обрати найбільш раціональний конвективний спосіб тепло – та вологорегулювання мікроклімату в підодяговому просторі.

Аналіз існуючих повітропровідних систем вентиляції показав, що їх не можна застосовувати для спецодягу, який розробляється у роботі, тому що вони потребують наявності додаткових конструктивних елементів або шарів одягу, являються дуже матеріаломісткими та мають обмежений термін роботи.

Вивчення умов експлуатації та фізіологічних особливостей людини під час несіння вартової служби у зимовий період року з урахуванням основних функцій системи вентиляції дозволило визначити вимоги до її створення.

Отже система вентиляції теплозахисного спецодягу повинна:

-

-

-

-

-

Проведений аналіз топографії потовиділення та сучасних повітропровідних систем дозволило визначити вимоги щодо вибору виду теплозахисного спецодягу, а саме складовий елемент комплекту теплозахисного спецодягу повинен забезпечувати:

-

-

Таким чином з існуючих видів спецодягу було обрано жилет, як найбільш задовольняючий вище перерахованим вимогам.

Третій розділ присвячено розробці конструкції елементів системи вентиляції та жилету.

В лабораторії кафедри ТКШВ при безпосередній участі автора розроблено нове теплоізолююче полотно (патент України 31006 А), яке є багатоканальною розгалуженою системою повітропроводів, які розташовано між двома шарами текстильного матеріалу (рис. 1).

Теплоізолююче полотно складається з шарів текстильного клейового матеріалу 8 та формованого трикотажного полотна 1, які утворюють між собою повітряні пустоти (комірки) 6 та мають рельєфну зовнішню поверхню, яку вкриває шар вітрозахисного матеріалу 3 з коефіцієнтом повітропроникності В (2,57...4) л/м2с. Всередині повітряних комірок розташовані еластичні

вкладиші 4 – шайби у формі циліндрів.

Еластичні вкладиші виготовлені з пористого матеріалу на основі хлоропренового каучуку (ГОСТ 38506041 – 91), що дозволений для використання в умовах контакту з тілом людини. Конструкція теплоізолюючого полотна дозволяє використовувати його як систему повітропровідних каналів, а також як самостійну теплозахисну прокладку.

.Гідродинамічні та теплофізичні властивості полотна залежать від висоти, діаметру та розташування еластичних вкладишів.

З метою зменшення дотичної пружної напруги, яка виникає в еластичних вкладишах при деформації стиснення у разі тиску верхніх шарів пакету одягу або інших зовнішніх зусиль, приймаємо діаметр циліндричних шайб однаковий з їх висотою.

В свою чергу висота шайб обумовлена товщиною сталого повітряного прошарку, який утворюється між шарами теплоізолюючого полотна. Як відомо, максимальна товщина повітряних прошарків у теплозахисному одязі дорівнює 0,008 м.

Еластичні вкладиші розташовані у шаховому порядку, що дозволяє знизити імовірність прогину верхніх шарів пакету між ними та перекриття повітропровідних каналів.

Максимально припустима відстань між центрами еластичних вкладишів Х1 визначалася експериментально методом порівняння величини просвіту між внутрішнім і зовнішнім шарами полотна. Встановлено, що максимальна відстань Х1 (рис. 1) дорівнює 0,03 м.

Оптимальне значення Х1 визначалося експериментально методом порівняння гідродинамічних опорів смуги теплоізолюючого полотна під навантаженням та без нього. При плануванні експерименту межі числового значення Х1 задавалися в діапазоні від 0,01 до 0,03 м з інтервалом варіювання 0,005 м. Для проведення експерименту була розроблена установка для дослідження гідродинамічних властивостей одягу, який вентилюється (рис. 2).

З метою дослідження термічного опору теплоізолюючого полотна проведено експеримент на бікалориметрі (ПБ – Р) конструкції А. Ф. Бегункової з вже обраними межами та інтервалами варіювання відстані між центрами еластичних вкладишів (Х1).

Результати експериментів відображено на рис. 3.

З діаграми видно, що найменший гідродинамічний опір під навантаженням має смуга теплоізолюючого полотна з відстанню (Х1) між центрами вкладишів, що дорівнює 0,02 м. Внаслідок того, що вкладиші мають шахове розташування таким чином, що суміжні умовно знаходяться в вершинах ромбу, то відстань Х2 буде дорівнювати половині відстані Х1 (рис. 1).

Враховуючи розроблені у першому розділі вимоги до одягу, який вентилюється, з використанням теплоізолюючого полотна, як повітропровідної системи, на базі конструкції куртки з утеплювачем для військовослужбовців (ГОСТ 24913 – 81) розроблено конструкцію жилету. Жилет (рис. 4) має закриту застібку на текстильну стрічку, розташовану зі зміщенням на ліву пілочку, таким чином, щоб центральна застібка верхнього одягу не знаходилась на лінії застібки жилету. Підвідний патрубок знаходиться вище лінії талії на 0,1 – 0,15 м, але нижче лінії грудей не менш ніж на 0,05 м. Патрубок вільно з’єднується з жилетом за допомогою отвору, який розташовано на лівому борту.

Отвори для виведення повітря в підодяговий простір розташовані на внутрішньому боці жилету. Загальна кількість вивідних отворів дорівнює чотирьом, а місцями їх розташування є нижня частина пройм, спинка в області

лопаток, права пілочка в області грудної клітини. Отвори накриваються кришками спеціальної конструкції з метою запобігання їх перекривання при повній прилеглості до тіла людини.

Четвертий розділ присвячено теоретичним дослідженням складного руху повітря в повітропровідному шарі жилета та процесу тепло – і вологообміну в системі “людина – спецодяг, що вентилюється – середовище”. Дослідження було проведено для обґрунтування вибору режимів локального вентилювання підодягового простору та встановлення взаємозв’язків між ними.

Жилет, що вентилюється, одягнений на людину, є складною гідродинамічною системою з великою кількістю ділянок, які утворюють опір потоку повітря (рис. 5).

Повний гідродинамічний опір системи “жилет” визначається за формулою:

рп = рт + р1 + р2 + р3 + р4 + р5 +р6 + р7 + р8 + nр9, (1)

де рт – опір тертя по всій довжині руху потоку;

р1 – місцевий опір на ділянці різкого розширення живого перерізу потоку повітря;

р2 – місцевий опір на ділянці часткового витікання повітря в підодяговий простір;

р3 – місцеві опори різкого звуження живого перерізу потоку та часткового витікання;

р4 - місцевий опір на ділянці різкого розширення живого перерізу потоку повітря;

р5 - місцевий опір на ділянці часткового витікання повітря в підодяговий простір;

р6 - місцеві опори різкого звуження живого перерізу потоку та часткового витікання;

р7 - місцевий опір на ділянці різкого розширення живого перерізу потоку повітря;

р8 – місцевий опір при обтіканні потоком повітря еластичного вкладиша;

n – кількість еластичних вкладишів.

Повний гідродинамічний опір будь – якої вентиляційної системи безпосередньо впливає на енергоємність, так як потужністю нагнітача знаходиться у прямо пропорційній залежності від такого опору.

Зменшення енерговитрат на вентилювання підодягового простору пропонується проводити за рахунок зменшення повного гідродинамічного опору системи “жилет”.

Запропоновано вирішити цю задачу шляхом утворення в повітропровідному шарі жилета каналу шляхом перекриття відгалужень, які утворюють зайві гідродинамічні опори (рис. 5).

Створення повітропровідного каналу дозволило зменшити кількість ділянок і не враховувати їх при визначені загального гідродинамічного опору системи, а саме: р4 – розширення в області спинки жилету; р7 – розширення в області правої пілочки, а також зменшення кількості еластичних вкладишів n на шляху руху повітря. Таким чином повний гідродинамічний опір системи жилета з виділеним повітропровідним каналом ( в подальшому буде називатися “жилет – к”) буде мати вигляд:

рп = рт + р1 + р2 + р3 + р5 +р6 + р8 + nр9, (2)

Відомо, що при наявності в повітропроводі декількох місцевих опорів, повний гідродинамічний опір дорівнює їх сумі, при цьому відстань між ділянками опорів повинна бути не менш ніж 40 – 60 еквівалентних діаметрів.

Теоретично розрахувати повний гідродинамічний опір системи “жилет - к” не можна, тому що ділянки опорів мають малі відстані між собою, а розташування по всьому шляху повітропроводу еластичних вкладишів не дозволяє осередненим місцевим швидкостям потоку стабілізуватися після чергового опору до наступного. Тому визначення повного гідродинамічного опору цієї системи проводилось експериментально, при цьому факторами обрано об’ємну витрату повітря V та кількість еластичних вкладишів n, яка залежить від розміру жилету.

Для обґрунтування вибору режимів локального вентилювання було розглянуто існуючі методи розрахунку теплозахисних властивостей одягу з пасивним та активним теплозахистом.

В основі розрахунку теплозахисних властивостей одягу покладено закон теплопровідності крізь багатошарову стінку. При активному конвекційному теплозахисті розраховують кількість необхідного тепла, яке поступає в підодяговий простір, через об’ємну витрату повітря та температуру на вході та виході.

Розроблений у роботі “жилет – к” містить в собі одночасно два способи теплозахисту: конвекційний – в зоні повітропроводу та вихідних отворах та пасивний – в усіх інших зонах жилету (рис. 6).

Робоче повітря виконує дві функції: в зоні інтенсивного потовиділення – сушіння; в усіх інших зонах – конвекційний теплозахист. Зрозуміло, що після зон сушіння, куди безпосередньо підводиться повітря, воно потрапляє в підодяговий простір після чого через нещільності між одягом і тілом виходить в навколишнє середовище. В підодяговому просторі робоче повітря розподіляється нерівномірно, тому що на різних ділянках поверхні тіла в процесі руху одяг має різний ступінь прилягання. З метою спрощення аналітичного розгляду процесу тепло – та вологообміну прийнято допущення щодо рівномірного розподілу робочого повітря в підодяговому просторі по всій поверхні тулубу людини.

Зміна тепловмісту робочого повітря в зоні сушіння визначалась з рівняння теплового балансу:

Q1 = Q2 + Qm , (3)

де Q1 – кількість тепла, яке потрапляє з робочим повітрям в локальні зони підодягового простору;

Q2 – кількість тепла, яке має робоче повітря після сушіння в локальних зонах;

Qm – кількість тепла, яке витрачає робоче повітря в процесі сушіння зволожених локальних зон підодягового простору.

Кількість тепла Q1 визначалась за формулою:

Q1 = C V г (To – T1), (4)

де С – питома теплоємність робочого повітря, Дж/ (кг К);

V – витрата робочого повітря, м3/с;

г – питома вага робочого повітря, кг/м3;

То – температура робочого повітря на вході до підодягового простору, К;

Т1 – температура робочого повітря на виході з підодягового простору, К.

Кількість тепла Qm визначалось з виразу:

Qm = r mв, (5)

де r – питома теплота випаровування вологи, Дж/кг;

mв – швидкість випаровування вологи, кг/с.

Кількість тепла Q2, яке має повітря після теплообміну в зонах сушіння, розраховувалось за формулою:

Q2 = C V г T1 (6)

Після підстановки формул (4), (5) та (6) у рівняння (3) та перетворень останнього, було отримано формулу для визначення температури робочого повітря на вході до локальних зон підодягового простору:

То = r mв/C V г + 2Т1 (7)

Внаслідок того, що в умовно сухих зонах підодягового простору робоче повітря створює теплозахисний шар, передача тепла крізь який здійснюється за рахунок теплопровідності, то:

Т1 = , (8)

де t2 та t3 – температура на поверхнях, які обмежують повітряний шар між жилетом – к та шаром спецодягу в умовно сухих зонах підодягового простору.

Після перетворень рівняння теплопередачі крізь умовно сухий пакет одягу, як крізь багатошарову плоску стінку, були отримані формули для визначення температур t2 та t3:

(9)

(10)

де лі - коефіцієнт теплопровідності і – го шару пакета одягу;

ді – товщина і – го шару;

R н.с. – термічний опір шару повітря на зовнішній стороні одягу;

t н.с. – температура навколишнього середовища;

q –“комфортний” середньозважений тепловий потік;

1,2,....7 – номер шару пакета одягу згідно з рисунком 6.

Після підстановки в рівняння (7) формул (9) та (10), було отримано формулу для визначення температури робочого повітря на вході до жилету - к, який вентилюється:

r mв/C V г. (11)

За рівнянням (11) було розраховано найбільш раціональну температуру робочого повітря для реальних умов експлуатації.

П’ятий розділ присвячено експериментальним дослідженням гідродинамічного та термічного опорів “жилету – к”, що вентилюється та перевірці адекватності одержаного рівняння для розрахунку найбільш раціонального температурного параметра вентиляції підодягового простору.

Дослідження гідродинамічного опору системи “жилет – к” проводилось на експериментальній установці для дослідження гідродинамічного опору пакету одягу, який вентилюється (рис. 2).

В результаті проведених експериментальних досліджень та використання методу планування експерименту було отримано залежність зміни повного гідродинамічного опору pп вентиляційної системи “жилет – к” від об’ємної витрати робочого повітря V:

pп = 0,0013V2 + 0,047V + 16,49 (12)

Одержаний вираз дозволяє визначити повний гідродинамічний опір теплозахисного жилету, що вентилюється, а також подібних гідродинамічних систем з розгалуженими повітропровідними каналами. Визначення повного гідродинамічного опору системи необхідно для подальшого розрахунку потужності нагнітача та терміну роботи акумуляторних джерел живлення.

З метою вдосконалення існуючих методів оцінки теплозахисних властивостей верхнього плечового одягу розроблено імітаційний тепловий стенд тулубу людини (ІТСТЛ) (рис. 7).

Принцип роботи ІТСТЛ полягає у наступному, теплопродукція в мідному торсі 1 моделюється основним джерелом тепла – спіральним нагрівачем 2. Для регулювання потужності нагрівача 2 застосовується блок живлення 10. Потужність нагрівача контролюється методом амперметра 7 та вольтметра 8. Контактний термометр 4 контролює задану температуру підігріву. Для рівноважного розподілу тепла по внутрішній поверхні манекену 1 використовується блок розподілу нагрітого повітря, який складається з електродвигуна з вентиляторами 5 та розсіювача потоку повітря 3. Температура поверхні манекену контролюється тепломіром ПП - 63, який пройшов метрологічну атестацію та складається з шести датчиків 6 та потенціометру 9.

Описаний стенд пройшов офіційну метрологічну експертизу в УкрЦСМ при Державному комітеті стандартизації, метрології та сертифікації України.

Для дослідження теплофізичних властивостей одягу розроблено метод визначення термічного опору одягу з урахуванням конструктивно – декоративних елементів на ІТСТЛ.

В результаті проведених досліджень встановлено, що термічний опір запропонованої конструкції жилету, який вентилюється, при умові використання його, як пасивної теплоізоляції, становить Rж = 0,170 0,01 м2оС/Вт.

Для дослідження впливу примусової вентиляції підодягового простору на тепловий стан людини було проведено наступні експерименти:

-

-

Непряме визначення теплового стану людини при умові зволоження підодягового простору, коли потовиділення є реакцією організму людини на психологічне перевантаження, проводилось за допомогою ІТСТЛ. Для проведення таких досліджень в схему було введено декілька змін (рис. 8), а саме:

-

-

При плануванні експерименту вважалось, що:

-

-

температура повітря – мінус 10 оС, відносна вологість повітря – 60 – 65 %, швидкість вітру – 5 м/с;

-

-

-

на 40 – й хвилині холодової експозиції.

Вхідним фактором було прийнято кількість рідини, яка вводилась у підодяговий простір.

Проведено три серії експериментів з кількістю рідини 0,02, 0,03 та 0,04 кг.

На рисунку 9 наведено результати експерименту при зволоженні підодягового простору mвологи = 0,04 кг.

Результати експериментів перевірено щодо однорідності дисперсій окремих дослідів. Криві апроксимовані за допомогою ПК (рис. 10).

В результаті експерименту встановлено, що після 8 - 17 хвилин перебування вологи в підодяговому просторі людина починає відчувати дискомфорт з відчуттям “прохолодно” та на 120 хвилині холодової експозиції в шарах одягу залишається 30 – 35 % вологи.

Для визначення найбільш раціональних параметрів вентилювання зволоженого підодягового простору було проведено експеримент на ІТСТЛ (рис. 8) по визначенню теплового стану людини при умові введення в комплект одягу “жилету – к”, що вентилюється.

При плануванні експерименту було встановлено керуючі фактори та діапазон їх зміни, а саме: об’ємна витрата робочого повітря (50 та 100 л/хв) та температура робочого повітря (інтервал варіювання – 5оС). Нульовий рівень другого фактору встановлювався за розрахунками рівняння (11).У результаті проведених досліджень було отримано залежності зміни температури в підодяговому просторі від параметрів вентилювання (рис. 11) та кількість залишеної в пакеті одягу вологи (рис. 12).

Найбільш раціональними параметрами робочого повітря в спецодязі, що вентилюється, при яких відбувається максимальне висушування підодягового простору з утриманням “комфортних” тепловідчуттів працюючих в розглянутих в роботі умовах експлуатації є: температура робочого повітря То = 40 оС при об’ємній витраті робочого повітря V = 100 л/хв.

Отримані експериментальним шляхом результати підтверджують можливість застосування формули (11) на стадії вибору та попередніх розрахунків параметрів робочого повітря при вентилюванні підодягового простору за допомогою розробленого у роботі жилету.

В шостому розділі проведено фізіолого – гігієнічну оцінку експериментальних зразків жилету, що вентилюється. Розроблений жилет впроваджено в підрозділі охорони УДДВП України в Київській області та отримано річний соціально – економічний ефект за наступними показниками: зниження захворюваності більш ніж на 40 %, економія витрат на матеріальне забезпечення під час тимчасової непрацездатності – 500 грн. в рік.

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

В публікаціях 1, 2 та 8 автору належить постановка задач та обробка результатів досліджень. В публікації 3 автором здійснена розробка конструкції теплоізолюючого полотна. В публікаціях 4 та 7 автором розроблено технологію виготовлення теплоізолюючого полотна. В публікації 5 автору належать основні положення та висновки. В публікації 6 автору належить постановка задачі та визначення умов для визначення показників.

АНОТАЦІЯ

Омельченко С.В. розробка теплозахисного спецодягу з локальною вентиляцією. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.04 – технологія швейних виробів. Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2003.

Дисертацію присвячено питанням розробки спеціального теплозахисного одягу для несіння охоронно – вартової служби, який поліпшує умови праці та максимально відповідає умовам експлуатації. Розроблено технічні вимоги щодо створення системи повітропроводів для вентилювання підодягового простору та спеціального теплозахисного одягу. Розроблено нове теплоізолююче полотно, яке являє собою комбіновану пасивно - конвекційну систему теплозахисту людини. На основі полотна розроблено теплозахисний жилет, що вентилюється. Розроблено експериментальні установки для визначення гідродинамічного та термічного опору верхнього плечового одягу в цілому. Досліджено гідродинамічні та теплофізичні властивості нового теплоізолюючого полотна та жилету, який вентилюється. Одержано співвідношення для розрахунку повного гідродинамічного опору жилету. Розроблено імітаційний тепловий стенд тулубу людини для непрямого визначення теплового стану людини в плечовому одязі різних видів. Одержано співвідношення для попереднього розрахунку температури робочого повітря для умов вентилювання підодягового простору.

Ключові слова: спеціальний теплозахисний одяг, теплоізолююче полотно, гідродинамічний та термічний опори, технічні вимоги, активна конвекційна система теплорегулювіання, зволоження підодягового простору.

АННОТАЦИЯ

Омельченко С. В. Разработка теплозащитной спецодежды с локальной вентиляцией. _ Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 15.19.04 – технология швейных изделий. Киевский национальный университет технологий и дизайна. Киев. 2003.

Диссертация посвящена вопросам разработки теплозащитной спецодежды для несения охранно – караульной службы на открытых вышках в зимний период времени. Изучение условий труда, режима работы охранников показало, что специальная теплозащитная одежда должна стабильно поддерживать оптимальные параметры микроклимата пододежного пространства. Изучение принципов создания и ассортимента существующих видов теплозащитной спецодежды показало, что для ее разработки целесообразно применять регулируемый способ теплозащиты, который реализуется в применении комбинированной пассивно – конвекционной системы тепло – и влагорегуляции.

На основе проведенного анализа разработаны технические требования к системе воздухопроводящих каналов и к виду одежды в целом.

Разработана конструкция и технология изготовления нового теплоизолирующего полотна, которое может выполнять одновременно две функции: теплоизолятора и многоканальной разветвленной системы воздухопроводов.

Разработан способ определения рационального расстояния между эластичными вкладышами теплоизолирующего полотна.

На основе разработанного полотна создан вентилируемый жилет.

Разработана экспериментальная установка для определения гидродинамических свойст вентилируемой одежды. В результате экспериментальных исследований получена зависимость полного гидродинамического сопротивления вентилируемого жилета от объемного расхода рабочего воздуха.

Рассмотрена схема тепло – и влагообмена , приняты допущения и проведены аналитические расчеты процесса тепло – и влагообмена в системе “человек – вентилируемая одежда – окружающая среда”. Получено выражение для предварительного расчета температуры рабочего воздуха.

По полученной формуле рассчитана максимально рациональная температура рабочего воздуха вентилируемого жилета, при которой происходит максимальное высушивание пододежного пространства с одновременным обеспечением “комфортных” теплоощущений работающего.

Разработан имитационный тепловой стенд торса человека для косвенного определения теплового состояния и исследования теплофизических свойств плечевой одежды в целом.

Экспериментальным путем установлено, что термическое сопротивление вентилируемого жилета, как пассивно защитного слоя, составляет 0,170 0,01 м2 оС / Вт.

Экспериментально доказано, что рассчитанная по полученной формуле температура рабочего воздуха вентилируемого жилета, является максимально рациональной.

Разработанный вентилируемый жилет прошел физиолого – гигиеническую оценку и был внедрен для контрольной эксплуатации в подразделении охраны Бучанской исправительной колонии № 85