ПРОБООТБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СВАРОЧНОГО АЭРОЗОЛЯ В ПОЛУЗАМКНУТОМ ПРОСТРАНСТВЕ ПОД СВАРОЧНОЙ МАСКОЙ И/ИЛИ ЩИТКОМ

Полезная модель относится к профилактической медицине, а именно к гигиене труда, и может быть использовано в области охраны труда.
Несмотря на постоянное совершенствование техники, технологий, производственные процессы с применением электродуговой сварки по-прежнему следует относить к вредным и опасным работам, требующим соответствующего контроля и специфических мер предупреждения ущерба здоровью работников. Наиболее актуальным воздействием является образование сварочного аэрозоля (пылепаровоздушной смеси) с попаданием его в легкие работника.
Определение концентраций сварочного аэрозоля проводится по действующим методическим указания №4945-88 "Методические указания по контролю воздуха при сварочных и плазменных процессах".
Распространение частиц аэрозоля в месте проведения работ обусловлено конвенционными потоками нагретого сварочной дугой воздуха и диффузией. По требованию ГОСТ 12.1.005-88. "Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны" и МУ №4945-88 "Методические указания по контролю воздуха при сварочных и плазменных процессах" отбор проб загрязненного воздуха для санитарно-химического анализа на содержание любых летучих загрязнений следует проводить в зоне дыхания работника при характерных производственных условиях - в диаметре до 0.5 м от лица работника, поскольку доказано, что концентрации химических вредностей за пределами этой зоны заметно снижаются за счет диффузионных процессов.
Сварочная маска или сварочный щиток создают полузамкнутое пространство (слой воздуха) у лица человека толщиной 20-25 мм, в котором  возможно накопление наиболее высоких концентраций сварочного аэрозоля.
Известно множество устройств и приспособлений для отбора проб воздуха с целью определения концентраций вредных загрязнений.
Известен персональный пробоотборник, который содержит корпус с выходным штуцером для подключения внешнего вакуумного насоса и; заборный патрубок. Пробоотборник имеет цилиндрическую вихревую камеру с тангенциально введенным в нее заборным патрубком, циклон, выполненный в форме усеченного конуса и соединенный большим основанием с вихревой камерой, сменяемый картридж с сорбирующей: жидкостью, кольцевой каплеотбойник, охватывающий снаружи циклон, в зоне его меньшего основания, каплесборник, выполненный в виде чашеобразной емкости, открытой стороной, направленной к циклону и расположенной между циклоном и картриджем в зоне каплеотбойника. Во внутреннем канале размещен эжекторный распылитель заборного патрубка. Внутренний канал заборного патрубка выполнен ступенчатым с большим диаметром со стороны его выходного среза. Сопло эжекторного распылителя расположено в зоне ступенчатого изменения диаметра внутреннего канала заборного патрубка со стороны его выходного среза. Картридж связан сливной трубкой с каплесборником и эжекторной трубкой с эжекторным распылителем [патент на изобретение РФ №2299414, 2007 г. МПК G01N 1/22, С12М 1/08, С12М 1/26]. Недостатками запатентованного устройства являются:
1. Сложность конструкции.
2. Необходимость подключения устройства к дополнительному аспирационному (воздухозаборному) оборудованию.
3. Применение устройства для отбора проб на сварочный аэрозоль создает неудобства в работе сварщика и не обеспечивает возможность отбора проб воздуха из-под сварочного щитка или маски.
Наиболее близким аналогом полезной модели является серийный насос-пробоотборник ручной НП-3М (аспиратор), состоящий из полой трубки (разных диаметров), пробоотборного отверстия для насадки индикаторных трубок экспресс-анализа и внутреннего поршня, движение которого создает соответствующее разряжение в полости трубки, что является условием для прокачки воздуха через поглотительные устройства [Ручной пробоотборник (аспиратор) НП-3М [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.nikimlt.com/catalog/item828.html. Дата доступа: 07.11.2017]. Данное устройство, как обычный насос, предназначен для отбора разовых проб газовоздушной смеси с целью последующего определения их химического состава с использованием индикаторных трубок в соответствии с действующими стандартами. Может применяться только для отбора проб воздуха газовоздушной смеси из полузамкнутого подмасочного или под-щиткового пространства у лица сварщика.
Основным недостатком этого устройства является невозможность выдержать заданную экспозицию по условиям непрерывного отбора пылевоздушной смеси при отборе проб воздуха из-под сварочного щитка или маски.
Задачей полезной модели является повышение корректности санитарно-химического анализа и контроля загрязнений воздуха на рабочих местах сварщиков электродуговой сварки.
Технический результат - непрерывность отбора проб пылевоздушной смеси из полузамкнутого пространства под сварочной маской с заданной экспозицией.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для отбора образующейся пылевоздушной смеси из-под сварочной маски, содержащем полую цилиндрическую трубку с отсасывателем воздуха, в отличие от прототипа на одном конце трубки закреплен пробоотборный фильтр, а на другом конце в качестве отсасывателя воздуха закреплен микрокомпрессор, при этом трубка снабжена регулирующим винтом, перекрывающим просвет трубки.
Сущность полезной модели поясняется следующими фигурами, где стрелкой показано направление воздушного потока: на фиг. 1 - изображена конструкция предлагаемого устройства в собранном виде, на фиг. 2 - схема фильтродержателя.
Предлагаемое пробоотборное устройство содержит полый цилиндрический корпус (несущую трубку) 1 диаметром не более 20 мм, на одном конце которого закреплен фильтродержатель 2, на другом - микрокомпрессор 3 с питанием от батарейки; винт 4, регулирующий скорость воздушного потока (фиг. 1).
Цилиндрический корпус 1 предназначен для крепления на нем необходимых элементов конструкции. Диаметр трубки определяется стандартным размером полузамкнутого пространства (до 20 мм). На одном конце трубки крепится микрокомпрессор 3, на другом конце - фильтродержатель 2. Поскольку при отборе проб воздуха требуется регуляция скорости воздушного потока, то в устройстве предусмотрен регулирующий винт 4, пережимающий просвет трубки.
Фильтродержатель состоит из прижимной головки 5, насадки 6 на корпус устройства 1. Улавливающий фильтр 7 помещается между прижимной головкой 5 и насадкой 6 (Фиг. 2).
Технические условия для микрокомпрессора: диаметр до 20 мм, должен обладать производительностью 5-15 л/мин.
Принцип работы устройства. Микрокомпрессор 3 на корпусе устройства 1 вытягивает воздух через сменяемый фильтр 7 с заданной скоростью, которая предварительно определяется по контрольному ротаметру с регулировкой просвета трубки с помощью винта 4.
Сварочный аэрозоль оседает на улавливающем фильтре.
Сборка устройства. На концах корпуса устройства наносится внутренняя резьба (с шагом 3-5), предназначенная для крепления самого фильтродержателя, его частей (прижимной головки и насадки) и микрокомпрессора. Возможна вставка деталей за счет создания зазоров 1-2 мм путем разных диаметров цилиндрического корпуса, фильтродержанителя и компрессора.
Сборка фильтродержателя: прижимная головка и насадка должны иметь внутреннюю резьбу (с шагом 3-5) для навинчивания друг на друга и закрепления между ними улавливающего фильтра. Возможна вставка этих деталей за счет создания зазоров 1-2 мм путем их разных диаметров.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Закрепляется бумажный фильтр 7 в фильтродержателе 2 и навинчивается (вставляется) в несущую трубку 1. Затем навинчивается (вставляется) микрокомпрессор 3. Производится регулировка скорости вытяжки по контрольному ротаметру с помощью винта 4, перекрывающего просвет цилиндра.
Устройство плотно крепится с помощью скотча к внутренней поверхности сварочной маски. Направление воздушного потока должно быть от внутренней области полузамкнутого пространства, где должен быть размещен фильтр 7 к наружной области, в которой размещается микрокомпрессор 3.
Включается микрокомпрессор 3 и анализируемый атмосферный воздух (частицы аэрозоля конденсации) проходит через фильтр 7 с заданной скоростью и экспозицией, которые должны соответствовать требованиям методики (МУ №4945-88 "Методические указания по контролю воздуха при сварочных и плазменных процессах"). При этом частицы аэрозоля конденсации оседают на улавливающем фильтре. Скорость отбора регулируется винтом 4 и перед отбором тарируется по стандартному ротаметру. После окончания отбора согласно заданной экспозиции фильтр вынимают из устройства, и анализируют на наличие в нем токсичных примесей аэрозоля стандартными лабораторными методами.
Апробацию устройства проводили при сварочных работах на стационарном посту, который находился в помещении гаражного бокса. Исследования выполнили в теплый сезон года. На время отбора проб вытяжную вентиляцию (вытяжной зонт) отключали для сохранения потоков конвенционного тепла. Ворота бокса были открыты для обеспечения условий диффузии загрязнений. Сварка осуществлялась электродами УОНИ 13/45 с применением проволоки СВ 07СГ, флюс АН345. Сваривались небольшие железные конструкции.
Отбор проб воздуха согласно методике осуществляли на аналитические аэрозольные фильтры типа АФА-ХП, которые предназначены для улавливания и определения содержания сварочных аэрозолей в газовой среде при температуре от -200С до +60°С. Допустимая воздушная нагрузка на полотно фильтра составляет от 7 л/мин до 25 л/мин. Протягивали в течение 5 минут 100 л воздуха со скоростью 20 л/мин. Концентрации аэрозоля определяли весовым способом на аналитических лабораторных весах 1 класса точности.
Отбор проб проводили в четырех точках: на расстоянии 15-20 см от сварочной дуги, в подмасочном пространстве, на границе зоны дыхания -0.5 м от лица работника и на внешней границе - 2,5 м от сварочной дуги. Чтобы получить наиболее валидный, надежный и достоверный результат на границе зоны дыхания и в других точках устанавливали по три аллонжа с фильтрами: по бокам и над местом сварки. Для отбора воздуха из "полузамкнутого пространства" применили предлагаемое устройство, которое крепилось на внутренней поверхности сварочной маски.
Отбор проводили непрерывно в течение одной сварочной операции, одномоментно, во всех ранее указанных точках. Всего было отобрано 72 пробы, в каждой точке (зоне) - 18 проб. Всего изучено 6 сварочных циклов (операций) длительностью от 3 до 8 минут, что заставило пересчитывать получаемые весовые концентрации по длительности отбора аэрозоля на усредненное время отбора пробы - 5 минут.
Наибольшее содержание аэрозоля выявлено в подмасочном пространстве, полученные в нем концентрации достоверно отличаются от концентраций на внешней границе и границе зоны дыхания.
Таким образом, предлагаемое пробоотборное устройство для определения концентрации сварочного аэрозоля в полузамкнутом пространстве под сварочной маской решает техническую задачу повышения корректности санитарно-химического анализа и контроля загрязнений на рабочих местах сварщиков электродуговой сварки путем создания устройства для непрерывного отбора пылевоздушной смеси согласно задаваемой экспозиции.