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技术设计 编辑

技术设计是根据已经得到批准的初步设计而编制的更精确、更完备、更具体的文件和图纸。初步设计是按照设计任务书的内容,对设计的工程项目提出基本的技术决策,确定基本的技术经济指标,并拟出工程概算的文件和图纸。技术设计要确定初步设计中所采取的工艺过程、建筑物和构筑物、校正设备的选择及其数量的误差、确定建设规模和技术经济指标,并作出修正概算的文件和图纸。

简介

技术设计是产品的定型阶段。它将对产品进行全面的技术规划,确定零部件结构、尺寸、配合关系以及技术条件等等。技术设计是产品设计工作中最重要的一个阶段,产品结构的合理性、工艺性、经济性、可靠性等,都取决于这一设计阶段。

内容

技术设计的目的,是在已批准的技术任务书的基础上,完成产品的主要计算和主要零部件的设计。

1)完成设计过程中必须的试验研究(新原理结构、材料元件工艺的功能或模具试验),并写出试验研究大纲和研究试验报告。

2)作出产品设计计算书(如对运动、刚度、强度、振动、热变形、电路、液气路、能量转换、能源效率等方面的计算、核算);

3)画出产品总体尺寸图、产品主要零部件图,并校准;

4)运用价值工程,对产品中造价高的、结构复杂的、体积笨重的、数量多的主要零部件的结构、材质精度等选择方案进行成本与功能关系的分析,并编制技术经济分析报告;

5)绘出各种系统原理图(如传动、电气、液气路、联锁保护等系统);

6)提出特殊元件、外购件、材料清单;

7)对技术任务书的某些内容进行审查和修正;

8)对产品进行可靠性、可维修性分析。

技术设计应经过企业总工程师审批,然后转入下一个设计阶段。若为用户订货的非标准产品,还应征求用户意见并取得用户的同意。

综合科考船实验室环控通风技术设计

科考船实验室

1、实验室标准

随着国家对科研领域的加大投入,大学、研究所以及相关企业也加快了实验室的建设步伐,对实验室的特性和特点进行较为深入的研究,制定多个规范和标准,如 :JGJ91-93《科学实验建筑设计规范》、JB/T6412-1999《排风柜》、JBJ10-96《机械工厂采暖通风与空气调节设计规范》、JG/T222-2007《实验室变风量排风柜》、HG/T20698-2009《化工采暖通风和空气调节设计规范》、JG/T385-2012《无风管自净型排风柜》、GB50346-2011《生物安全实验室建筑技术规范》、GB19489-2004《实验室通用技术要求》以及 GB19489-2008《实验室 生物安全通用要求》等,国家也专门成立中国实验室国家认可委员会和国家认证认可监督管理委员会实验室部等进行监督管理认证。而船舶方面,只有在 1994 年发布的 CB/T3470-94《海洋调查船专用舱室及其设施的设置要求》中提及到实验室,把实验室作为专用舱室一种,但只是把海洋调查船作为一个平台,提出实验区域所必需的面积和必要的家具,而没有提出如何建设具有安全环境实验室的概念。因为没有实验科学家的介入,暖通设计人员的认识停留在只要满足室内温度和湿度的环境条件即可,对实验人员的自身环境安全保护并没有足够重视。

2、实验室通风系统要求

实验室的安全很大程度上取决于通风系统的设置,ASHRAE 设计手册对实验室的空调通风设计提出相当详细的要求,其中需要考虑以下因素 :

(1)实验室内外的温湿度条件 ;

(2)过程和整体的空气品质(包括送、排风的过滤、吸附等处理);

(3)实验设备和实验过程的发热量(包括显热和潜热);

(4)最小换气次数 ;

(5)设备和工艺排风量 ;

(6)进、排风的风口位置 ;

(7)排风设备类型、捕捉速度和利用率 ;

(8)设备和电源的应急备用 ;

(9)报警要求 ;

(10)通风柜的尺寸和数量的变化调整 ;

(11)内部负荷的可能 / 预期增加 ;

(12)房间的压差要求。

通过对近期建造的船用实验室的学习、探讨,认识到要设计好现代实验室,实验室的空调通风也是至关重要的。

3、实验室的划分

对于实验室可作如下分类 :

(1)按《海洋调查船专用舱室及其设施的设置要求》,实验室可分为“干实验室”、“半干实验室”和“湿实验室”;

(2)按实验性质分类,一般分为生物实验室、化学实验室、动物实验室和物理实验室。《海洋调查船专用舱室及其设施的设置要求》中,着眼点在于科考船作为平台需要提供必要的实验场所,规定此类实验室的面积、装潢、家具以及一般环境温度要求 ;但对于保障实验人员的安全环境——通风要求,则并没有予以具体规定。按实验性质分类进行通风设计,可以更好地提供一个安全舒适的环境给科研人员,这也是实验室通风系统设计的首要目标。为了更好地设计实验室通风系统,设计者必须深入了解、认真研究实验室的特点、实验对象、特性以及设计标准。

实验室通风系统的设计

科学实验室通风系统的设计,按以下几方面因素考虑。

1、 实验室的通风量计算

实验室的通风量选取,国内外差异较大,国内实验室较多采用循环通风,换气次数一般有12~15h-1;而国外常规采用直流式空调送风,因为能耗大,所以新风换气次数的取值是非常有讲究的,从 2~10h-1有不同的选择。如果新风换气次数为 3h-1,空调负荷可能增加 30% 以上,当新风换气次数为 6h-1时,空调负荷可能增加到 100%。实验室总的换气次数可由以下最大的一项确定:

(1)实验室排风设备总的排风量 ;

(2)满足实验室温度要求所需的换气次数 ;

(3)最小换气次数要求。

一般在实验室的性质、大小确定以后,根据内部所设的排风柜或集气罩的排风量与实验室的换气次数确定总的通风量,排风柜的通风量可按以下公式计算:L= 3600×F×V×β。

式中 :

F为排风柜开口面积,m2

V为排风柜开口面风速,m/s ;

β为安全系数,1.1~1.2。

在所有排风量确定之后,将计算值与换气次数计算值进行比较,选取较大的数值在开口面风速0.25~0.40 m/s时,排风柜可以保证充足的气流抑制,虽然抑制性能会有所波动。当开口面风速在0.40~0.50 m/s时,排风柜可有效抑制气流。这个进口风速范围适用于大多数实验室的化学通风柜。0.50~0.60 m/s进口风速的气流抑制效果与在0.40~0.50 m/s时相差不大,但运行成本却显著提高。而0.60~0.75 m/s的进口风速可使多数通风柜在此范围内达到高效的气流抑制,但其效果相对于0.40~0.50 m/s和0.50~0.60 m/s并没有本质改善,然而能耗却会因此而大大提高;所以,一般不推荐使用。当进口风速>0.75 m/s时,大多数实验室专家都认为该进口风速过高,可能会在通风柜内引起紊流,从而导致柜内毒害气体溢出。当上述风量确定之后,则该实验室通风系统的实际换气次数也已确定。

2、实验室气流组织设计

由于实验室内的操作者及其他设备物品的移动都会对通风柜的安全性能产生影响,尤其当柜门进口风速较低时,操作人员的影响可能会引起柜门处气流扰动,通风柜对柜内气流的抑制能力会降低,从而产生相应的风险。同时,有了足够的换气量,并不一定能有效的排除室内有害气体,只有在室内保证正确的气流方向,才能使有害气体顺利排出,从而达到换气目的。一般室内气流方向的形成取决于进风口和排风口的位置,通过合理布置进、出风口的位置来保证有害气体排出。

实验室气流组织的设计按 GB19489-2004《实验室通用技术要求》,一般采用上送下排的形式,对于某些重要的实验区域,则可以通过采用计算机模拟的手段来确定方案。实验室有害空气的排出主要通过排风柜的集气罩完成 ;排风柜的安放位置不仅需要考虑实验工艺流程,还需考虑气流组织的形成,通常按下述原则安放 :

(1)排风柜的安放位置尽量离门 3 m 以上,不要靠近窗户 ;

(2)排风柜尽可能不要相邻安放、不要面对主要人流通道 ;

(3)排风柜的安放位置尽量不要靠近冷热源,避免紊流。

3、通风控制系统设计

实验室通风系统按风量控制划分,有定风量、双风量和变风量系统。一般定风量、双风量系统控制比较简单,在实验室内设风机启动按扭,根据需要直接启动或停止风机 ;而变风量系统的控制既要考虑排风效果,又要保证房间内的压差,送风、排风的控制是非常重要的。由于自动化控制技术的成熟和相关控制设备的成本下降,智能和节能让目前新建的实验室通风系统大多采用变风量系统。变风量通风系统的控制有如下特点 :

(1)送排风机的相关控制,采用变频风机,用压差传感器或风量传感器通过调节变频器调节控制风量的变化。

(2)排风末端设备的控制,在排风柜的排风支管上设有风量控制阀,当排风柜风量需要发生变化时,其风量控制阀将会迅速动作。

(3)实验室的压力控制,一般采用两种方法,即压差控制和多余风量控制。前者通过压差传感器测量控制区室内与相邻区域的压差,由控制器根据设定值调节送风量大小以达到所要求的压差 ;后者是让排风量与送风量之间始终保持一定的风量差,从而使得室内外维持一定的压差。一般实验室的压力控制精度要求不高,可以直接采用压差控制 ;压力控制精度比较高的实验室(如洁净实验室、生物安全实验室)则适用于多余风量控制的方法。实验室空调通风系统的控制十分重要,涉及到室内温度、相对湿度的稳定性和系统的节能,以及分别对保护室内工作人员和室外环境的设备的监测。

4、几种特殊要求的实验室设计

1)化学超净实验室

化学超净实验室有别于一般化学实验室和超净实验室,需要同时考虑防腐和超净两个因素,如为了对海洋痕量金属元素采样提供洁净工作空间,对样品的分样、预处理等,需要考虑该实验室的温湿度控制、压力控制、洁净度控制以及送风管路的无金属化处理。另外,由于洁净度要求较高,还需设置缓冲间,形成洁净度和压力的梯度控制。

2)温控实验室

为了达到大部分实验的目的,温控实验室具有大范围温控的能力,一般为 2℃ ~28℃内可调,温控精度 ±1℃。温控设备必须满足一年四季外部环境条件下,维持实验室设定的恒温要求。为了保证恒温精度,换气次数可能达到每小时几十次,采用大风量风管系统导致设计、施工的难度非常大 ;同时低温工况要求制冷系统则需要特殊设计。

5、实验室通风系统的防火安全设计

实验室通风系统的防火安全设计除必须满足船级社规范、SOLAS 要求以外,有些场合需要特殊考虑,如 NFPA45 禁止在通风柜的排风管道上安装防火阀,目的是为了防止防火阀意外误动作而导致实验室通风柜的排风管关断,使有害气体在实验室积聚而引起实验人员伤害或暴露。对于理化实验室和生物安全实验室均有此类危险,如何避免火灾发生时实验人员受到伤害,必须考虑采取另外的安全措施,如设置早期烟雾预警系统、CO 浓度探测和声光报警装置,设置生物型密闭阀等。


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