Введение. Среди экологических проблем промышленных и строительных отраслей значимой проблемой является разработка энергоэффективных систем аспирации [1] – наиболее надёжного способа обеспыливания [2–3]. Главным элементом системы аспирации является местный вентиляционный отсос, который обеспечивает улавливание загрязняющих веществ, выделяющихся в непосредственной близости от источника их образования [4–6]. Энергоемкость местного отсоса прямо пропорциональна расходу воздуха, протекающего через него [3]. Поэтому за счет различных способов – механического [3, 7, 8] и аэродинамического экранирования [3, 9], активирования [10], использования вихревых [11, 12] и закрученных [13, 14] потоков добиваются снижения расхода отсасываемого воздуха. За счет профилирования границ вихревых зон на входе в местный отсос и в других элементах воздуховодов можно снизить потери давления, что также способствует снижению энергопотребления [15–18].Одним из интенсивных источников пылевыделений в строительстве является сверление. При сверлении дрелью на низких оборотах в воздух может выделяться порядка 1,5 кг пыли за 1 час работы, в случае же тяжелого бурения стен с использованием ударного инструмента выделяется примерно 9 кг пыли в час (табл. 1)   Таблица 1Содержание частиц PM10 и PM2,5 при штроблении стен [21] №п/пНаименование процессаДоля частиц частиц РМ10 и РМ2,51Штробление стен перфоратором под проводкуDmax 22 %–37 % от массы частиц до 20,5–25 мкм Учитывая это, требуется использовать пылеудаляющую насадку, обеспечивающую достаточное для рабочей зоны качество воздуха – концентрация пыли должна быть не более ПДК. Зарубежные опыты (табл. 2) подтверждают необходимость использования подобных насадок [19, 20] для улавливания пыли в процессе сверления. Применяемые насадки широко представлены на рынке сверлильных устройств (рис. 1). Целью данной статьи является разработка конструкции отечественного пылеулавливающего насадка – местного отсоса для локализации пылевыделений при сверлильных работах и определения его рациональных режимно-технических характеристик.   Таблица 2Среднее количество вдыхаемой пыли в зависимости от наличия МВО  Без МВОС использованием МВОС использованием пустотелого сверлаКоличество испытаний2Количество сделанных отверстий60Концентрация мелкодисперсной пыль, мг/м33,32<0,124<0,143Масса вдыхаемой кварцевой пыли мг/м30,55<0,007<0,007  Рис. 1. Модели пылеудаляющих насадков и местных отсосов фирм: а) Bosch; б) Metabo; в) Milwaukee; г) DeWalt, д) ИнтерсколМетоды, оборудование, материалы. В РФ в соответствии с ГОСТ 12.1005-88 ССБТ «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» кремниевая пыль, выделяющаяся при сверлении бетона, отнесена к третьему классу опасности и имеет предельно допустимую концентрацию 2 мг/м3 [22]. Древесная пыль не так опасна, она отнесена к четвертому классу опасности, её относят к аэрозолям фиброгенного действия, способных вызывать аллергию, ПДК древесной пыли составляет 6 мг/м3 и регламентируется ГН 2.1.6.3492–17 (ГН 2.1.6.3492–17 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений: утвержден 22.12.2017 Главный государственный санитарный врач Российской Федерации  от 22 декабря 2017 года №165.Совершенствование различных механизмов может осуществляться с помощью современных программ моделирования пылевоздушных потоков SolidWorks, Ansys Fluent и Simens SX и т.д. Программный комплекс SolidWorks [23], и в частности программа SolidWorks Flow Simulation, позволяет на основе заданной модели получить представление об аэродинамических характеристиках пылевоздушных потоков, образующихся в процессе сверлильных работ. Предлагаемая модель устройства (рис. 2), геометрические размеры которого представлены на рис. 3, предназначена для работ как со сверлами различного диаметра, так и коронок для подрозетников диаметром до 50 мм. Модель представлена следующими элементами: сверлильный патрон, сверло ⌀7,5 мм, ограждающая конструкция из кирпича, пылеудаляющая насадка с всасывающим отверстием. Для моделирования в SolidWorks использовались уравнения Навье-Стокса и неразрывности, замкнутые при помощи k – ε модели турбулентности [24]. Динамика пылевых частиц описывалась при помощи численного решения дифференциального уравнения их движения, коэффициент сопротивления частиц вычислялся по формуле Хендерсона [25].  Рис. 2. 3D–модель местного отсоса Рис. 3. Геометрические размеры устройстваВ программном комплексе SolidWorks Flow Simulation возможно произвести оценку действия силы гравитации на пылевоздушные потоки, имитируя тем самым горизонтальное сверление стены, а так же вертикальное сверление пола и потолка. Для этого поочерёдно устанавливались следующие направления силы гравитации: 1 –  g = 9,81 м/с2 по оси Y (сверление стены); 2 –  g = 9,81 м/с2 по оси Z (сверление пола); 3 –  g = – 9,81 м/с2  (сверление потолка). Указанные оси показаны на рис. 2. Использовались следующие установки: тип задачи – внешняя, среда – воздух. Граничное условие: массовый расход воздуха в вытяжном канале, изменялся в диапазоне от 0,002 кг/с до 0,012 кг/с [26, 27]. Уровень начальной сетки установлен на отметке: 5; коэффициент разбега до границ расчетной области: 10, т. к. модель центрирована, это позволяет получить наиболее точные значения в требуемой области.Основная часть. В качестве критерия эффективности улавливания пыли далее используется величина максимального диаметра полностью уловленных отсосом пылевых частиц –  dmax, мкм, число частиц заданных в расчете составило 30 шт. Производились исследования изменения dmax в зависимости от  радиуса всасывающего отверстия и его смещения от конца насадка; различных направлений сверления и  расходов всасываемого воздуха.Вследствие изменения направления действия силы гравитации в расчётной области,  направление сверления оказывает влияние на величину dmax. Из вычислительного эксперимента (табл. 3) следует, что наименьшая величина dmax достигается при сверлении пола. Действительно, в этом случае сила тяжести в области образования пылевых частиц направлена в противоположную от скорости их захвата воздухом сторону, что не способствует их улавливанию (рис. 4). Поэтому, этот самый неблагоприятный для улавливания пыли случай рассматривается далее. Таблица 3Изменение dmax в зависимости от направления сверления Направления сверленияДлина от отверстия до отсоса h, ммРадиус всасывающего отверстия r, ммМассовыйрасход воздуха, кг/сМаксимальныйдиаметр пылевых частиц dmax, мкмПол95100,01530Потолок95100,01610Стена95100,01550      Рис. 4. Определение максимального диаметра при сверлении  а) пола;  б) стеныПри повышении расхода аспирируемого воздуха величина dmax повышается (рис. 5), что связано с увеличением скорости захвата пылевых частиц вытяжным отверстием. Однако, поскольку не рекомендуется, чтобы скорость в отсосе превышала 20 м/с из-за возникающего шума, расход воздуха Q  следует  принимать равным в диапазоне  0,008 кг/с – 0,01 кг/с.При фиксированном расходе воздуха Q и увеличении радиуса r всасывающего отверстия, начиная от 7,5 мм диаметр  dmax возрастает (рис. 6), затем достигает максимума при r = 12,5 мм и убывает до достижения максимально возможной для данного насадка величины r = 14 мм. Столь немонотонное изменение dmax связано, с одной стороны, с повышением вероятности попадания частиц пыли в отсос (рис.  7) за счет увеличения его радиуса, с другой – напротив снижения скорости в отсосе при фиксированном расходе Q, что не способствует улавливанию пыли.При фиксированных  значениях радиуса r и расхода Q = 0,01 кг/с влияние на dmax величины удаления h всасывающего отверстия от конца насадка, примыкающего к месту образования пыли, также не монотонно (рис. 8).  Здесь максимум достигается при h = 75 – 85 мм, что может быть связано с наиболее оптимальным положением всасывающего канала, при котором наблюдается снижение вихреобразования и его местного сопротивления (рис. 9, 10). Рис. 5. Зависимость dmax от расхода аспирируемого воздуха при h = 95 мм, r = 10 мм  Рис. 6. Зависимость dmax от радиуса всасывающего отверстия при разных расходах Q, кг/с Рис. 7. Процесс определения dmax  для отверстий радиусом, мм а) 12,5; б) 10; в) 5Рис. 8. Зависимость dmax от удалённости h всасывающего отверстия при разных радиусах r, мм и Q = 0,01 кг/с Рис. 9. Определение dmax в зависимости от удаленности h всасывающего отверстия, мм: а) 65;  б) 10;  в) 35Рис. 10. Поля скоростей при сверлении а) стены, при удалении отверстия на 95мм; б) пола, при удалении отверстия на 10мм Дальнейшие направления исследований связаны с выявлением влияния радиуса насадка на эффективность улавливания пылевых частиц, поскольку насадки рассмотренного диаметра подходят для коронок для подрозетников менее 50 мм (рис. 11). Имеет смысл рассмотреть возможность применения двух всасывающих каналов (рис. 12) и определить влияние такой конструкции на эффективность улавливания пылевых частиц. Эффективность улавливания здесь определялась по величине максимального диаметра полностью уловленной фракции  пыли. Представляет интерес использовать другие критерии эффективности. Например, отношение количества уловленных частиц к общему количеству частиц, образующихся при сверлении. Необходимо также более глубоко исследовать влияния образующихся вихревых зон на входе во всасывающий канал на коэффициент его местного сопротивления и эффективность улавливания пыли. Изучить возможность профилирования по найденным границам вихревых зон для повышения эффективности пылеулавливания. Влияние на эффективность отсоса наклона плоскости сверления и его скорости также нуждается в дальнейших исследованиях. Полученные данные компьютерного моделирования нуждаются в верификации, для чего необходимо проведение экспериментальных исследований.Рис. 11. Диаметр входного отверстия насадкаРис. 12.  Добавление второго отсоса и оценка его влияния на пылевоздушный поток Выводы. Предложена конструкция местного отсоса - насадка для улавливания пыли, образующейся при работе стандартных дрелей. Для выявления процессов пылеулавливания в программном комплексе SolidWorks Flow Simulation разработана математическая модель пылевоздушного потока в разработанном насадке. Численно исследована динамика пылевых частиц, образующихся в процессе сверления, и изменение величины максимального диаметра пылевых частиц, полностью улавливаемых всасывающим каналом. Выявленные зависимости влияния на величину максимального диаметра пылевых частиц: расположения плоскости сверления, расхода отсасываемого воздуха, удаленности и  радиуса всасывающего канала полезны для конструирования и совершенствования систем улавливания пылевых загрязнений, образующихся в  процессе сверления.