Введение
Практикум по проектированию систем безопасности ориентирован на повышение уровня готовности магистрантов к деятельности, связанной с комплексной безопасностью объекта [1; 2].
Комплексность принимаемых решений предполагает оценку эффективности большого количества разнообразных устройств безопасности [3; 4].
Поскольку процесс формирования у обучающихся подхода к быстрой верной оценке устройств должен развиваться [5; 6], оправдана модификация практикума.
Анкетирование [7; 8] магистрантов, обучающихся по направлению «Техносферная безопасность», позволило отметить:
· магистранты замечают за собой замедление в проектировании инженерных систем, вызванное неточностями выбора защиты от шума, которые предопределены несвоевременным учетом соотношения габаритов с длинами распространяющихся волн;
· магистранты называют наиболее интересным для себя подбор энерго-, ресурсосберегающих решений для систем безопасности.
Результаты анкетирования свидетельствуют о важности для проектирующих инженерные системы представления о необходимой геометрии средств, способных эффективно обеспечить акустическую безопасность выбираемого оборудования, и перспективности формирования у магистрантов такого представления на фоне интереса к энергоэффективности.
Было высказано предположение, что выполнение задания [9; 10] по компоновке в инженерной системе энерго- или ресурсосберегающего устройства на базе реактивного глушителя создаст условия для формирования у магистрантов приема прогнозирования акустической эффективности при сопоставлении габаритов с длинами распространяющихся волн [11-13].
Учитывалось следующее: реактивные глушители имеют конструкцию, наиболее подходящую для проведения контроля – при неверном соотношении между любым из ее размеров и длинами волн резко ухудшается снижение шума; сформированность приема будет проявляться в полноте принятых творческих решений; расчеты по заданию могут проводиться без дополнительных затрат учебного времени [14; 15].
Цель исследования – формирование у обучающихся приема прогнозирования акустической эффективности в инженерных системах, учитывающего длины распространяющихся волн.
Материал и методы исследования
Материал для этапа проверки высказанного предположения:
· задание на проектирование дымового тракта, в котором должны быть установлены дымосос, устройства пыле-, газоочистки, искрогашения и снижения шума, содержащее требование по многофункциональной защитной конструкции на базе реактивного глушителя шума;
· S-модель реактивного глушителя в сборном газоходе, инвариантная к геометрии устройства и обеспечивающая контроль за точностью выбора габаритов.
На этапе проверки высказанного предположения магистранты, работая в малых группах, выполняли следующее:
· компоновали реактивный глушитель шума, который может быть реализован, если его каналы имеют характерный размер меньше четверти длины распространяющихся волн, с широкополосной характеристикой;
· синтезировали многофункциональную защитную конструкцию;
· обсуждали приемлемость геометрии многофункциональной конструкции для эффективной комплексной защиты.
Проверка предположения проводилась в двух учебных группах направления «Техносферная безопасность» разных вузов.
Материал для этапа корректировки содержания практикума:
· задание на проектирование системы механической вентиляции с магистральным воздуховодом большого сечения, содержащее требование ограничения длины реактивного глушителя или ограничения для него потерь давления;
· S-модель реактивного глушителя в большом воздуховоде, инвариантная к геометрии устройства и обеспечивающая контроль за точностью выбора габаритов;
· обзорная часть практикума, в которой рассмотрение средств защиты от шума начинается с глушителей шума;
· тест для экспериментальной и контрольной групп.
На этапе корректировки содержания практикума магистранты, работая в малых группах, выполняли следующее:
· рассматривали условия эффективности глушителей с учетом длины распространяющихся волн;
· компоновали энерго- или ресурсосберегающий реактивный глушитель, который может быть реализован, если все его каналы имеют характерный размер меньше четверти длины распространяющихся волн, с широкополосной характеристикой.
Для контроля проводилось тестирование магистрантов из экспериментальной и контрольной группы.
Результаты исследования и их обсуждение
На этапе проверки магистранты, ограниченные необходимостью поддерживать характерный размер каналов глушителя меньшим, чем четверть длины распространяющихся волн, безошибочно скомпоновали устройства (табл. 1), имеющие требуемое снижение шума. Далее участники предложили составить на базе полученного глушителя две конструкции: глушитель-искрогаситель и глушитель-катализатор (табл. 2).
В ходе обсуждения многофункциональных конструкций, после неоднократного возвращения к размерам элементов, предопределяющих эффективную комплексную защиту, выяснилась приемлемость только глушителя-искрогасителя.
После установления геометрии защитной конструкции участники обсуждения отметили следующее:
· были созданы условия для акцентирования связи между акустической эффективностью устройства и соотношением его габаритов с длинами распространяющихся волн;
· прием прогнозирования акустической эффективности, учитывающий длины распространяющихся волн, усвоен;
· внимание к прогнозированию акустической эффективности по сопоставлению габаритов с длинами распространяющихся волн должно привлекаться как можно раньше;
· рациональнее составлять не многофункциональный, а энергосберегающий глушитель.
Таблица 1
Компоновка реактивного глушителя шума в сборном газоходе
|
Внутренние каналы глушителя |
Акустическая эффективность глушителя шума |
|
|
|
|
|
Источник: составлено автором на основе полученных данных в ходе исследования.
Таблица 2
Данные для рассмотрения перспективности многофункциональных конструкций
|
Устройство в сборном газоходе |
Варианты размещения элементов устройства |
Расчетное расстояние между элементами, мм |
|
|
Реактивный глушитель шума |
|
|
40-160 |
|
Искрогаситель |
|
||
|
Пластинчатый катализатор |
|
|
5-20 |
|
|
|||
Источник: составлено автором на основе полученных данных в ходе исследования.
Результаты работы магистрантов подтвердили предположение о возможностях обновленного проектного задания и определили уточнения в содержании практикума по проектированию систем безопасности:
· в обзорной части рассматриваются сначала средства защиты от аэродинамического шума, а затем – от воздушного и структурного;
· в задание на проектирование системы механической вентиляции вводится требование энергосберегающего реактивного глушителя.
На этапе корректировки содержания практикума магистранты экспериментальной группы, проектируя устройства защиты от аэродинамического шума, по рекомендациям обзора быстро компоновали и настраивали реактивные глушители в точном соответствии с условиями в вентиляционных системах.
Требование энергосбережения обучающимися было выполнено в полном объеме (табл. 3, 4):
· представлен глушитель, в котором потери давления снижены на 25% за счет продленных участков каналов;
· показан для глушителя низкочастотного шума способ снижения длины в 1,5 раза за счет свернутого размещения резонаторов.
Таблица 3
Реактивный глушитель шума с продленными участками каналов
|
Элементы глушителя |
Эффективность глушителя шума |
|
|
Снижение потерь давления на 25% |
|
|
|
|
|
Источник: составлено автором на основе полученных данных в ходе исследования.
Таблица 4
Реактивный глушитель низкочастотного шума
|
Элементы глушителя |
Эффективность глушителя шума |
|
|
Снижение длины в 1,5 раза |
|
|
|
|
|
Источник: составлено автором на основе полученных данных в ходе исследования.
Таким образом, экспериментальная группа продемонстрировала как сформированность приема прогнозирования акустической эффективности, учитывающего длины распространяющихся волн, так и высокий уровень готовности к комплексному решению защиты от аэродинамического шума.
Согласно тестированию по проектированию защиты от шума инженерных систем, верных ответов в экспериментальной группе – больше, чем в контрольной группе. В частности, верных ответов на открытые вопросы в экспериментальной группе – 82%, в контрольной группе – 73%.
Результаты тестирования позволяют считать, что модификация практикума способствует формированию у обучающихся приема прогнозирования акустической эффективности в инженерных системах, учитывающего длины распространяющихся волн.
Выводы
Модификация практикума по проектированию систем безопасности направлена на совершенствование учебного процесса.
В процессе обоснования модификации было установлено следующее:
· выполнение задания по компоновке энерго- или ресурсосберегающего устройства в инженерной сети, полученного на базе глушителя шума, создает условия для акцентирования связи между акустической эффективностью устройства и соотношением его габаритов с длинами распространяющихся волн;
· первоочередное рассмотрение средств защиты от аэродинамического шума ускоряет формирование приема прогнозирования акустической эффективности, учитывающего длины распространяющихся волн;
· сформированность подхода к прогнозированию акустической эффективности обеспечивает повышение уровня готовности обучающихся к решению вопросов комплексной безопасности.
Предложенное уточнение практикума по проектированию систем безопасности может быть рекомендовано к применению.