авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

«ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА УКРАИНЫ ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ УКРАИНЫ ISSN 2304-6112 ...»

-- [ Страница 3 ] --

В современных условиях актуальным является совершенствова ние системы технического обслуживания и ремонта КЛ, в составе ко торых эксплуатируются КИ, с целью снижения затрат на поддержание их работоспособного состояния и заданного уровня надежности рабо ты. Одним из путей решения этой задачи является разработка и вне дрение технического обслуживания и ремонта КЛ по фактическому состоянию. Для этого необходимо решить задачу оценки показателей ПОР конкретной КЛ по эксплуатационным данным.

Анализ последних достижений и публикаций. В работе [3] введено понятие пожаробезопасного остаточного ресурса для КЛ со случайной величиной расходуемого ресурса за заданную календарную продолжительность эксплуатации изделия. Получены расчетные со отношения показателей ПОР КЛ на примере экспоненциального зако на распределения наработки до ресурсного отказа с параметром 1, т.е.

~ Г (1, 1), при этом суммарная наработка r() для заданного срока службы КЛ – случайная величина с плотностью распределения g(x, ). Полученные расчетные соотношения позволили сделать вывод о том, что при экспоненциальном законе распределения наработки до ресурсного отказа показатели ПОР для КЛ не зависят от типа закона распределения суммарной наработки КЛ.

А.С. Кирилюк, О.В. Кулаков, А.Н. Катунин Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua Одним из основных признаков достижения пожароопасного со стояния является увеличение параметра потока отказов отдельных КИ либо интенсивности отказов элементов КЛ (например, соединитель ных муфт).

В [3] (формулы (4)-(6))получены расчетные соотношения показа телей ПОР в общем виде. Вероятности P{ r( )} и P{ r( ) + t} рас сматриваются как модели надежности типа "нагрузка-прочность" и для их расчета используются известные соотношения [4]. Расчеты показате лей ПОР конкретной КЛ необходимо проводить для календарных про должительностей эксплуатации изделия и соответствующих им законам распределения суммарной наработки КЛ. В качестве распределений на работки до ресурсного отказа можно использовать типовые распределе ния, приведенные в стандарте [5] (нормальное, экспоненциальное, Вей булла, логарифмически нормальное, гамма-распределение, диффузион ное монотонное и диффузионное немонотонное).

Постановка задачи и ее решение. Получим расчетные соотно шения показателей ПОР КЛ на примере гамма-процентного распреде ления наработки до ресурсного отказа, т.е. ~ W (, ), где 0 и 0 – параметры закона;

суммарная наработка r() – по равномерному закону в интервале [a, b], т.е. r() ~ R(a, b).

x и g(x, ) = В формулы (4), (5) [3] подставим F ( x) = e.

b-a Получим:

x b P{ r ()} = e (1) dx.

b-a a x +t x +t b b 1 P{ r ( ) + t} = e b-a dx = e (2) dx.

b-a a a P{ r () + t} Подставляя (1), (2) в выражение Pr ( t ) = 1 Fr ( t ) = P{ r ()} получим расчетное соотношение:

x+t b e dx P{(R (a, b)) t} = a. (3) x b e dx a Выражения для среднего ПОР и гамма-процентного ПОР полу Расчет показателей пожаробезопасного остаточного ресурса кабельных линий при разных законах распределения наработки Сборник научных трудов. Выпуск 34, чим, подставив формулы (1), (2) в соотношение для Т пор ( g ( x, )) [3]:

b x x +t b Т пор ( R (a, b)) = e dx e dxdt. (4) a 0a x +Т ор ( R ( a,b )) x b b e dx = 0,01 e dx. (5) a a Получение расчетных соотношений для ПОР в аналитическом виде для 2 затруднительно. Рекомендуется вычисление интегралов в (3)-(5) производить методами численного интегрирования.

Найдем соотношения для ПОР для частного случая = 2.

x +t x b b e e Вычислим в (3) dx и dx при = 2. Сделаем за a a x+t = u, dx = du. Тогда мену переменных:

b +t x +t b u e t e dx = du. (6) a+ a gu u Так как e e z dz - инте g 2 x 1 (gu ), где 1 (gu ) = dx = 2g грал вероятности, выражение (6) запишем в виде:

b +t b+t a +t u 2 b+t а + t 2 e u du = e du e u du = 1 1.(7) 2 0 a +t Подставим в (7) t = 0, в результате получим x b b а e dx = 1 1. (8) 2 a Тогда, подставляя (7) и (8) в выражение P{ r () + t} Pr ( t ) = 1 Fr ( t ) =, получим расчетное соотношение:

P{ r ()} А.С. Кирилюк, О.В. Кулаков, А.Н. Катунин Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua b+t а+t 1 1.

P{ (Т пор (a, b)) t} = (9) b а 1 Уравнение для гамма-процентного ПОР получим из формулы P{(g( x, )) Т пор (g ( x, ))} [3] и формулы (9):

b + Т пор ( R (a, b)) a + Т пор ( R (a, b)) 1 1 = (10) b a = 0,01 1 1.

Рассуждая аналогично, получим расчетное соотношение для среднего ПОР:

Т ор ( R(a, b)) = 1 a 2 b b. (11) a b a = 1 1 e + a1 b1 e Выводы. Предложенные математические модели позволяют проводить расчеты показателей ПОР для конкретных КЛ со случай ной величиной расходуемого ресурса за заданную календарную про должительность эксплуатации изделия, в том числе и за назначенный срок службы изделия. Для проведения таких расчетов должны быть известны законы распределения наработки до ресурсного отказа и суммарной наработки КЛ к назначенному сроку службы.

ЛИТЕРАТУРА 1. Кабели силовые с пластмассовой изоляцией. Технические условия: ГОСТ 16442-80. – [Введен 1982-01-01] – Москва: Изд-во ста ндартов, 1981. – 23 с. – (Стандарт бывшего СССР).

2. Кабели контрольные с резиновой и пластмассовой изоляцией:

ГОСТ 1508-78. – [Введен 1980-01-01] – Москва: Изд-во стандартов, 1979. – 15 с. – (Стандарт бывшего СССР).

3. Кирилюк А.С. Математические модели для расчета показате лей пожаробезопасного остаточного ресурса кабельних линий / Расчет показателей пожаробезопасного остаточного ресурса кабельных линий при разных законах распределения наработки Сборник научных трудов. Выпуск 34, А.С. Кирилюк, О.В. Кулаков // Проблемы пожарной безопасности: Сб.

науч. тр. НУГЗ Украины. – 2013. – Вып. 33. – С.69-74.

4. Переверзев Е.С. Случайные процессы в параметрических моде лях надежности / Переверзев Е.С. – Киев: Наукова думка, 1987. – 252 с.

5. Надійність техніки. Методи розрахунку показників надійності.

Загальні вимоги: ДСТУ 2862-94. – [Чинний від 1997-01-01]. – Київ: Де ржстандарт України, 1995. – 90 с. – (Національний стандарт України).

А.С. Кирилюк, О.В. Кулаков, А.Н. Катунин Розрахунок показників пожежонебезпечного залишкового ресурсу ка бельних ліній при різних законах розподілу наробітку Запропоновані математичні моделі, що дозволяють проводити розрахунки показників пожежонебезпечного залишкового ресурсу для кабельних ліній з ви падковою величиною ресурсу, що витрачається, за задану календарну тривалість експлуатації виробу. Для проведення таких розрахунків повинні бути відомий за кони розподілу напрацювання до ресурсної відмови і сумарного напрацювання КЛ до призначеного терміну служби.

Ключові слова: пожежа, ресурс, кабельний виріб.

А.С. Kirilyuk, O.V. Kulakov, А.М. Katunin Computation of indexes of fire-safety remaining resource of cable lines at different laws of distributing The offered mathematical models, that allow to conduct computations of indexes of fire-safety remaining resource for cable lines with the accidental size of resource, that is expended, for the set calendar duration of exploitation of good. For conducting of such computations must be known laws of distributing of work to the resource refusal and total work of cable lines to the appointed term of service.

Keywords: fire, resource, cable lines.

А.С. Кирилюк, О.В. Кулаков, А.Н. Катунин Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua УДК 614.841:536. О.В. Кириченко, к.т.н., с.н.с., доцент каф., АПБ ім. Героїв Чорнобиля, В.А. Ващенко, д.т.н., професор, зав. кафедри, ЧДТУ, В.В. Цибулін, викладач, ЧДТУ, В.М. Тупицький, доцент кафедри, АПБ ім. Героїв Чорнобиля ШВИДКІСТЬ ТА МЕЖІ ГОРІННЯ ПІРОТЕХНІЧНИХ НІТРАТНО-МАГНІЄВИХ СУМІШЕЙ В УМОВАХ ЗОВНІШНІХ ТЕРМОДІЙ (представлено д-ром техн. наук Прохачем Е.Ю.) Представлено результати експериментальних досліджень впливу основних параметрів зовнішніх термодій (підвищених зовнішніх ти сків 105 Па…107 Па та температур нагріву 293 К…800 К) на швид кість та режими горіння ущільнених сумішей з порошків магнію, ні трату натрію та добавок парафіну, стеарину, нафталіну, антрацену для широких діапазонів зміни їх технологічних параметрів (коефіці єнта надлишку окислювача 0,05…6,0;

середнього розміру частинок металу 74,5 мкм…306 мкм та окислювача 50 мкм…220 мкм, віднос ного масового вмісту органічної добавки 0,05…0,20). Вперше вста новлено допустимі діапазони зміни співвідношення компонентів в суміші, перевищення яких призводить до вибухонебезпечного роз витку процесу їх горіння. Показано, що збільшення зовнішнього ти ску та температури нагріву призводить до різкого збільшення швид кості горіння сумішей для досліджуваних діапазонів зміни їх техно логічних параметрів.

Ключові слова: піротехнічні вироби, нітратно-металеві суміші, зо внішні термодії.

Постановка проблеми. В теперішній час в народному господар стві та військовій техніці широко застосовуються піротехнічні вироби різного призначення (фейерверочні склади, освітлювальні та трасуючі засоби, сигнальні вогні, піротехнічні ІЧ-випромінювачі, елементи раке тно-космічної техніки тощо) з використанням спалахувальних пристро їв на основі зарядів трьохкомпонентних механічно ущільнених сумі шей з порошків магнію, нітрату натрію та добавок органічних речовин (парафіну, стеарину, нафталіну, антрацену), які забезпечують техноло гічність та безпеку виготовлення, а також спеціальні ефекти – кольро во-полум’яні, каталізатори або інгібітори горіння тощо [1 – 7, 9]. Як показує практика [10, 11 – 14], вироби, які споряджені зарядами вказа них піротехнічних нітратно-магнієвих сумішей (ПНМС), в процесі обі гу (зберігання, транспортування та застосування) можуть піддаватися зовнішнім термодіям в різних екстремальних ситуаціях (наприклад, при пожежі у складських приміщеннях, де зберігаються піротехнічні вироби, в умовах їх транспортування при спалахуванні близько розта шованих об’єктів, а також в умовах пострілу та польоту виробів при їх Швидкість та межі горіння піротехнічних нітратно-магнієвих сумішей в умовах зовнішніх термодій Сборник научных трудов. Выпуск 34, запусках тощо). В результаті відбувається істотний нагрів зарядів реак ційно здатних до підвищених температур ПНМС (рис. 1), що призво дить до їх передчасних спалахувань під герметичними корпусами ви робів та подальшого розвитку процесу горіння сумішей в умовах під вищених температур нагріву та зовнішніх тисків.

а) б) Рис. 1. Схематичне зображення зовнішнього нагріву металевих корпусів піротехнічних виробів, під якими розташовані заряди ПНМС: а) – тепловий вплив на поверхню корпусу нерухомого виробу (умови зберігання або транспо ртування);

б) – тепловий вплив на поверхню корпусу виробу, що рухається з надзвуковою швидкістю (умови пострілу та польоту);

1 – півсферичний обтіч ник;

2 – металева оболонка;

3 – заряд піротехнічної суміші;

V – швидкість над звукового потоку повітря;

– кутова швидкість вісесиметричного обертання;

(1) ( (2 ) ( ) ) АВ – фронт ударної хвилі;

qw t та q w t – теплові потоки, що поступають на поверхню корпусу виробу від зовнішніх джерел тепла (зони пожежі, осередки спалахування різних пальних речовин), а також з прикордонного шару при га льмуванні надзвукового газового потоку на поверхні корпусу виробу При цьому в одних випадках вироби нагріваються без видимих руйнувань, а в інших – відбуваються їх вибухонебезпечні руйнування з утворенням різних чинників пожежі (полум’я або високотемперату рний струмінь продуктів згорання, дисперговані продукти (уламки металевих корпусів, розжарені частини зарядів сумішей, іскри тощо) (рис. 2). Тому дослідження впливу основних параметрів зовнішніх термодій (підвищених температур нагріву та зовнішніх тисків) на швидкість процесу горіння зарядів ПНМС та його граничні вибухоне безпечні режими розвитку є актуальною проблемою.

О.В. Кириченко, В.А. Ващенко, В.В. Цибулін, В.М. Тупицький Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua а) б) Рис. 2. Кінокадри загальної картини вимушених пожежовибухонебезпе чних руйнувань піротехнічних виробів, споряджених зарядами ПНМС, в умо вах інтенсивних зовнішніх термодій на їх поверхні, отриманих при стендових випробуваннях [9, 10, 13]: а) – локальні джерела тепла (використовувався ІЧ нагрів виробів кварцовими лампами типу КГМ – 220 – 1000 – 1 з застосуван ням керованих термодатчиків РИФ – 101 для контролю температури на пове рхні виробів в діапазоні 300…1500 К [9, 14];

б) – повздовжній надзвуковий об дув потоком повітря поверхні виробів зі швидкостями до 2·103 м/с Аналіз останніх досліджень і публікацій. В даний час процес го ріння піротехнічних нітратно-магнієвих сумішей достатньо вивчений при нормальних умовах [2, 3, 6, 7, 9]. Однак відсутні дослідження процесу го ріння розглядуваних ПНМС в умовах зовнішніх термодій, що характери зуються підвищеними температурами нагріву та зовнішніми тисками, для широкого діапазону регульованих технолоогінчних параметрів розгляду ваних сумішей (співвідношення та дисперсності компонентів).

Постановка завдання та його вирішення. Виникає необхід ність вирішення завдання визначення впливу основних параметрів зо внішніх термодій (підвищених тисків навколишнього середовища та температур нагріву) на швидкість розвитку та граничні режими горін ня зарядів ПНМС. Нижче спочатку наводиться опис методики дослі джень та розроблених установок [8, 15], що моделюють вплив основ них параметрів зовнішніх термодій на швидкість та межі горіння роз глядуваних сумішей, а потім наводяться результати експерименталь них досліджень та їх аналіз.

Методика досліджень. Компоненти піротехнічних сумішей ви готовлялися по технології, прийнятій в піротехнічному виробницт ві [2-5]. Зразки сумішей отримали пресуванням (коефіцієнт ущільнен ня КУ = 0,96...0,98) у металеві оболонки діаметром 2·10-3 м та товщи ною 8·10-4 м;

при цьому висоти запресовок складали h = 3...4·10-2 м.

Використовувалися суміші з коефіцієнтом надлишку окислювача = Швидкість та межі горіння піротехнічних нітратно-магнієвих сумішей в умовах зовнішніх термодій Сборник научных трудов. Выпуск 34, 0,05...6,0, де виражається відомою формулою [6, 9] ок п =, (1) ( ок п )ст ок, п – відносна масова частка окислювача та пального в даній суміші;

індекс “ст” позначує стехіометричне співвідношення компонентів ( = 1) для розглядуваної суміші ( ок п ) 1,17, що відповідає 46 % Mg та 54 % NaNO3, відносним масовим вмістом органічної добавки = 0,05...0,20 та середнім розміром частинок порошків магнію d м = 74,5...305 мкм та нітрату натрію d N = 50...220 мкм. Швидкість горіння u (м/с) зразків суміші вимірювали за допомогою фотодіодів ФД-1, ФД- та ФД-3а [8, 9, 15], що дозволяють регіструвати початок та кінець горін ня зразка висотою h та знаходити середнє значення швидкості горіння ht по формулі u = ( – час згорання зразка). Для знаходження концент t раційних меж горіння (меж горіння по ): верхніх концентраційних меж горіння ВМГ (при ВМГ 1 швидкість процесу горіння су мішей різко збільшується аж до вибухонебезпечного протікання з пода льшим затуханням) та нижніх концентраційних меж горіння НМГ (при НМГ 1 швидкість процесу горіння сумішей різко зменшується аж до його затухання без вибухонебезпечного протікання). Використо вувалися перехідні суміші, що складаються з тих же компонентів, що й основні, але з меншим надлишком магнію (при знаходженні ВМГ ) або з його більшим вмістом (при знаходженні НМГ ).

При цьому для визначення ВМГ (аналогічно НМГ ) викорис товувалася наступна формула м1 + м ВМГ =, (1) де м1 – відносний масовий вміст магнію, при якому вже не горить ні один з взятих для дослідження зразків;

м 2 – відносний масовий вміст магнію, при якому ще згорають усі зразки;

ВМГ – відносний масовий вміст магнію в суміші, що відповідає ВМГ. Для проведення досліджень використовувались вказані вище установки: на 1-ій установці досліджу вався вплив підвищених зовнішніх тисків при нормальній температурі нагріву (Т0 = 293 К), а на 2-й установці досліджувався вже вплив підви щених зовнішніх тисків при температурі нагріву, що зростає (до 800 К), яка більш реально відповідає розвитку процесу горіння сумішей в за мкнутому об’ємі під металевими корпусами виробів при окислювачі, що О.В. Кириченко, В.А. Ващенко, В.В. Цибулін, В.М. Тупицький Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua інтенсивно розкладається, в умовах зовнішнього нагріву.

1. Установка, що моделює вплив підвищених зовнішніх тисків (до 107 Па) на швидкість та межі горіння ПНМС. Загальний вигляд і схема установки представлені на рис. 3, 4. Вона містить прилад пос тійного тиску з фільтром, збірку і два мультиплікатори.

а) б) Рис. 3. Зовнішній вигляд (а) і панель управління (б) установки 6 5 Рис. 4. Схема установки: 1 – кронштейн мультиплікатора;

2 – мульти плікатор;

3 – заглушка збірки;

4 – стіл;

5 – трубопровід від регулятора тиску до збірки;

6 – фільтр;

7 – регулятор тиску;

8 – камера згорання;

9 – трубопро від зливу;

10 – зливний вентиль;

11 – збірка Швидкість та межі горіння піротехнічних нітратно-магнієвих сумішей в умовах зовнішніх термодій Сборник научных трудов. Выпуск 34, Установка монтується на столі. Регулятор тиску сполучений із збіркою за допомогою трубопроводу. Фільтр – рідинний. Рівень води при заправці підтримується за допомогою зливного трубопроводу і вентиля. Регулятор тиску – пневматичний. Збірка призначена для збо ру продуктів згорання і є судиною високого тиску. Для зменшення пе репаду тиску на регуляторі збірка заздалегідь наддувається до тиску, дещо меншого робочого тиску при спалюванні зразка. Камера згоран ня (рис. 5) – зварна, виконана з неіржавіючої сталі. До корпусу прива рені: у верхній частині – штуцер для установки перехідника 4 із запо біжною мембраною 6, в нижній частині – патрубок-газохід з гайкою 13 для виходу продуктів згорання в рідинній фільтр, похило (див. пе ретин А – А) – два штуцери для підведення газу наддування і установ ки датчика тиску. Запобіжна мембрана захищена від перегріву пласт масовим вкладишем 5 і підібгана накидною гайкою 7. Перехідник (без зняття мембрани) може бути відгвинчений для очищення патруб ка-газоходу від конденсованих продуктів згорання. На задньому торці зразка ПНМС встановлюється кінцева петарда для фіксації моменту закінчення горіння. Зразок поміщається в камеру в металевому стакані 10, який нагвинчений на заглушку 11. Запалюється зразок за допомо гою електрозапальника з навішуванням зерненого спалахного складу, розміщеного напроти переднього торця зразка у форсажній втулці з соплом, що створює запальник пирогенного типу.

A 5 8 9 10 11 12 3 A-A A Рис. 5. Схема камери згорання установки: 1 – вузол електроконтактів;

2 – прокладка;

3 – форсажна втулка;

4 – перехідник;

5 – вкладиш;

6 – запобі жна мембрана;

7 – гайка;

8 – прокладка;

9 – корпус камери;

10 – стакан з зра зком ПНМС;

11 – заглушка;

12 – прокладка;

13 – гайка О.В. Кириченко, В.А. Ващенко, В.В. Цибулін, В.М. Тупицький Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua Мультиплікатор (рис. 6) призначений для підвищення тиску в установці до величин, більш високих, ніж тиск зовнішнього джерела (компресора, балонної батареї і т. д.). Він складається з двох сполуче них між собою циліндрів – великого 26 і малого 14. Великий циліндр має внутрішній діаметр 0,14 м, малий – 7,510-2 м. Таким чином, спів відношення площ мультиплікатора дорівнює 3,5. Вільний кінець ве ликого циліндра закривається заглушкою 3 і гайкою 1. З’єднання ве ликого циліндра з малим проводиться за допомогою перехідника 10, гайки 9, кільця 11 з привареним до нього кронштейном і гайки 25. На фланці 20 малого циліндра змонтований зворотний клапан з штуцером 19 і приварений штуцер для підведення газу. Усередині великого і ма лого циліндрів розташовано дві пари поршнів – у великому циліндрі поршні 4 і 7, в малому – 12 і 24. Поршні встановлені попарно для під вищення надійності рухомого ущільнення. Пробки служать для випу ску повітря з міжпоршневих порожнин при збірці. Поршні забезпечені стандартними безкаркасними гумовими манжетами 6, 23, закріплени ми на поршнях за допомогою підтискних кілець 5, 13, 22. Штовхач служить для передачі зусилля від великих поршнів до малих. Похибка вимірювання швидкості горіння складає 10...12 %.

78 9 10 11 15 16 3 5 6 12 13 1 2 24 23 22 21 26 Рис. 6. Мультиплікатор установки: 1, 9, 18, 25 – гайки;

2 – прокладка;

3 – заглушка;

4, 7, 12, 24 – поршні;

5, 13, 22 – кільця підтискні;

6, 23 – манже ти;

8 – штовхач;

10 – перехідник;

11 – кільце з кронштейном в зборі;

14 – ци ліндр малий;

15 – фланець з кронштейном в зборі;

16 – болт;

17 – шайба;

19 – штуцер;

20 – фланець;

21 – пробка;

26 – циліндр великий 2. Установка, що моделює сумісний вплив підвищених температу рах нагріву (до 800 К) і зовнішніх тисків (до 107 Па) на швидкість та ме жі горіння ПНМС. Установка (рис. 7) призначена для одночасно спалю вання трьох зразків. Точність підтримки робочого тиску в цій установці складає ± 5 %. Установка включає прилад постійного тиску і систему нагріву, терморегулювання і реєстрації температури. Прилад постійного тиску (рис. 8) містить три камери згорання, з’єднані в один блок. Блок камер згорання сполучений з корпусом рідинного фільтра, який перед випробуванням заповнюється водою. Термостатирування зразків прово диться безпосередньо в камерах згорання перед спалюванням.

Швидкість та межі горіння піротехнічних нітратно-магнієвих сумішей в умовах зовнішніх термодій Сборник научных трудов. Выпуск 34, б) а) Рис. 7. Зовнішній вигляд (а) і панель управління (б) установки При випробуванні прилад постійного тиску наддувається інерт ним газом. Всі три зразки запалюються одночасно. Продукти згоран ня, охолоджені і очищені від конденсованих частинок в рідинному фі льтрі, поступають до клапана постійного тиску, керованого стислим газом.

Камера згорання (рис. 9) складається з корпусу 1, сполученого патрубком з загальною кришкою блоку камер. На тій частині камери, де розташований зразок 5, встановлюється знімний електронагрівач 3.

4 Повітря 2 Рис. 8. Прилад постійного тиску установки: 1 – корпус фільтра;

2 – кришка клапана;

3 – мембрана;

4 – корпус клапана;

5 – блок камер згорання;

6 – зливний патрубок;

7 – механічний дисковий фільтр;

8 – вода;

9 – гайка;

10 – заглушка;

11 – кришка фільтра О.В. Кириченко, В.А. Ващенко, В.В. Цибулін, В.М. Тупицький Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua 6 Рис. 9. Камера згорання установки: 1 – корпус камери;

2 – термопара;

3 – нагрівач;

4 – фотодатчик;

5 – зразок суміші;

6 – вузол електроконтактів із запальником Електронагрівач складається з нихромової спіралі, укладеної в ізо ляційну кераміку. Корпус нагрівача – зварний, герметичний, виконаний з неіржавіючої сталі. Внутрішній простір між корпусом і спіраллю запо внений азбестовим набиванням. До нагрівального елемента підводиться змінна напруга 100...200 В. Задня кришка камери має різьблення, в яке укручується фотодатчик для реєстрації моменту закінчення горіння зра зка через отвір в донному бронюванні. Напроти зразка, на ділянці каме ри, що не піддається термостатируванню, є місце для установки пиро генного запальника, змонтованого на вузлі електроконтактів 6. Для кон тролю і регулювання температури термостатирування в корпусі камери закарбована ХА-термопара, сполучена з системою терморегулювання, змонтованою на основі електронного регулюючого потенціометра ЕПР – 09М3. Електронний регулюючий потенціометр є основним вуз лом системи і служить для послідовного запису температури в трьох ка мерах установки на діаграмній стрічці, а також для видачі електричних сигналів на включення і виключення нагрівальних камер при досягненні заданих температур. Точність підтримки температури термостатируван ня складає ± 2 %. Для створення попереднього наддування перед спа люванням зразка установка забезпечена відповідною пневмосистемою, що складається з пневмощитка, редукторів, балонної батареї і т. д. Од ночасне спалювання в однакових умовах трьох зразків дозволяє знизити похибку у визначенні швидкості горіння до 2...3 %.

3. Результати експериментальних досліджень та їх аналіз. В ре зультаті проведених досліджень (рис. 10 – 14) впливу основних пара метрів зовнішніх термодій (тиску навколишнього середовища Р = 105…107 Па та температури нагріву Т0 = 293…800 К) для розглядува них робочих діапазонів зміни технологічних параметрів (коефіцієнта надлишку окислювача 0,05 6,0;

серед нього розміру частинок Швидкість та межі горіння піротехнічних нітратно-магнієвих сумішей в умовах зовнішніх термодій Сборник научных трудов. Выпуск 34, металевого пального d м = 74,5…305 мкм та окислювача d N = 50…220 мкм;

відносного масового вмісту органічної добавки = 0,05…0,20) на швидкість та режими горіння розглядуваних сумішей вперше встановлено концентраційні межі горіння ВМГ = 0,1…0, та НМГ = 5,0…5,5, в межах яких процес горіння сумішей є стабіль ним та вибухонебезпечним. Збільшення Р від 105 Па до 107 Па приз водить до зростання швидкості горіння вже у 1,6...3,5 разу;

при цьому, із зростанням Р залежність u (Р ) посилюється. Збільшення коефіцієнта надлишку окислювача призводить до помітного зменшення швидкості горіння та послаблення залежності u (Р ) для усього досліджуваного діапазону зміни зовнішнього тиску: при збільшенні від 0,25 до 3, величина послаблюється у 2,3…2,6 разу.

- u, 10 м/с 0 0 20 40 60 80 100 Р, 10 Па а) - u, 10 м/с 0 0 20 40 60 80 100 Р, 10 Па б) Рис. 10. Вплив коефіцієнта надлишку окислювача (а) та дисперсності порошку металевого пального (б) на залежність швидкості горіння сумішей магній + нітрат натрію від зовнішньому тиску (Т0 = 293 К, dN = 106 мкм): а) – dм = 74,5 мкм, 1 – = 0,25, 2 – = 0,5, 3 – = 1,0, 4 – = 1,5, 5 – = 2,0, 6 – = 3,0;

б) – = 1,0, 7 – dм = 74,5 мкм, 8 – dм = 182 мкм, 9 – dм = 305 мкм,,,,,, – результати експериментальних досліджень О.В. Кириченко, В.А. Ващенко, В.В. Цибулін, В.М. Тупицький Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua - u, 10 м/с 30 0 0 20 40 60 80 100 Р, 10 Па а) - u, 10 м/с 20 0 0 20 40 60 80 100 Р, 10 Па б) Рис. 11. Вплив дисперсності порошку окислювача на залежність швид кості горіння сумішей магній + нітрат натрію від зовнішньому тиску для різ них значень коефіцієнта надлишку окилсювача (Т0 = 293 К, dм = 74,5 мкм): а) – = 0,25, б) – = 0,5…0,60, 1 – dN = 50 мкм, 2 – dN = 106 мкм, 3 – dN = 117, мкм, 4 – dN = 142,5 мкм, 5 – dN = 220 мкм;

,,,,, – результати експе риментальних досліджень Збільшення дисперсності порошку металевого пального також ве де до зменшення швидкості горіння та послаблення залежності u (Р ) :

збільшення значень d м від 74,5 мкм до 305 мкм призводить до змен шення швидкості горіння у 1,5…1,8 разу та послаблення залежності u (Р ) у 1,2…1,6 разу. Зміна дисперсності порошку окислювача суттєво впливає на швидкість горіння та характер залежності u (Р ) тільки для певних діапазонів зміни : зменшення величини d N від 220 мкм до мкм призводить до зростання швидкості горіння у 2,6…3,3 разу та під силення залежності u (Р ) у 1,8…2,0 разу тільки для значень = 0,25…0,55, а при 0,55…0,56 – величина швидкості горіння та харак тер залежності u (Р ) стають практично незалежними від величини d N.

Збільшення температури нагріву призводить до суттєвого зростання швидкості горіння та підсилення залежності u (Р ) для усіх досліджува Швидкість та межі горіння піротехнічних нітратно-магнієвих сумішей в умовах зовнішніх термодій Сборник научных трудов. Выпуск 34, них діапазонів зміни, d м та d N : зміна температури нагріву від 300 К до 800 К призводить до зростання швидкості горіння у 2,2…2,6 разу та підсилення залежності u (Р ) у 1,4…1,7 разу. Введення у суміш добавок парафіну, стеарину, нафталіну та антрацену призводить до значного зменшення швидкості горіння та деякого послаблення залежності u (Р ) :

зростання величини добавки до = 0,20 призводить до зменшення шви дкості горіння у 1,8…2,2 разу для добавки парафіну, у 2,6…3,7 разу – для добавки стеарину, у 1,3…1,5 разу – для добавки нафталіну та у 2,3…3,2 разу – для добавки антрацену, а також до послаблення залежно сті u (Р ) у 1,1…1,2 разу незалежно від природи добавки.

- u, 10 м/с 10 0 0 20 40 60 80 100 Р, 10 Па а) - u, 10 м/с 5 0 0 20 40 60 80 100 Р, 10 Па б) Рис. 12. Вплив добавок органічних речовин на залежність швидкості го ріння сумішей магній + нітрат натрію від зовнішнього тиску (dм = 74,5 мкм, dN = 106 мкм, Т0 = 293 К): 1 – суміш без добавки;

а) – = 0,5, добавки парафіну (2) та стеарину (3);

б) – = 1,5, добавки нафталіну (4) та антрацену (5);

––––– – = 0,05;

– – – = 0,2;

,,,,, – результати експериментальних досліджень Висновки. Для моделювання впливу параметрів зовнішніх термодій (підвищених зовнішніх тисків (до 107 Па) та температур нагріву (до К)) на швидкість та граничні вибухонебезпечні режими горіння ПНМС розроблено комплекс з 2-х випробувальних установок, що дозволяє окремо та у сукупності досліджувати вплив вказаних параметрів.

О.В. Кириченко, В.А. Ващенко, В.В. Цибулін, В.М. Тупицький Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua - u, 10 м/с 0 0 20 40 60 80 100 Р, 10 Па Рис. 13. Вплив температури нагріву на залежність швидкості горіння стехіометричних сумішей магній + нітрат натрію від зовнішнього тиску ( = 1,0, dм = 74,5 мкм, dN = 106 мкм): 1 – Т0 = 800 К, 2 – Т0 = 700 К, 3 – Т0 = 500 К, 4 – Т0 = 300 К;

,,, – результати експериментальних досліджень - u, 10 м/с 50 40 300 400 500 600 700 800 Т0, К Рис. 14. Вплив зовнішнього тиску на залежність швидкості горіння стехіометричних сумішей магній + нітрат натрію від температури нагріву ( = 1,0, dм = 74,5 мкм, dN = 106 мкм): 1 – Р = 107 Па, 2 – Р = 5·106 Па, 3 – Р = Па, 4 – Р = 105 Па;

,,, – результати експериментальних досліджень В результаті проведених досліджень вперше визначено діапазон зміни гранично допустимих значень співвідношення компонентів 0,1…0,15 5,0…5,5, за межами якого процес горіння суміші стає нестійким: вибухонебезпечним при 0,1…0,15 та затухаючим при 5,0…5,5.

Встановлено, що збільшення зовнішнього тиску при те мпературі нагріву, яка зростає, призводить до суттєвого зростання швидкості горіння сумішей та підсилення залежності u (Р ), тобто процес горіння сумішей різко прискорюється аж до вибухонебезпеч ного протікання. При збільшенні вмісту окислювача та органічної до бавки у суміші, середнього розміру частинок порошку металевого па льного швидкість горіння суміші та залежність u (Р ) послаблюються, що веде до стабілізації процесу горіння сумішей та запобігання їх по жежовибухонебезпечного спрацьовування. Тому шляхом цілеспрямо ваної зміни значень вказаних вище технологічних параметрів можна Швидкість та межі горіння піротехнічних нітратно-магнієвих сумішей в умовах зовнішніх термодій Сборник научных трудов. Выпуск 34, регулювати характер протікання процесу горіння розглядуваних ПНМС. При значному надлишку металевого пального в суміші ( = 0,25…0,55) до числа вказаних вище технологічних параметрів можна віднести й середній розмір частинок порошку окислювача.

ЛІТЕРАТУРА 1. Брауэр К. О. Пиротехнические устройства для космических аппаратов/ Брауэр К. О. // Вопросы ракетной техники, 1969. – вып.

10. – С. 47-61.

2. Шидловский А. А. Основы пиротехники / Шидловский А.

А. – М.: Машиностроение, 1973. – 320 с.

3. Шидловский А. А. Пиротехника в народном хозяйстве / Шид ловский А. А., Сидоров А. И., Силин Н. А. – М.: Машиностроение, 1978. – 231 с.

4. Силин Н. А. Металлические горючие гетерогенных конденси рованных систем / Силин Н. А., Ващенко В. А., Кашпоров Л. Я. – М.:

Машиностроение, 1976. – 320 с.

5. Силин Н. А. Окислители гетерогенных конденсированных си стем / Силин Н. А., Ващенко В. А., Зарипов Н. И. – М.: Машинострое ние, 1978. – 456 с.

6. Силин Н. А. Горение металлизированных гетерогенных кон денсированных систем / Силин Н. А., Ващенко В. А., Кашпоров Л.

Я. – М.: Машиностроение, 1982. – 232 с.

7. Ващенко В. А. Высокотемпературные технологические про цессы взаимодействия концентрированных источников энергии с ма теріалами / Ващенко В. А. [Монография]. – М.: Деп. в ВИНИТИ 07.08.96, № 62 – хп 96. – 408 с.

8. Похил П. Ф. Методы исследования процессов горения и детона ции / Похил П. Ф., Мальцев М. И., Зайцев В. М. – М.: Наука, 1969. – 303 с.

9. Ващенко В. А. Процессы горения металлизированных конден сированных систем / Ващенко В. А., Кириченко О. В., Лега Ю. Г., Заика П. И., Яценко И. В., Цыбулин В. В. – К.: Наукова думка, 2008. – 745 с.

10. Кириченко О. В. Определение участков на поверхности ме таллических корпусов пиротехнических изделий, подвергающихся ра зрушениям в условиях эксплуатации / Кириченко О. В. // Вісник ЧДТУ, 2008. – № 1. – С. 149 – 154.

11. Кириченко О. В. Повышение эффективности пиротехничес ких нитратосодержащих изделий в условиях их применения / Кириче нко О. В. // Вісник ЧДТУ, 2009. – № 2. – С. 89 – 94.

12. Кириченко О. В. Термодинамічні методи прогнозування по жежонебезпечних властивостей високометалізованих піротехнічних нітратно-металічних сумішей в умовах зовнішніх термовпливів / Ки риченко О. В., Акіньшин В. Д., Ващенко В. А., Цибулін В. В. // Про блемы пожарной безопасности. – Харьков: НГЗУ, 2011. – № 30. – С. 104 – 106.

О.В. Кириченко, В.А. Ващенко, В.В. Цибулін, В.М. Тупицький Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua 13. Кириченко О. В. Пожаровзрывоопасные термовоздействия на поверхность металлических корпусов пиротехнических изделий в условиях выстрела и полета / Кириченко О. В., Ващенко В. А., Цыбу лин В. В. // Проблемы пожарной безопасности. – Харьков: НУГЗУ, 2012. – № 3. – С. 98 – 112.

14. Кириченко О. В. Створення бази даних по швидкостям та вибухонебезпечним режимам горіння піротехнічних нітратно металевих сумішей / Кириченко О. В. // Вісник ЧДТУ, 2012. – № 3. – С. 88 – 90.

15. Ващенко В. А. Комплекс испытательных установок, модели рующих реальные условия применения пиротехнических нитратосо держащих изделий / Ващенко В. А., Кириченко О. В., Акиньшин В.

Д., Цыбулин В. В., Яценко И. В. // Науковий вісник УкрНДІПБ, 2009. – № 1(19). – С. 127 – 137.

Кириченко О.В., Ващенко В.А., Цыбулин В.В., Тупицкий В.М.

Скорость и пределы горения пиротехнических нитратно-магниевых смесей в условиях внешних термовоздействий Представлены результаты экспериментальных исследований влияния ос новных параметров внешних термовоздействий (повышенных внешних давлений 105 Па…107 Па и температур нагрева 293 К…800 К) на скорость и режимы горе ния уплотненных смесей из порошков магния, нитрата натрия и добавок парафи на, стеарина, нафталина и антрацена для широких диапазонов изменения их тех нологических параметров (коэффициента избытка окислителя 0,05…6,0;

среднего размера частиц порошков металла 74,5 мкм…305 мкм и окислителя 50 мкм… мкм, относительного массового содержания органической добавки 0,05…0,20).

Впервые установлены допустимые диапазоны изменения соотношения компонен тов в смеси, превышение которых приводит к взрывоопасному развитию процесса их горения. Показано, что увеличение внешнего давления и температуры нагрева приводит к резкому увеличению скорости горения смесей для исследованных диапазонов изменения их технологических параметров.

Ключевые слова: пиротехнические изделия, нитратно-металлические смеси, внешние термовоздействия.

O.V. Kirichenko, V.A. Vaschenko, V.V. Tsybulin, V.M. Tupitskii Speed and limits burning pyrotechnic nitrate-magnesium mixtures in terms of external thermo-influences The results of experimental research of influence of basic parameters of external thermo-influences (high external pressure 105 Pa...107 Pa and heating temperatures 293...800 K) for speed and combustion modes compacted mixtures of powdered magne sium, nitrate sodium and additives paraffin, stearin, naphthalene and anthracene for broad ranges of changes their technological parameters (coefficient of excess oxidizer 0,05...6,0;

the average particle size of powders of metal 74,5 mkm…305 mkm and oxidizer mkm...220 mkm, relative mass content of organic additives 0,05…0,20) presents. The valid ranges of changes in the ratio of components in a mixture, the excess of which leads to ex plosive development of combustion process first established. It is shown that the increase of external pressure and temperature of heating leads to a sharp increase in the speed of com bustion of mixtures for the investigated ranges change parameters.

Keywords: pyrotechnic wares, nitrate-metallic mixtures, external thermo influences.

Швидкість та межі горіння піротехнічних нітратно-магнієвих сумішей в умовах зовнішніх термодій Сборник научных трудов. Выпуск 34, УДК 614. Ю.П. Ключка, д.т.н., ст. научн. сотр., нач. НИЛ МЧС, НУГЗУ, А.И. Тарариев, адъюнкт НИЛ МЧС, НУГЗУ АНАЛИЗ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ СИСТЕМ ХРАНЕНИЯ ГАЗА «ПРОПАН-БУТАН»

Рассмотрены чрезвычайные ситуации, связанные с системами хра нения газа «пропан-бутан», проанализированы пожаровзрывоопас ные характеристики данных систем. Рассмотрены механические и термодинамические характеристики систем хранения, проведен анализ изученности вопроса ПВО данных систем.

Ключевые слова: «Пропан-бутан», баллон, пожаровзрывоопасные характеристики.

Постановка проблемы. В настоящее время сжиженные углево дородные газы (СУГ), в частности, пропан-бутановые системы широ ко используют, ввиду их значительного энергетического потенциала.

Несмотря на широкое использование СУГ и довольно глубокую про работку в вопросах их получения, использования и хранения [1, 2], открытыми остаются вопросы о пожаровзрывоопасности этих систем, в частности, во внештатных ситуациях и в условиях ЧС.

Анализ последних исследований и публикаций. СУГ – пред ставляют собой смесь химических соединений, состоящую в основ ном из водорода и углерода с различной структурой молекул. Основ ными компонентами СУГ являются пропан и бутан, в виде примесей в них содержатся более легкие углеводороды (метан и этан) и более тя желые (пентан) [1, 2]. Пропан-бутан не имеет запаха, поэтому в него, в целях безопасности населения, добавляют одоранты (например, этил меркоптал), содержащие пахучие вещества [1].

Анализ литературы показал, что в быту данные газы использу ются предпочтительно для систем отопления в жилых домах, что обу словливает повышенную опасность в связи с вытоком газа в замкну том пространстве с возможною детонациею, а также на автотранспор те в качестве топлива.

Хранение большой массы природного газа под давлением близ ким к атмосферному, выгодно отличается от способа хранения газов в резервуарах высокого давления при температуре окружающей среды, поскольку изотермическое хранилище СУГ, как и любой другой объ ект хранения и переработки горючего газа, является потенциально пожаровзрывоопасным объектом [3].

На данный момент системы хранение пропано-бутановых сме Ю.П. Ключка, А.И. Тарариев Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua сей существуют предпочтительно в:

- системах сжиженного продукта под давлением, близким к ат мосферному;

- системах хранения газов в резервуарах высокого давления при температуре окружающей среды.

Для бытовых систем используются баллоны (табл. 1), которые заполняются газом на 85% его объема [3-5].

Табл. 1. Масса газа в баллонах разной ёмкости Объем Расчетное значение Масса Масса пус Наименование баллона массы пропан- пропан- того бал баллона 85%, л бутан, кг бутана, кг лона, кг Баллон бытовой 5 л 4,25 2,3 2 Баллон бытовой 12 л 10,2 5,6 5 Баллон бытовой 27 л 22,95 12,62 11,4 14, Баллон бытовой 50 л 42,5 23,375 21,2 Анализ таблицы показывает, что значения массы газа, приводи мые заводом, ниже тех, которые мы можем получить расчетным пу тем, это обусловлено тем, что баллон рассчитан на давление 1,6 МПа, и закачивая в него большие объемы (массы) газа существует риск превышения данного значения, в силу физико-химических свойств пропан-бутановой смеси. В таблице 2 приведены параметры газовых смесей «пропан-бутан» в зависимости от времени года.

Табл. 2. Процентное соотношение газов «пропан-бутан» при их использование в различных климатических условиях [3-5] Соотношение пропана и Максимальное давление насыщенных Период бутана, % паров При температуре -20°С – Зима 60/ не менее 0,16 МПа При температуре +45°С – Лето 40/ не более 1,6 МПа Данные системы являются пожаровзрывоопасными по причине того, что при испарении 1л сжиженного газа образуется около 250 л газообразного [4]. Таким образом, даже незначительная утечка СУГ может быть опасной, так как объем газа при испарении увеличивается в 250 раз. Плотность газовой фазы в 1,5–2,0 раза больше плотности воздуха. Этим объясняется тот факт, что при утечках газ с трудом рас Анализ пожаровзрывоопасности систем хранения газа «пропан-бутан» Сборник научных трудов. Выпуск 34, сеивается в воздухе, особенно в закрытом помещении. Пары его могут накапливаться в естественных и искусственных углублениях, образуя взрывоопасную смесь.

При взрыве пропан-бутана (рис. 1) помимо основных факторов пожара (открытый огонь, повышенная температура окружающей сре ды, токсичные продукты горения и т. д.) проявляются вторичные фак торы: волна сжатия, образующаяся при взрыве баллона и влекущая за собой разрушение зданий или отдельных их частей, разрушение (или повреждение) наружного и внутреннего водопроводов, пожарной тех ники, стационарных средств тушения, технологического оборудова ния, возникновение новых очагов пожаров и взрывов [4]. Кроме того, при взрыве баллона пропан-бутана в очаге пожара возможно образо вание «огненного шара» диаметром 10 м [4].

Рис. 1. Последствия взрыва систем хранения газа пропан-бутан Аварийные ситуации, вызванные выбросом СУГ, имеют ряд ха рактерных особенностей, которые в значительной степени обусловле ны физико-химическими свойствами газа. При аварийных разливах и выбросах СПГ появляются дополнительные по сравнению с легковос пламеняющимися и горючими жидкостями опасные факторы: быст роразвивающиеся пожаровзрывоопасные облака, распространяющие ся на большие расстояния;

высокая среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени (для пожара пролива СПГ кВт/м2 [5]);

высокотемпературный горящий факел, возникающий при истечении паровой и (или) жидкостной фазы СПГ.

Ю.П. Ключка, А.И. Тарариев Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua Постановка задачи и ее решение. Целью данной работы являет ся провести анализ: характеристик газа «пропан-бутан» и системы в целом;

изученности вопроса пожаровзрывоопасности систем такого типа при воздействии внешних источников тепла.

Пожаровзрывоопасность систем хранения сжиженного газа оп ределяется следующими параметрами: вероятностью повреждения ре зервуара (баллона) и утечки продукта, ее количественными характе ристиками;

интенсивностью испарения сжиженного газа с поверхно сти;

скоростью смешения его паров с воздухом и образованием взры воопасной смеси в зависимости от метеорологических условий и рас стояния от места испарения;

характерными размерами технологиче ского оборудования;

вероятностью появления источника зажигания;

характеристиками пожара или взрыва.

Источники зажигания могут быть механическими (фрикционные искры), термические (нагретые поверхности), электрические (корот кое замыкание).

На рис. 2 приведены полученные зависимости теплоты сгорания газа «пропан-бутан» и массы газа в зависимости от объемного количе ства пропана.

m,кг  H, Дж/кг 4, 28  4, 4, 27,5  4, 27  4, 4, 26,5  80  20  30  40 50 60, % Рис. 2. Зависимости теплоты сгорания газа «пропан-бутан» и массы газа в зависимости от объемного количества пропана Анализ рисунка показывает, что увеличение доли пропана влечет за собой уменьшение общей массы газа и увеличению теплоты его сгорания.

Кроме того, при воздействии на баллон с газом источников тепла следует учитывать, что в баллоне может находиться разное количест во газа, и, соответственно, система имеет разную теплоёмкость Анализ пожаровзрывоопасности систем хранения газа «пропан-бутан» Сборник научных трудов. Выпуск 34, с = сsb msb + m pb (с p p + сb (1 p )), (1) где сsb – теплоёмкость стали баллона;

msb – масса баллона;

с p – тепло ёмкость газа пропан;

p – объемный процент содержания газа пропан в баллоне;

сb   – теплоёмкость газа бутан;

m p b   – масса газа «пропан бутан» в баллоне.

Так, на рис. 3 приведены полученные зависимости теплоемкости системы от степени ее заполнения.

  Q, КДж/К  5000  1  2  1000  3  500  4  100  50  10  5  0  20  40 60 80 100  µ, %  Рис. 3. Зависимость теплоемкости системы с газом «пропан-бутан» от степени ее заполнения: 1 – баллон объемом 50 л;

2 – баллон объемом 27 л;

3 – баллон объемом 12 л;

4 – баллон объемом 5 л Анализ рисунка показывает, что теплоемкость системы может увеличиваться более чем в 100 в зависимости от степени заполнения.

В соответствии с [6] расчёт избыточного давления взрыва (рис. 4) для систем такого типа производится в соответствии с выражением m H Т P о Z P = (2), V п C р Tо K н’ где m – масса ГГ;

Нт – теплота сгорания;

Ро – начальное давление;

Z – коэффициент участия ГГ во взрыве;

V – свободный объем поме щения;

п – плотность воздуха до взрыва при начальной температуре Tо;

Ср – теплоёмкость воздуха;

Tо – начальная температура.

Ю.П. Ключка, А.И. Тарариев Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua Анализ рисунка показывает, что избыточное давление взрыва может изменяться в диапазоне 5% в зависимости от состава смеси «пропан-бутан».

P, КПа V, м, % Рис. 4. Зависимость избыточного давления взрыва газа «пропан-бутан» в системах хранения от объемного содержания пропана () и свободного объема помещения(V) Исходя из анализа, ПВО систем хранения газа «пропан-бутан»

можно отобразить в следующем виде (рис. 5).

На сегодняшний день существует ряд работ посвященных хране нию газов, их получению, использованию, оценке последствий взры вов и т.д. Например, в работе [9] приводятся исследования, посвящен ные модернизации автомобильной криогенной цистерны для доставки природного газа потребителям в сжиженном виде. В автомобильной цистерне для транспортирования сжиженного природного газа, со держащей основную оболочку, установлена и закреплена дополни тельная оболочка, а пространство между основной и дополнительной оболочкой используют для перевозки жидкостей, имеющих темпера туру кипения выше температуры окружающего воздуха, и температу ру плавления, сопоставимую с температурой кипения перевозимого сжиженного природного газа, а пространство между дополнительной оболочкой и сосудом заполнено изолирующим материалом [9, 10].

Для расчета необходимого количества хладоносителя и определения теплоемкости хладоносителя в жидком состоянии использовалось уравнение Роулинсона-Бонди [9]. Однако в данной работе рассматри вается стационарный случай нагрева цистерны с учетом равномерно распределенной тепловой нагрузки.

Анализ пожаровзрывоопасности систем хранения газа «пропан-бутан» Сборник научных трудов. Выпуск 34, Пожаровзрывоопасность «пропан бутановых» систем хранения газа Медленное испарение газа из Нагрев баллона под воздейст баллона и формирование вием внешних тепловых пожаровзрывоопасной потоков, повышение давления, концентрации разгерметизация и истечение газа Детонационное Дефлограционное Формирование горение (взрыв) горение ПВО концентрации Рис. 5. ПВО систем хранения газа «пропан-бутан»

В работе [11] рассматриваются методологические основы при менения модели определения уровня допустимого риска эксплуатации бесшовных стальных баллонов, предназначенных для хранения и экс плуатации газов. Одной из опасных ситуаций, которая рассматривает ся, является воздействие пожара на баллон, в результате чего проис ходит повышение давления. Однако изложенный математический ап парат не позволяет учесть условий пожара, в полной мере механиче ских и геометрических характеристик баллона, и как следствие, не по зволяет определить изменение давления в условиях пожара и иные параметры.

В работе [12] приводятся математические модели по расчету систем хранения водорода в жидком виде с учетом наличия газооб разной и жидкой фазы.

В частности, для определения количества тепла необходимого для разрушения бака и создания ПВО концентрации использовалось следующее выражение ( ), H = Hpk HGG mGGH2 + HL mLH (3) где m GGH 2, m LH 2 – масса газообразной и жидкой фаз газа;

Hpk – эн тальпия газа после критической точки;

HL, HGG – энтальпия жидкой и газообразной фазы.

Ю.П. Ключка, А.И. Тарариев Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua Однако данные модели не позволяют определять характеристи ки для многокомпонентных фаз, в частности, для «пропан-бутана».

В [13] приведены подходы к решению задач прочности обечаек (баллонов) при повышенных температурах, однако данный ГОСТ не учитывает неравномерность нагрева конструкции, возникновения до полнительных напряжений и, как следствие, изменение времени до разрушения данных систем под воздействием внешних источников тепла.

Таким образом, анализ литературы показал, что на сегодняшний день отсутствуют математические модели, позволяющие в полной ме ре провести оценку ПВО характеристик систем хранения газа «про пан-бутан» в условиях воздействия внешних тепловых потоков.

Выводы: В результате проведенной работы:

- рассмотрены чрезвычайный ситуации связанные с системами «Пропан-бутан»;

- проанализированы пожаровзрывоопастные характеристики;

-рассмотрен механизм и термодинамические характеристики сис тем хранения;

-проведен анализ изученности вопроса ПВО данных систем.


ЛІТЕРАТУРА 1. Правила безопасности систем газоснабжения Украины, ДНАОП 0.00-1.20-98. – [Действующий от 1997-10-01]. – К.: Госнадзо рохрантруда Украины, 1997. – IV, 73 с.

2. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, ра ботающих под давлением, ДНАОП 0.00-1.07-94*.[Действующий от 1994-10-18]. – К. : Госнадзорохрантруда Украины, 1994. – IV, 137 с.

3. Михайлюк О.П. Теоретичні основи пожежної профілактики технологічних процесів та апаратів: Задачник/ О.П. Михайлюк, В.М. Сирих. – Харків: ХЛІВ, 1998. – 119 с.

4. Баратов А.Н. Справочник пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. Тома 1/ А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко, Г.Н. Кравчук, 1990. – 496 с.

5. Баратов А.Н. Справочник пожаро-взрывобезопасность ве ществ и материалов. Тома 1/ А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко, Г.Н.

Кравчук, 1990. – 384 с.

6. Норми визначення категорій приміщень, будинків та зовніш ніх установок за вибухопожежною та пожежною небезпекою. НАПВ Б.03.002-07. – [Действующий от 2007-12-03]. – Наказ МНС України № 833. – 40 с.

7. Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транс порта. Технические условия ГОСТ 27578-87. – [Действующий от Анализ пожаровзрывоопасности систем хранения газа «пропан-бутан» Сборник научных трудов. Выпуск 34, 2001-07-15]. – К.: Держспоживстандарт України, 2007. – IV, 18 с. – (Национальный стандарт Украины).

8. Вильяме А.Ф. Сжиженные нефтяные газы: / Ломм В.Л. – Пер.

с англ. –М.: Недра, 1985. –399 с.

9. Разработка конструкции автомобильной цистерны для доста вки сжиженного природного газа. /[Электронный ресурс]/ О.Н. Мед ведева, В.О. Фролов // Режим доступа: http://www.ogbus.ru/authors/ Medvedeva/Medvedeva_1.pdf.

10. Патент № 115309 РФ. Цистерна для транспортировки сжи женного природного газа / Медведева О.Н., Фролов В.О. Заявл.:

21.07.2011;

опубл.: 27.04.2012.

11. Модель для определения значимости риска эксплуатации бе сшовных баллонов. /[Электронный ресурс]/ В. В. Толмачев, И.Н. Федорова // Режим доступа: http://asms.ru/kompet/2012/nov dec/tolmachev42.pdf.

12. Ключка Ю.П. Определение параметров нагрева жидкого во дорода в баке автомобиля / Ю.П. Ключка // Науковий вісник будівни цтва: збірник наукових праць. – Харків: ХНУБА, 2012. – Вип. 68. – С.

348-352.

13. ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность – [Действующий от 1989-07-15]. – М. 1989. – IV, 18 с.

Yu.P. Kluchka, A.I. Tarariev Fire and explosion hazard analysis of gas storage "lpg" Considered an emergency situation related to the storage of gas, "propane butane", analyzes the characteristics of these systems, fire and explosion hazard. We consider the mechanical and thermodynamic characteristics of storage systems, the analysis of the Study of the Defense Information Systems.

Keywords: Propane and butane, fire and explosion hazard characteristics.

Ю.П. Ключка, А.І. Тарарієв Аналіз пожежевибухонебезпеки систем зберігання газу «пропан-бутан»

Розглянуто надзвичайні ситуації пов'язані з системами зберігання газу «пропан-бутан», проаналізовано пожежовибухонебезпечні характеристики даних систем. Розглянуто механічні та термодинамічні характеристики систем зберіган ня, проведено аналіз вивченості питання ПВН даних систем.

Ключові слова: «Пропан-бутан», балон, пожежовибухонебезпечні харак теристики.

Ю.П. Ключка, А.И. Тарариев Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua УДК 331. Н.І. Коровникова, к.х.н., доцент, НУЦЗУ, В.В. Олійник, к.т.н., нач. кафедри, НУЦЗУ, С.Ю. Гонар, студент, НУЦЗУ ВПЛИВ МОДИФІКАЦІЇ ВОЛОКНА НА ЙОГО ГОРЮЧІСТЬ (представлено д-ром хім. наук Калугіним В.Д.) Модифікацією антипіреном ВМКС комплекситу НАГ з іонами мі ді (ІІ) отримано новий матеріал із властивостями зниженої горючос ті. Зроблено припущення про залежність горючості волокна від стійкості ВМКС на його основі.

Ключові слова: нітрон, антипірен, комплексит НАГ, високомоле кулярні комплексні сполуки, горючість.

Постановка проблеми. Волокнисті матеріали легко спалаху ють, сприяють поширенню полум'я та при горінні виділяють велику кількість диму і газів [1, 2]. Тому вони у виробничих і житлових при міщеннях, можуть становити екологічну небезпеку. Щодня в нашій країні в середньому виникає 126 пожеж, у вогні гине 6 і отримують травми 4 людини, в результаті пожеж знищується 31 будівля, 4 оди ниці техніки та матеріальних цінностей на суму близько 65 тис. грн., щорічно в Європі від пожеж гине 5 тис. осіб, в Америці - 4 тис. осіб, а матеріальні втрати становлять близько 1% від ВВП [3]. У зв'язку з цим зниження горючості матеріалів, в тому числі текстильних, та отри мання волокнистих матеріалів із зниженою горючістю є актуальним.

Серйозне джерело небезпеки під час пожеж представляють волокнисті матеріали на основі нітрону [4]. Надання вогнезахисних властивостей таким об’єктам на основі нітрону в останні роки є значущим.

Для зниження горючості полімерних волокнистих матеріалів необхідні сповільнювачі горіння. В наш час існує досить велике коло таких сповільнювачів горіння, різних за складом, ефективністю вогне захисної дії. Наприклад, до них належать хлор-, бром-, азот-, фосфор вміщуючі та інші неорганічні сполуки [2, 5].

Дана робота присвячена пошуку методів модифікації матеріалів зниженої горючості та продовжує наші дослідження їхніх властивос тей на основі волокна нітрон.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. В літературі накопиче но багато експериментальних даних [4, 5] про властивості поліакрилоні трильних волокон, дані про методи зниження їхньої горючості дуже об межені. До того ж кількість ефективних сповільнювачів горіння для та ких матеріалів є недостатньою. Це пов’язано зі складністю процесів, що супроводжують термічне розкладання полімеру, токсичністю антипіре Вплив модифікації волокна на його горючість Сборник научных трудов. Выпуск 34, нів, їхньою високою вартістю, неможливістю промислового випуску внаслідок відсутності сировини та недостатністю експериментальних даних щодо хімічних процесів та механізму взаємодії антипіренів з во локном [1, 4, 5]. Тому пошук нових волокнистих матеріалів на основі ні трону із можливістю за рахунок їхньої модифікації зниження горючості та дослідження взаємодії волокон з антипіренами є актуальною.

Постановка завдання та його вирішення. В даній роботі з до сліджено вогнезахисні властивості таких волокнистих матеріалів: по ліакрильного волокна (нітрон), комплексоутворюючого волокна на його основі (НАГ), а також високомолекулярні комплексні сполуки (ВМКС) НАГ з іонами міді (ІІ).

ВМКС волокна НАГ було експериментально отримано в [6] через комплексоутворення волокна НАГ з іонами Сu2+ в інтервалі рН 2,0-6,2.

Одержані результати в поєднанні з аналогічними літературними дани ми про модельні низькомолекулярні сполуки дозволяють вважати, що комплексоутворення відбувається з гідроксамовими групами комплек ситу у водному розчині за умов рН 2,0-6,2 [6]. Константи комплексо утворення Вn рівноваг розраховували методом Б’єррума-Грегора 2+ 2-n +nH+.

n HL +M L n M (1) Попередньо за даними рН-метричного титрування та матеріальним балансом за іоном гідрогену визначено рівноважні концентрації груп [HL], що утворюють ВМКС волокна НАГ, і значення функції утво рення Бєррума n. Значення функції Бєррума ВМКС НАГ у воді сяга ють одиниці, тобто в полімері формуються середньостатистичні коорди наційні вузли M:L=1:1. За таких умов константи В1 для першого сту пеню комплексоутворення визначено при n=0,5, а значення Кст=В1/К (К0 – константа дисоціації гідроксамових груп у полімері) одержано для ВМКС волокна НАГ складу M:L=1:1 [6] (табл. 1).

Експеримент з отримання нового волокнистого матеріалу ВМКС волокна НАГ із властивостями зниженої горючості полягав у наступному. Наважку волокна ВМКС комплексита НАГ обробляли водним розчином 0,2 моль/л фосфорної кислоти та утримували при Т=20±1°С до встановлення рівноваги протягом 3 годин. Після цього наважку волокна відділяли від розчину. Останній досліджували на за гальний вміст фосфат іонів та іонів міді (ІІ), які визначали йодометри чним методом. Отже під час контакту ВМКС комплекситу НАГ з вод ним розчином фосфорної кислоти відбувалось комплексоутворення між іонами міді (ІІ) і фосфат групами.

До того ж, ступінь комплексотворення залежала від споріднено сті між ВМКС та фосфат іонами, а також від координаційного числа іонів міді, тобто від складу ВМКС [6]. За таких умов процес комплек соутворення слід розглядати як такий:

Н.І. Коровникова, В.В. Олійник, С.Ю. Гонар Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua ВМКС – Сu2+ + L ВМКС-Сu2+– L, (2) де L – аніони фосфорної кислоти.

Міцність утворених таким чином комплексів, як і в поперед ньому випадку [6], характеризується константою рКст або lg Кст [7].

Згідно [7] нами були розраховані величини Кст змішаного ком плексу ВМКС-Сu2+- L (табл.1). Отже, стійкість ВМКС-Сu2+- L вище за аналогічну константу lg Кст ВМКС-Сu2+.

Табл. 1. Значення констант стійкості зразків волокна від кисневого ін дексу № зраз- Волокнистий матеріал lgКст Кисневий індекс ка 19, 19, 1 Нітрон* 19, 19, 19, 2 НАГ* 19, 21, ВМКС-Сu2+ 21, 3 7,7 [6] 21, 24, ВМКС-Сu2+- L, 24, 4 8, оброблений антипіреном 24, *Примітка: Зразки волокон* (№ 1,2) без обробки антипіреном Значення кисневого індексу визначали згідно ГОСТ 12.1.044 89 [8]. Похибка визначення значень кисневого індексу для зразків во локон до і після обробки антипіреном знаходилася в межах значень ± (0,07-0,1) і в середньому становила ± 0,1. Горючість (за параметром кисневого індексу) досліджених волокон і комплексів значно підви щується при комплексоутворенні, особливо для зразків, оброблених антипіреном ВМКС-Сu2+- L (табл.1). Значення величин кисневого ін дексу досліджених об’єктів свідчать о зменшенні їхньої горючості при хімічній модифікації (нітрон НАГ), а також при утворенні зміша них лігандних комплексів ВМКС-Сu2+ ВМКС-Сu2+-L. До того ж співставлення значень кисневих індексів з величиною lgКст комплек сів дозволяє припустити залежність горючості від стійкості ВМКС.


Висновки. модифікацією антипіреном ВМКС комплекситу НАГ з іонами міді (ІІ) отримано новий матеріал із властивостями зниженої горючості. Зроблено припущення про залежність горючості волокна від стійкості ВМКС на його основі.

Вплив модифікації волокна на його горючість Сборник научных трудов. Выпуск 34, ЛІТЕРАТУРА 1. Коровникова Н.И. Cостав и токсичность продуктов горения химических волокон различной природы / Н.И. Коровникова, Н.В.

Компаниец // Проблемы пожарной безопасности. – Харьков: УГЗУ. 2006. - Вып. 21.- С. 109-112.

2. Берлин А.А. Горение полимеров и полимерные материалы пониженной горючести / А.А. Берлин // Соровский Образовательный журнал. - 1996. - №4. – С. 16–24.

3. Зубкова Н.С. Снижение горючести текстильных материалов – решение экологических и социально-экономических проблем / Н.С.

Зубкова, Ю.С. Антонов// Российский хим. Журнал. – Т. XLVI. – 2002. – №1. – С. 96-103.

4. Щербинина Н.А. Модификация полиакрилонитрильного во локна с целью снижения горения / Н.А. Щербинина, Е.В. Бычкова, Л.Г. Панова // Хим. волокна. – 2008. - № 6. – С. 17-19.

5. Перепелкин К.Е. Современные химические волокна и перспе ктивы их применения в текстильной промышленности / К.Е. Перепел кин // Химический журнал. - 2002. - №1. - С. 1–18.

6. Коровникова Н.И. Протолитические и комплексообразующие свойства волокнистых комплекситов в смесях вода-диоксан: Дис….

канд. хим. наук. Харьков: Харьк. нац. ун-т, 2002.

7. Скороход О.Р. Исследование устойчивости комплексов с про тивоионом в фазе сульфокатионита / О.Р. Скороход, А.А. Калинина // Журнал физической химии. – 1975. - № 2. – С. 317-320.

8. ГОСТ 12.1.044-89 Пожаровзрывоопасность веществ и матери алов.

Н.И. Коровникова, В.В. Олейник, С.Ю. Гонар Влияние модификации волокна на его горючесть.

Модификацией антипиреном ВМКС комплекситу НАГ с ионами меди (II) получен новый материал со свойствами пониженной горючести. Сделано предпо ложение о зависимости горючести волокна от устойчивости ВМКС на его основе.

Ключевые слова: нитрон, антипирен, комплексит НАГ, высокомолеку лярные комплексные соединения, горючесть.

N.I. Korovnikova, V.V. Oliynik, S.Y. Gonar Effect of fiber modification on its flammability.

Modification of the flame retardant HMCC NAG with copper ions (II) obtained new material with properties retardant. The assumption is made about the dependence of the stability of the fiber flammability НMСС based on it.

Keywords: nitron, a flame retardant, a complex of NAG, macromolecular com plexes, flammability.

Н.І. Коровникова, В.В. Олійник, С.Ю. Гонар Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua УДК 621. А.Н. Литвяк, к.т.н., доцент, НУГЗУ, В.А. Дуреев, к.т.н., доцент, НУГЗУ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ СПИНКЛЕРНИХ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ КЛАССА ОН (представлено д-ром техн. наук Абрамовым Ю.А.) Рассмотрены зависимости расхода от располагаемого напора распре делительных сетей водяных автоматических систем пожаротушения.

Ключевые слова: огнетушащее вещество, удельный расход, расп ределительная сеть, ороситель, потребное давление.

Постановка проблемы. В спринклерных автоматических сис темах водяного пожаротушения (АСПТ) с динамическими насосами расход воды зависит от количества и места сработавших спринклеров, т.е. от точки возникновения пожара. При проектировании водяных АСПТ согласно [1] необходимо рассматривать как точку с неблаго приятными условиями, так и точку с благоприятными условиями.

Первая точка соответствует максимальному потребному напору на сосной станции (НС) и ограничивается возможностями насоса, а вто рая точка соответствует максимальному потребному расходу НС и ог раничивается возможностями привода насоса. В [1] рекомендуется осуществлять выбор НС при проектировании водяных АСПТ по точ кам пересечения расходных характеристик НС и распределительной сети (РС), рассчитанных для неблагоприятной и благоприятной точек.

В тоже время, в [1] методика расчета расходных характеристик рас пределительной сети водяных АСПТ не приводится.

Таким образом, существует проблема определения расходных характеристик водяных АСПТ при их проектировании.

Анализ последних исследований и публикаций. Для расчета расходной характеристики РС необходимо располагать ее достовер ной математической моделью [2]. Такие модели чрезвычайно гро моздки и требуют от проектировщика специальных знаний. В [3] при водится простая методика расчета расходных характеристик участков распределительных сетей, однако нет соответствующих расчетных исследований, позволяющих судить о практическом применении та ких расчетов.

Постановка задачи и ее решение. Используя подход [3], вы полним параметрические исследования расходной характеристики Исследование расходных характеристик распределительных сетей спинклерних автоматиче- ских систем водяного пожаротушения помещений класса ОН Сборник научных трудов. Выпуск 34, спринклерной АСПТ для защиты помещений класса ОН1 [1]. Расчет ная схема сети показана на рис. 1.

Р Рi Р H Hi УУ H Н Рис. 1. Расчетная схема распределительной сети: НС – насосная стан ция;

УУ – узел управления;

Р1 – благоприятная расчетная точка;

Р2 – небла гоприятная расчетная точка, Рi – произвольная точка Обозначим: Li – приведенная длинна трубопровода от НС до расчетной точки Рi - точки (с учетом местных гидравлических сопро тивлений на участке);

Нi – высота расчетной точки Рi относительно оси насоса НС.

Зависимость давления на выходе НС от величины расхода имеет вид [3]:

n L 6,05 105 1, Q 2 + i =1 4i, PНС = gH CT + Q;

(1) C 1, kP Di где HСТ – высота расположения расчетной точки относительно НС, м;

kp – коэффициент расхода участка сети на расчетной площади, л·мин-1·бар-05;

Li – приведенная длина i-го участка трубопровода, м;

Di – диаметр трубопровода на i-том участке, мм;

n – количество уча стков трубопровода;

Q – расход воды, л·мин-1. C – константа, зависит от типа и состояния трубы (табл. 22 [1]).

Выполним исследования расходных характеристик распредели тельной сети спринклерной АСПТ для помещений класса ОН1 для предельных случаев (табл.1), когда расчетная точка Р1 расположена в А.Н. Литвяк, В.А. Дуреев Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua помещении насосной станции на минимальном расстоянии от стояка, а расчетная точка Р2 на предельной для такого случая высоте и рас стоянии. Тогда, все остальные расчетные кривые Рі будут укладывать ся между этими двумя рассматриваемыми случаями.

Табл. 1. Исходные данные для расчетов представлены в табл. 1.

Расчетный Н,м L, м D, м С участок 1 5,8 5,8 80 2 45 150 40 і 27 60 40 Результаты расчетов представлены на рис. 2.

Р, бар Р Рі Р Q, л·мин-1.

Рис. 2. График зависимости давления на выходе их насосной станции от расположения расчетного участка: Р1 – благоприятная точка;

Р2 – небла гоприятная точка;

Рі – промежуточная точка Выводы. Представленные результаты расчетных исследований показывают, что при одинаковом расходе разность потребного давле ния насосной станции в благоприятной и неблагоприятной точках ОН1 достигает 27 бар, что при неправильном выборе привода насоса может приводить к ограничению по мощности привода.

ЛИТЕРАТУРА 1. ДСТУ EN 12845:2011 Стаціонарні системи пожежогасіння.

Автоматичні спринклерні системи. Проектування, монтування та тех нічне обслуговування. ч.1,2. – К.: Мінрегіон України, 2012.

2. Удосконалення методик розрахунку автоматичних установок водяного пожежогасіння з гідравлічними мережами складної тополо Исследование расходных характеристик распределительных сетей спинклерних автоматиче- ских систем водяного пожаротушения помещений класса ОН Сборник научных трудов. Выпуск 34, гії. / О.А. Антошкін, С.М. Бондаренко, О.А. Дерев’янко, В.О. Дурєєв, М.М. Мурин, О.М. Литвяк / Звіт про НДР №. 0109U003066. – Х.:

НУЦЗУ, 2011– 109 с.

3. Литвяк А.Н. Расчет расходных характеристик распределите льных сетей водяных автоматических систем пожаротушения. // А.Н. Литвяк, В.А. Дуреев / Проблемы пожарной безопасности: Сб. на учн. тр. Вып. 33. – Х.: НУГЗУ, 2013 – С. 113-116.

О.М. Литвяк, В.О. Дурєєв Дослідження витратних характеристик розподільних мереж спинкле рних автоматичних систем водяного пожежогасіння приміщень класу ОН Розглянуто залежності витрат від наявного напору розподільних мереж во дяних автоматичних систем пожежогасіння.

Ключові слова: вогнегасна речовина, питома витрата, розподільна мере жа, зрошувач, потрібне тиск.

A.N. Litvjak, V.A. Dureev Research expenditure characteristics of the distribution networks спинклерних automatic systems of fire extinguishing facilities class ОН Considered depending on the consumption of disposable pressure water distribu tion networks of automatic fire fighting systems.

Keywords: the fire extinguishing agent, specific consumption, distribution net work, fill, required pressure.

А.Н. Литвяк, В.А. Дуреев Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua УДК 614. А.А. Лісняк, к.т.н., доцент, нач. кафедри, НУЦЗУ, П.Ю. Бородич, к.т.н., доцент кафедри, НУЦЗУ, М.В. Покідін, курсант, НУЦЗУ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ГАСІННЯ ПОЖЕЖ ТВЕРДИХ ГОРЮЧИХ МАТЕРІАЛІВ В БУДІВЛЯХ (представлено д-ром техн. наук Тарасенком О.А.) Досліджено процес виникнення, розвитку та гасіння пожеж ТГМ в будівлях. Розглянуті проблемні питання підвищення ефективності використання води в якості вогнегасної речовини.

Ключові слова: тверді горючі матеріали, вогнегасна речовина, тон ко розпилена вода, ефективність гасіння.

Постановка проблеми. Водою гасяться понад 90 % всіх пожеж.

Причиною тому є те, що вода, як вогнегасна речовина, має низку пе реваг порівняно з іншими вогнегасними речовинами, а саме: ефектив на, екологічно безпечна, загальнодоступна, дешева та ін.

Але, як показує практика гасіння пожеж твердих горючих мате ріалів (ТГМ) в будівлях значної площі, коефіцієнт корисної дії (ККД) води при подачі її традиційними пожежними стволами складає близь ко 2-3 %. Вся інша вода (97-98%) не потрапляє на поверхню що го рить, або стікає з неї, практично не залучаючись до механізму охоло дження поверхні що горить, а відповідно, і процесу гасіння пожежі.

Головна проблема такого низького ККД води при гасінні пожеж ТГМ в будівлях в тім, що зайво пролита вода наносить будівлі, обладнанню та матеріальним цінностям на нижче розташованим (під поверхом що горить) поверхах будівлі що не горять збитки, нерідко сумірні зі збит ками, завданими вогнем, а іноді навіть перевищують їх [4].

На гасіння пожежі витрачається в середньому 200 літрів води на 1 м, у той час як мінімально-необхідна кількість води для ліквідації полум'яного горіння становить всього 2-3 літрів, тобто на ліквідацію полум'яного горіння витрачається не більше 2 % всієї води. З ураху ванням витрат води на охолодження і ліквідацію тління відсоток ко рисного використання води зростає, але не більше ніж до 20%, інша вода просто проливається.

Аналіз останніх досягнень і публікацій. Підвищення ефектив ності використання води на пожежі і сьогодні є актуальним питанням для науковців та практиків пожежної справи всього світу. Одним з на прямків вирішення проблеми підвищення ефективності використання води на пожежі розглядають застосування тонкорозпиленої води [5-7], Підвищення ефективності гасіння пожеж твердих горючих матеріалів в будівлях Сборник научных трудов. Выпуск 34, «термоактивованої» (перегрітої) води [8, 9] або використання змачу вачів та загусників [10]. Але використання даних механізмів та спосо бів припинення горіння мало ефективно або матеріально не обґрунто вано [3]. Очевидним є те, що проблема підвищення ефективності га сіння пожеж ТГМ в будівлях залишається актуальною для пожежних фахівців всього світу.

Постановка задачі та її розв’язання. За статистикою, для гасіння внутрішніх пожеж в Україні, найчастіше використовують стволи «Б»

(СРК-50), а при гасінні розвинутих пожеж стволи «А» (РС-70) [1].

При подачі в осередок пожежі компактних струменів води, вони не завдадуть вагомого впливу на зону горіння, через високу швидкість руху та малу площу контакту, а потрапивши на поверхню ТГМ вони не досить ефективно будуть їх охолоджувати і тим самим мало сприя ти гасінню.

При подачі розпиленого струменю зі ствола СРК-50, через вели ку дисперсність крапель ( d к 5000 мкм), характеристики струменю не істотно відрізняються від характеристик компактного струменю, і також не забезпечують істотного підвищення вогнегасної ефективнос ті води.

Таким чином використання стволів СРК-50, а тим більше РС-70, при гасінні більшості внутрішніх пожеж не є доцільним через малу ефективність компактних, крупно-розпилених струменів води.

Відповідно постає завдання пошуку способів та засобів подачі води для гасіння пожежі, які забезпечать її оптимальне використання, а саме: високу вогнегасну ефективність та мінімальні побічні збитки від зайво пролитої води.

Хоча при гасінні пожеж водою, припинення горіння відбуваєть ся за рахунок дії трьох з чотирьох відомих механізмів: поглинання те пла (охолодження) зони горіння і поверхні горючої речовини, розбав лення зони горіння негорючими речовинами (парою) та ізоляції горю чої речовини від окислювача [1, 2], пріоритетним є механізм охоло дження, за яким вода і відноситься до вогнегасних речовин охоло джуючої дії. Відповідно найбільший ефект при подачі води в полум’я пожежі буде в тому випадку, коли її охолоджуючий ефект буде мак симальним.

Одним з напрямків вирішення проблеми підвищення ефектив ності використання води на пожежі, зменшення кількості пролитої во ди при гасінні внутрішніх пожеж та великих додаткових збитків, що наносяться пролитою водою в ході гасіння пожежі науковці розгля дають застосування для цілей пожежогасіння тонкорозпиленої во ди [5, 6]. Висока ефективність гасіння пожежі тонкорозпиленою во дою забезпечується зниженням температури в зоні горіння (в усьому факелі полум’я одночасно) до значень нижче температури потухання, А.А. Лісняк, П.Ю. Бородич, М.В. Покідін Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua за рахунок великої площі контакту з факелом полум’я та відносно ве ликим часом взаємодії з ним. За законами теплопередачі, кількість те пла, що віднімається тілом (водою) від газового середовища можна описати рівнянням виду [2]:

Q = S п. (Tг.с. Tп. ), (1) де S п – площа поверхні (взаємодії води з полум’ям), м2;

– час взає модії, с;

– емпіричний коефіцієнт тепловіддачі;

Tг.с. та Tп – темпе ратура горючого середовища (полум’я) та температура поверхні від повідно, С.

Але, ключовим аспектом є одночасне проникнення вогнегасної речовини в весь факел полум’я. Враховуючи незначний запас кінети чної енергії краплі, через дуже малу масу краплі мікронного діаметру, охоплення хмарою тонкорозпиленої води всього факелу полум’я мож ливо лише на початковій стадії розвитку пожежі ( S пож. = 2 3 м 2 ) через те, що енергія краплі втрачається через 2-3 метри після виходу зі ствола і краплі рухаються за законами гравітації та аеродинаміки ви східних потоків навколо зони горіння [3] Eкін. = mк vк / 2, (2) де mк, vк – маса та швидкість краплі відповідно.

Потім домінуючу роль в русі крапель води починає відігравати так звана швидкість вітання. Це швидкість, при якій крапля як би за висає в повітрі, і далі напрям її руху та траєкторія польоту визначаєть ся напрямком повітряних та газових потоків.

Приблизний розрахунок швидкості вітання можна провести за наступною формулою [3]:

Vвіт. 462 r к, (3) Результати розрахунку числового значення швидкості вітання водяної краплі в залежності від її розмірів наведені в таблиці.

rк, мкм Швидкість вітання Vвіт., м/с Радіус краплі 5000 17- 3000 13- 2000 10- 1000 7- 500 5- 300 4- 100 Підвищення ефективності гасіння пожеж твердих горючих матеріалів в будівлях Сборник научных трудов. Выпуск 34, Враховуючи швидкість висхідних потоків продуктів згоряння, що на внутрішніх пожежах з горючим завантаженням до 100 кг/м2 (бі льшість будівель) сягає 5-15 м/с, краплі тонкороспиленої води диспер сністю до 100 мкм, як вже було сказано раніше, або взагалі не досяга ють факелу полум’я, або випаровуються в його зовнішніх зонах, не досягаючи навіть зони горіння, не кажучи про поверхню горючого ма теріалу.

Таким чином оптимальний розмір крапель води для гасіння вну трішніх пожеж ТГМ коливається в межах 300-3000 мкм. Дані показ ники дисперсності забезпечують багатофункціональні та комбіновані стволи, які в пожежно-рятувальних підрозділах України найбільш поширено представлені фірмами Protek (Тайвань) та Akron (США).

Висновки. Враховуючи неефективність використання як тонко роспилених (з дисперсністю крапель менше 100 мкм) так і крупно розпилених та компактних струменів для гасіння більшості розвину тих внутрішніх пожеж, і в той же час визнаючи те, що найбільша ефе ктивність гасіння при подачі води буде в тому випадку, коли її охоло джуючий ефект буде максимальним, можна зробити висновок про до цільність використання, під час гасіння пожеж ТГМ, багатофункціо нальних пожежних стволів зі змінними показниками дисперсності.

Хоча данні заходи і не забезпечать повної ефективності викори стання води на пожежі, через велику кількість сторонніх факторів, що відбуваються в ході пожежі, але істотно підвищать ККД води при га сінні пожеж ТГМ в будівлях, як в напрямку підвищення вогнегасної здатності води, так і в напрямку зменшення побічних збитків від зайво пролитої води.

ЛІТЕРАТУРА 1. Статут дій у надзвичайних ситуаціях органів управління та підрозділів Оперативно-рятувальної служби цивільного захисту. На каз МНС України від 13.03.2012 р. № 575.

2. Абдурагимов И.М. Физико-химические основы развития и тушения пожаров / И.М. Абдурагимов, В.Ю. Говоров, В.Е. Макаров // М.: ВИПТШ МВД СССР, 1980. – 256 с.

3. Абдурагимов И.М. Несостоятельность идеи применения тон кораспылённой и «термоактивированной» (перегретой) воды для по жаротушения / И.М. Абдурагимов // Пожаровзрыобезопасность.

2011. – №6. – С. 54-58.

4. Абдурагимов И.М. Проблема тушения крупных лесных пожа ров и крупномасштабных пожаров твёрдых горючих материалов в зданиях / И.М. Абдурагимов // Пожаровзрыобезопасность. 2012. – Спецвыпуск – С. 86-91.

А.А. Лісняк, П.Ю. Бородич, М.В. Покідін Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua 5. Бабенко В.С. Дальнобойность гидроимпульсной струи / В.С.

Бабенко, А.П. Кремена // Проблемы пожарной безопасности. – Харь ков: НУГЗУ, 2012. – Вып. 32, С.13 – 19.

6. Карпенчук И.В. Методы расчёта кавитационных сопел для получения мелкораспылённой воды или водного огнетушашего раст вора / И.В. Карпенчук, С.Г. Петуховский // Науковий вісник УкрН ДІПБ. – 2007. – №2 (16). С. 162-169.

7. Душкин А.Л. Оптимизация параметров потоков тонкораспы лённых огнетушащих веществ / А.Л. Душкин, А.В. Карпышев, М.Д.

Сегаль // Пожаровзрывобезопасность. 2010. – №1. – С. 39 – 44.

8. Храмцов С.П. Вода для тушения пожаров / С.П. Храм цов // Пожаровзрывобезопасность. – 2007. – №4. — С. 72-75.

9. Роенко В.В. Уникальные свойства температурно активированной воды // ЖПД. – 2009. – №4. – С. 20.

10. Казаков М.В. Применение смачивателей для тушения пожа ров / М.В. Казаков, П.Г. Демидов // М.: 1964. – 58 с.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.