Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ технических средств и методов пожаротушения, обеспечивающих доставку огнетушащих веществ 16
1.1. Классификация технических средств доставки огнетушащих веществ по признакам исполнения 18
1.2. Методы доставки огнетушащих веществ 21
1.3. Дальность доставки огнетушащих веществ - основа обеспечения безопасности и эффективности тушения пожаров 23
1.4. Эффективность применения технических средств пожаротушения и методов доставки огнетушащих веществ 28
1.5. Обеспечение непрерывности подачи огнетушащих веществ средствами пожаротушения 30
1.6. Сохраняемость массы и потери объемов доставки огнетушащих веществ в очаг пожара 34
Выводы по 1 главе 41
Глава 2. Исследование механики полета контейнеров установки пожаротушения стволовой контейнерной доставки огнетушещих веществ (УПСКД). 42
2.1. Исследование факторов, обеспечивающих стабильность контейнера при метании 42
2.2. Разработка основных положений внешней баллистики метода метания огнетушащих веществ в контейнерах 49
2.3. Моделирование формы и оболочки контейнера 57
2.4. Разработка программы моделирования метода метания контейнеров посредством УПСКД 60
2.4.1. Разработка требований к прикладному пакету моделирования метода метания 60
2.4.2. Разработка алгоритма работы программы 61
2.4.3. Моделирование метода метания с использованием программного обеспечения Turbo-Pascal 63
2.4.4. Моделирование метода метания с использованием программного обеспечения Excel 64
2.4.5. Моделирование метода метания с использованием программного обеспечения MathCAD 65
Выводы по 2 главе 67
Глава 3. Исследования эффективности применения контейнеров УПСКД, начиненных перспективными огнетушащими составами 68
3.1. Классификация контейнеров 68
3.2. Механика действия порошковых огаетушащих составов (ПОС) в качестве наполнителей капсул контейнерной доставки 70
3.3. Использование взрывчатых веществ (ВВ) для выброса порошковых составов из капсул 77
3.4. Исследование галоидоуглеводородных составов (хладонов) 84
3.5. Исследования аэрозолеобразующих составов 92
3.6. Исследования высоко предохранительных (не вызывающих воспламенение горючего газа при взрыве) взрывчатых веществ для тушения пожаров газовых фонтанов 91
3.7. Перспективы исследования твердой двуокиси углерода в качестве наполнителя контейнеров для тушения пожаров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в резервуарах 100
3.8. Перспективы исследования эффективных жидкостных и твердых огаетушащих веществ в качестве наполнителя контейнеров для тушения пожаров 103
Выводы по 3 главе 104
Глава 4. Экспериментальные исследования эффективности применения порошковых составов в капсулах для использования в УПСКД 106
4.1. Обоснование задач экспериментальных исследований 106
4.2. Разработка методики проведения экспериментальных исследований и испытаний УПСКД 108
4.3. Результаты экспериментальных исследований 112
Выводы по 4 главе 117
Глава 5. Экспериментальные исследования метода метания огнетушащих веществ в контейнерах 118
5.1. Обоснование задач экспериментальных исследований 118
5.2. Разработка методики проведения экспериментальных исследований и испытаний УПСКД 119
5.3. Результаты экспериментальных исследований 127
Выводы по 5 главе 136
Выводы и заключение 137
Список использованных источников 140
Приложение 153
Приложение 1. Программа моделирования метода метания с использованием программного обеспечения Turbo-Pascal 155
Приложение 2. Программа моделирования метода метания с использованием программного обеспечения Excel 158
Приложение 3. Программа моделирования метода метания с использованием программного обеспечения MathCAD 161
Приложение 4. Исследования взрывной подачи порошковых огнетушащих составов в очаг пожара, выполненные различными авторами 164
Приложение 5. Результаты экспериментальных исследований огнетушащей эффективности контейнеров, начиненных порошковыми огнетушащими составами 165
Приложение 6. Результаты экспериментальных исследований огнетушащей эффективности контейнеров, начиненных порошковыми огнетушащими составами 173
Приложение 7. Характеристики модельных контейнеров 178
Приложение 8. Результаты стендовых испытаний УПСКД 179
Приложение 9. Акт испытаний опытно-экспериментального образца стволовой установки пожаротушения с контейнерной доставкой огнетушащих веществ 183
Приложение 10 Рекомендации по созданию и применению установки пожаротушения стволовой контейнерной доставки огнетушащих веществ 185
- Дальность доставки огнетушащих веществ - основа обеспечения безопасности и эффективности тушения пожаров
- Разработка основных положений внешней баллистики метода метания огнетушащих веществ в контейнерах
- Исследование галоидоуглеводородных составов (хладонов)
- Разработка методики проведения экспериментальных исследований и испытаний УПСКД
Введение к работе
Актуальность темы. На вооружении противопожарных подразделений России стоит техника, которая не достаточно эффективна при тушении сложных пожаров и не решает проблему доставки современных эффективных огнетушащих составов (аэрозолеобразующих составов (АОС), порошковых огнетушащих составов (ПОС), экологически чистых хладонов, твердой двуокиси углерода и металлоорганических соединений) на удаленное, более 100 м расстояние
Кроме того, обстановка с пожарами в Российской Федерации постоянно усложняется Несмотря на незначительное снижение количества пожаров (в среднем на 4,2 % в год), материальный ущерб от пожаров постоянно возрастает в течение пяти последних лет, каждый год в среднем на 23,6 % В результате пожаров ежегодно гибнет около 19000 человек гражданского персонала, среди них 24 работника противопожарных подразделений
Поэтому в настоящее время остро стоит проблема совершенствования существующего парка пожарной техники, создания технических средств пожаротушения новых поколений К числу перспективных технических средств пожаротушения относятся установки пожаротушения стволовые (УПС), такие как контейнерной доставки огнетушащих веществ (УПСКД) и телескопические (УПСТ).
УПСКД являются принципиально новыми техническими средствами пожаротушения, их исследование и разработка актуальна для развития современных методов пожаротушения
Использование УПСКД позволит эффективно решать задачи удаленной, более 100 м доставки различных огнетушащих веществ (ОТВ) и составов методом метания в контейнерах при тушении сложных пожаров на особо опасных объектах, обеспечивая при этом безопасность личного состава противопожарных подразделений
Цель работы — повышение эффективности тушения сложных пожаров на основе разработки метода пожаротушения с применением установки пожаротушения контейнерной доставки огнетушащих веществ на удаленное, ботее 100 метров, расстояние
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи диссертационного исследования
1 Разработать и обосновать принципиально новый метод пожаротушения, обеспечивающий метание и доставку огнетушащих веществ в контейнерах с применением УПСКД
2. Исследовать механику полета контейнеров для доставки огнетушащего вещества на удаленное расстояние. Разработать основные положения внешней баллистики метода метания ОТВ в контейнерах Разработать компьютерную программу моделирования метода метания
3 Исследовать основные процессы, возникающие при попадании контейнеров, начиненных перспективными огнетушащими веществами, в очаг пожара Разработать и предложить методику расчета необходимого количества контейнеров для эффективного применения УПСКД
4. Разработать типы и устройства контейнеров с применением различных огнетушащих веществ
Провести экспериментальные исследования, подтверждающие разработанные положения внешней баллистики движения контейнеров с обеспечением дальности полета более 100 м
Провести экспериментальные исследования, подтверждающие полученные аналитические зависимости огнетушащей эффективности контейнеров, начиненных порошковыми огнетушащими составами
Объект исследования - контейнеры с огнетушащими веществами, установки пожарогушения стволовые контейнерной доставки огнетушащих веществ
Предмет исследования - контейнерный метод пожаротушения, метод метания огнетушащих веществ в контейнерах и доставка контейнеров на удаленное расстояние с применением УПСКД
Методы исследований. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены с использованием методов анализа и синтеза технических систем, статистического моделирования, математического моделирования физических процессов с использованием пакетов MathCad, Excel, Turbo-Pascal, методов расчета полета тел, прекращения горения, методов физического, материального моделирования, экспериментальных модельных исследований механики полета контейнеров и их огнетушащей эффективности; фотографических методов исследования быстропротекающих процессов Работа включает в себя теоретические исследования на основе теорий внешней баллистики, движения частиц в газах, прекращения горения, планирования эксперимента.
Научная новизна работы.
Разработаны теоретические основы контейнерного метода пожаротушения с применением УПСКД на расстояние более 100 метров.
Разработаны основные положения внешней баллистики контейнеров доставки оінетушащею вещеегва на удаленное рассюяние Разработана компьютерная программа моделирования метода метания ОТВ в контейнерах
Разработаны принципы проектирования конструкций однокомпонентних и многокомпонентных контейнеров для доставки различных видов ОТВ повышенной эффективности и тушения пожаров классов А, В, С Изготовлен и испытан комплект экспериментальных контейнеров в виде капсул
В результате теоретических и экспериментальных исследований определена огнетушащая эффективность контейнеров, начиненных ПОС, с применением УПСКД при тушении пожаров классов А, В, С
Разработана методика проведения экспериментальных исследований и испытаний УПСКД Разработан и создан опытно-экспериментальный стенд и опытно-экспериментальная установка с условным диаметром ствола 30 мм Проведены экспериментальные исследования и натурные испытания установки УПСКД на полигоне, подтверждающие высокую эффективность доставки контейнеров
Разработана методика проведения экспериментальных исследований
контейнеров, начиненных ПОС Разработана опытно-экспериментальная камера проведения экспериментальных исследований и определения эффективности тушения контейнерами, начиненными ПОС.
Все результаты диссертационной работы были получены автором лично или при его участии
Достоверность результатов работы. Исследования полета контейнеров подтверждаются теоретическими и экспериментальными исследованиями внешней баллистики при метании контейнеров на удаленное расстояние Достоверность результатов исследований огнетушащей эффективности контейнеров подтверждается проведением экспериментальных исследований При сопоставлении аналитических расчетов и результатов эксперименгов погрешность расчетов составила 2 - 3%
Практическая ценность работы.
Разработаны основы контейнерного метода пожаротушения с использованием. УПСКД, обеспечивающего высокую эффективность тушения сложных пожаров на удаленном расстоянии
Разработанная математическая модель метания и внешней баллистики полета контейнера и компьютерная модель метода метания контейнеров с огне-тушащим веществом позволяют провести расчеты и применять их для практического определения траектории и дальности полета контейнеров
Разработанные математические модели позволяют рассчитать эффективность применения контейнеров, начиненных ПОС, АОС, хладонами
Методики проведения стендовых испытаний по исследованию метода метания ОТВ в контейнерах и экспериментальных исследований эффективности тушения порошковыми составами в капсулах УПСКД позволяют определить основные характеристики метода метания ОТВ в контейнерах
Результаты теоретических и экспериментальных исследований метода метания ОТВ в контейнерах позволяют осуществлять выбор их конструктивного исполнения
6 Разработаны конструкции однокомпонентных и многокомпонентных
контейнеров для тушения пожаров классов А, В, С
7. Положения метода пожаротушения могут быть применены для тушения пожаров на таких видах объектов как объекты нефте - газового комплекса; леса, склады и храпи таща заводов и предприятий с горючими, отравляющими, химически опасными и взрывоопасными веществами и другие
Реализация результатов работы. Настоящая работа выполнена в соответствии с проводимой НИР при содействии РФФИ «Исследования воздушно-вихревого и жидкосшо-вихревого эффекта в автоматических установках пожаротушения стволового типа контейнерной (беспатронной) доставки огнетуша-щих веществ, исследования динамики движения в стволе и полета контейнеров в виде капсул на удаленном расстоянии до очага пожара для локализации и ликвидации сложных и особо сложных пожаров» (тема 05-01-96504), и НИР «Исследование высокоэффективных установок пожаротушения стволового типа с контейнерной доставкой ОТВ на объектах МО РФ (ГРАУ)» (шифр «Ствол»), выполняемой при содействии Минобороны РФ
Разработаны и предложены рекомендации по применению УПСКД на объектах промышленного, гражданского и военного назначения
Материалы диссертации использованы так же в учебном процессе в Толь-яттинском военном техническом институте на кафедре «Пожарно-профилактических дисциплин», в дипломном проектировании и в лекционном курсе по дисциплине «Производственная и пожарная автоматика»
Апробация работы Основные положения диссертационного исследования обсуждались на международных и всероссийских научно-практических конференциях 2-й Научно-практической конференции «Развитие вуза через развшие науки», ТфВИТУ в 2004 г, 1-й Международной конференции «Безопасность Технологии Управление», ТГУ в 2005 г , 3-й и 4-й Межвузовской научно-практической конференции «Развитие вуза через развитие науки», ТВТИ в 2005 и 2006 гт , 2-й Международной научно-технической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов ELPIT», ТГУ в 2005 и 2007 гг, 2-й Международной научно-технической конференции «Образование и наука без границ-2005», в 2005 г, заседании руководящего состава в/ч 42685 в 2006 г
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано печатных статей 14, в том числе 2 в журналах, рекомендуемых ВАК, получено положительное решение на выдачу патента согласно поданной заявки, подготовлены 2 отчета по НИР
На защиту выносятся:
контейнерный метод пожаротушения с применением УПСКД,
математическая модель метания и внешней баллистики полета контейнера, прикладная программа моделирования метода метания контейнеров с огне-тушащим веществом для использования на ЭВМ,
математические модели расчета огнетушащей эффективности контейнеров, начиненных порошковыми, аэрозолеобразующими составами, хладонами,
меюдика проведения стендовых испытаний но исследованию процесса метания ОТВ в контейнерах;
методика проведения экспериментальных исследований эффективности тушения порошковыми составами в капсулах,
результаты экспериментальных исследований дальности и траектории полета контейнеров при метании с помощью опытпо-эксперимептального стенда УПСКД,
результаты экспериментальных исследований эффективности тушения контейнеров УПСКД, начиненных порошковыми огнетушащими составами
Объем и структура диссертации. Материал диссертации изложен на 187 страницах машинописного текста, в том числе 15 таблиц, 51 рисунок, список литературы из 140 наименований Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, заключения, 10-ти приложений
Дальность доставки огнетушащих веществ - основа обеспечения безопасности и эффективности тушения пожаров
Большую роль в успешной ликвидации пожара играет безопасность личного состава противопожарных подразделений при организации боевых действий по тушению очага возгорания [25]. Данный фактор обеспечивается показателями дальности доставки огнетушащего вещества. Понятие удаленное расстояние доставки определяется как расстояние, на котором необходимо тушить сложные и особо сложные пожары с помощью наземно расположенных технических средств доставки. Это расстояния более 100 метров, с рабочим диапазоном доставки огнетушащих веществ 100 - 250 метров. Диапазон 250 метров и более для средств пожаротушения наземного расположения можно рассматривать как диапазон доставки на дальние расстояния огнетушащих веществ. Расстояние доставки до 100 метров рассматривается как ближнее. Подача огнетушащих веществ с удаленного расстояния и на дальних расстояниях позволяет предотвратить поражающее воздействие опасных факторов пожара [37] и их вторичных проявлений на личный состав. Особенно это важно при тушении пожаров на крупных объектах повышенной взрыво и пожароопасности: емкости, резервуары с нефтепродуктами и горючесмазочными материалами; объекты нефте - газодобычи; тушение пожаров на скважинах нефтяных и газовых месторождений; объекты нефтехимии и объекты химических производств; склады и хранилища; леса, лесные насаждения, природоохранные объекты; взрыво - пожароопасные объекты открытого и закрытого типа; радарные и астрофизические объекты, высотные объекты ПВО; наземные, подземные и шахтного типа сооружения, пусковые установки и стартовые системы вывода в космос летательных аппаратов; склады и хранилища заводов и предприятий с горючими, отравляющими, химически опасными и взрывоопасными веществами установки; оборудование атомных электростанций; объекты аэродромов; тушение пожаров аэродромов, ангаров, при авиационных катастрофах; энергетические установки; плавучие базы, военные корабли, нефтеналивные суда и нефтедобывающие платформы и т.д.
Максимальную дальность доставки огнетушащих веществ в настоящее время способны обеспечить технические средства наземного расположения, использующие реактивный снарядный метод с использованием твердых и жидких топлив. Так, например, во Франции используется самоходная противопожарная батарея реактивных снарядов при тушении лесов, кустарника и зерновых культур, в местах, где необходимо быстро ограничить распространение пожара [28]. Реактивные снаряды работают на твердом топливе и имеют дальность полета 200-1500 м. При ударе снаряда о землю огнетушащий состав, содержащийся в головной части снаряда, покрывает площадь тушения. Российскими учеными прорабатывался способ выстреливания гранат с порошковыми или аэрозолеобразующими составами при помощи ручных и переносных гранатометов, способных доставлять огнетушащие вещества на расстояние до 300 м. Существенным недостатком данного метода является повышенная опасность при использовании снарядов с пороховыми зарядами, поэтому в настоящее время, данное направление развития пожарной техники, осуществляющей доставку огнетушащих веществ на удаленные и дальние расстояния, несет угрозу поражающих факторов при разрыве или разрушении снаряда.
Рассмотрим дальность доставки огнетушащих веществ техническими средствами, обеспечивающими более высокую безопасность при ее использовании, чем снарядный метод. В таблице 1 представлены запатентованные, разрабатываемые и имеющиеся в настоящее время на рынке противопожарного оборудования устройства для тушения пожаров наземного расположения. Проведем сравнение по параметру максимальная дальность доставки для различных огнетушащих составов.
Как показывают сравнительные данные, из таблицы 1 видно, что максимальной дальностью доставки огнетушащих веществ от 50 до 250 м могут обладать технические средства контейнерного метода доставки из числа технических средств наземного расположения и не использующие пороховые заряды.
Огнетушащее вещество помещается в контейнер в виде капсулы, имеющей обтекаемую форму, что позволяет достичь максимальной дальности метания контейнера.
За контейнерным методом по дальности доставки с ограниченным набором огнетушащих веществ (воды, пены) следуют поточные методы.
С их использованием возможно достичь дальности доставки воды и пены, как правило, в пределах до 100 м, порошковых огнетушащих составов - до 70 м. Наименьшую дальность доставки огнетушащих веществ способен обеспечить импульсный метод - до 30 м. Сравнительно небольшая дальность полета огнетушащего вещества объясняется резким распылением его после вылета из установки. Однако сильное распыление огнетушащего заряда в зоне горения играет положительную роль в успешном подавлении процесса горения с применением импульсного метода при тушении пожаров на небольших, до 30 метров расстояниях. К тому же установки, использующие импульсный метод доставки огнетушащих веществ, способны выбрасывать большое количество огнетушащего вещества в единицу времени. Большое количество огнетушащего вещества, подаваемого в единицу времени на единицу площади, является основополагающим фактором для быстрой локализации и успешного тушения пожара.
На рисунке 8 представлена диаграмма, отображающая дальность и высоту доставки ручных забрасываемых огнетушителей с порошковым или аэрозолеобразующим составом, которую можно достичь усилием человека.
Как видно из диаграммы (рис. 1.8), наибольшей дальности и высоты (20 и 10 метров соответственно) возможно достичь используя ручное импульсное средство пожаротушения РИСП ЛОТОС Д-2. Это объясняется формой устройства доставки в виде гранаты и, вследствие чего, обеспечивается удобство метания. Однако забрасываемые вручную огнетушители из-за близкой дальности бросания не обеспечивают тушения пожаров на удаленном расстоянии.
Разработка основных положений внешней баллистики метода метания огнетушащих веществ в контейнерах
Первоначально расчет траектории полета контейнера выполним без учета сопротивления воздуха. При расчете принимаются следующие допущения:
1) контейнеры, используемые для проведения испытаний, имеют форму обтекаемой конструкции в виде снаряда (рис. 5.5);
2) окончательная скорость контейнера равна его начальной скорости;
3) угол падения равен углу бросания;
4) не учитывается шарообразность Земли и ее вращение.
При заданных допущениях на контейнер с огнетушащим веществом после вылета из канала ствола установки действует сила тяжести, ускорение свободного падения g =9,81 м-с". Контейнер описывает кривую в виде параболы (рис. 2.4).
Параметру дальности полета х, соответствует угол бросания, называемый углом максимальной дальности. Для случая полета без учета сопротивления воздуха 0О = 45 [67].
Однако параболическую теорию движения контейнера без учета сопротивления воздуха на практике можно приближенно принять при расчете полета на небольшие расстояния (40 - 50 м) при условии небольшой начальной скорости полета контейнера. Учитывая сопротивление воздуха при движении контейнера, возникают силы давления Р и трения //, противодействующие её движению, рис. 2.5.
За контейнером образуется область завихрений воздуха, в которой давление понижено, что приводит к дополнительному торможению полета. Суммируя действующие силы, образуется результирующая аэродинамическая сила сопротивления воздуха R.
В процессе полета положение продольной оси Ок - Ок контейнера (рис. 2.6) меняется и не имеет постоянного совпадения с направлением вектора скорости V полета контейнера, периодически отклоняясь от направления V. Вследствие чего результирующая сила R в общем случае не совпадает ни с осью контейнера, ни с направлением скорости его полета. Поэтому силу R принимаем как сумму трех составляющих сил: силы лобового сопротивления Rx, подъемной силы Ry, перпендикулярной Rx и лежащей в вертикальной плоскости; боковой силы Rz, перпендикулярной первым двум (рис. 2.6).
При устойчивом движении контейнера в процессе полета подъемная Ry и боковая Rz силы имеют меньшее значение по отношению к Rx. Опрокидывающий момент, создаваемый R, компенсируется гироскопическим моментом М , равным опрокидывающему моменту М, но направленный в противоположную сторону (раздел 2.1).
Подавляющее влияние на движение контейнера и на траекторию полета оказывает сила лобового сопротивления Rx. Произведем расчет движения контейнера УПСКД в однородном поле тяжести при наличии силы сопротивления воздуха [46].
Задача заключается в нахождении положения центра масс контейнера как функцию времени.
Аналитические зависимости (2.30) и (2.31) позволяют примерно рассчитать время полета контейнеров УПСКД
В результате аналитических исследований разработана математическая модель (2.27) метания контейнеров с использованием стволовой установки пожаротушения контейнерной доставки огнетушащих веществ.
Исследование галоидоуглеводородных составов (хладонов)
Наиболее распространенные в настоящее время такие газовые огнетушащие составы, как двуокись углерода, азот, оказывают сравнительно пассивное действие на пламя (охлаждение и разбавление зоны горения) и не влияют на синетику и химизм реакций, происходящих в нем. По сравнению с ними более перспективными представляются огнетушащие вещества, которые, эффективно тормозят химические реакции в пламени, т. е. оказывают на него ингибирующее воздействие [23]. К таким огнетушащим веществам относятся составы на основе галоидопроизводных предельных углеводородов, в которых атомы водорода замещены полностью или частично атомами галоидов.
Хладоны подразделяются на фторсодержащие и йодсодержащие вещества. Составы на основе галоидоуглеводородов эффективно подавляют горение различных газообразных, жидких и твердых горючих веществ и материалов. Эти составы характеризуются небольшим поверхностным натяжением и обладают лучшей смачивающей способностью, чем вода и диоксид углерода, потому их можно особенно успешно применять для тушения поверхностных покаров.
Огнетушащие составы на основе хладонов могут, например, использоваться для тушения пожаров вычислительных центров, особо опасных цехов химических предприятий, окрасочных камер, сушилок, складов с горючими жидкостями, архивов, музейных залов и других ценных объектов или объектов повышенной пожаро- и взрывоопасное. К достоинствам этих составов относится также возможность не только быстро тушить пожар, но и эффективно предупреждать возможность взрыва и даже подавлять возникший взрыв газо- и паровоздушной смеси.
Безопасные хладоны при нормальных условиях - газы, легко сжижающиеся под небольшим давлением, что позволяет заполнять ими контейнеры.
Низкие температуры замерзания позволяют применять их при минусовых температурах. Хладоны обладают также хорошими диэлектрическими свойствами, поэтому их можно использовать для тушения пожаров электрооборудования, находящегося под напряжением.
Наряду с положительными качествами составы на основе хладонов имеют и недостатки. Эти вещества могут оказывать токсическое воздействие на человека. Причем если сами хладоны действуют на организм человека как слабые наркотические вещества, то продукты их термического разложения характеризуются относительно высокой токсичностью. Поэтому рекомендуется применять контейнеры, начиненные хладонами, на объектах, на которых люди присутствуют непостоянно. С другой стороны перечень этих объектов довольно широк, в основном это складские здания и помещения, открытые площадки хранения боеприпасов. Склады хранения вещевого имущества и т.д.
В то же время токсичность среды, образующейся при тушении пожара указанными хладонами, оказывается меньше, чем при применении двуокиси углерода, бромистого этила и хлорбромметана. С применением последних при реальных пожарах возможно образование значительного количества двуокиси и окиси углерода, а также токсичных продуктов разложения горючих веществ, представляющих большую опасность для человека, чем хладоны.
Сравнение данных о существующих хладонах [23,26,140] показывает, что фторсодержащие углеводороды значительно уступают йодсодержащим веществам по огнетушащей способности, но являются менее токсичными. Продукты термического распада для обоих классов обладают примерно одинаковой и весьма значительной токсичностью.
Механизм огнетушащего действия хладонов. Основной теорией ингибирования горения хладонами является радикальная теория. Она основана на изъятии из зоны реакции активных центров (атомов и радикалов), ответственных за развитие процесса горения, связывании их с молекулами галоидоуглеводородов (или с образованными из них радикалами).
Проведение исследования хладонов в качестве наполнителей контейнеров требует решения следующих задач:
- выявление экологически безопасных хладонов;
- определение массы хладонов достаточной для прекращения горения;
- определение расчетной массы хладонов, содержащихся в контейнерах, применяемых для тушения пожаров с доставкой в очаг пожара с помощью установок пожаротушения стволового типа;
- определение допустимых параметров помещения для применения контейнеров, начиненных хладонами;
- определение количества контейнеров, необходимых для прекращения горения в помещении.
Расход хладонов при объемном тушении зависит не только от их огнетушащеи эффективности, но и от условий создания огнетушащеи среды. Условия достижения огнетушащеи концентрации зависят также от скорости испарения хладонов, возможности расслоения смесей хладонов с воздухом, размеров помещения, охваченного пожаром и т. д.
Расходных нормативов для поверхностного тушения не установлено [15,23,26,140].
Применяя методику, изложенную в [131], можно рассчитать необходимое количество контейнеров, начиненных хладонами для тушения пожаров объемным способом. Таким образом, результаты аналитических исследований позволяют утверждать о возможности эффективного применения контейнеров, начиненных хладонами для тушения особо важных и особо сложных объектов. Кроме того, аналитически выведенная зависимость (3.30) дает возможность рассчитать необходимое количество контейнеров для тушения пожара в помещении.
Несмотря на то, что рассмотренные фтор и йодсодержащие хладоны не обладают озоноразрушающим эффектом они весьма дефицитные и дорогостоящие средства пожаротушения. В связи с этим во всем мире ведутся поиски огнетушащих веществ, альтернативных бром- и хлорсодержащим хладонам. К числу альтернатив применению таких хладонов относится аэрозольное пожаротушение, основанное на сжигании пропеллента.
Разработка методики проведения экспериментальных исследований и испытаний УПСКД
Основой для разработки методики экспериментальных исследований являлись положения расчета траектории и дальности полета снарядов [46].
Сущность метода определения дальности и траектории метания контейнеров заключается в определении зависимости дальности и динамической стабильности контейнера от давления воздуха, подаваемого в турбину установки, и диаметра контейнера.
Экспериментальные исследования состоят из двух частей. Первая часть исследований посвящена определению дальности и траектории метания контейнеров в закрытом помещении при подаче воздуха в турбину установки под давлением от 3 до 7 МПа, угле подъема ствола 7 (рис. 5.1).
Вторая серия экспериментов осуществлялась с установкой стенда на испытательной полосе, застеленной упругим резиновым покрытием - рездором. Исследовалась дальность и траектория метания контейнеров при угле подъема ствола от 7 до 45, давлении подаваемого воздуха - от 3 до 10 МПа (рис. 5.2).
С целью реализации вышеизложенных задач исследования разработан экспериментальный стенд УПСКД (рис. 5.3), выполненный из металла с внутренним диаметром ствола 4-30 мм. Для выбрасывания контейнера установки из турбины 3 используется сжатый воздух, вырабатываемый компрессором 2 и подаваемый по шлангам в распределительное устройство 1, а затем в турбину 4. Давление в баллоне регистрируется манометром.
Для придания статичности при метании контейнеров стволовая часть экспериментального стенда жестко закрепляется на стенде 6 тисками 5.
Стенд 6 обеспечивает регулировку и установку угла наклона оси ствола. Угол наклона ствола задает угол бросания контейнера.
Справа стенд оборудуется выносной металлической рейкой 7, предназначенной для крепления распределительного устройства 1. Распределительное устройство сконструировано таким образом, что обеспечивает разделение потока воздуха на четыре направления. Каждое из направлений подает воздух в одну из четырех камер турбины 3, что обеспечивает поступательное и вращательное движение контейнера при подаче воздуха.
Так же к стенду параллельно ствола установки присоединена (рис. 5.4) деревянная градуированная рейка, предназначенная для замера начальной скорости метания контейнера. Требуемая степень герметичности (не менее 0,001%) достигается заделыванием щелей и отверстий с помощью прокладок, а также подгонкой и уплотнением соединений шлангов.
Применяемые в экспериментальной работе имитаторы контейнеров выполнены из пластичного материала (рис. 5.5).
Характеристики контейнеров, применяемых для проведения испытаний, представлены в приложении 7.
Испытания на установке проводятся следующим образом.
Выставляется необходимый угол наклона ствола установки. Имитатор контейнера укладывается в подающее устройство 8. Включается компрессор 2. Давление в баллоне компрессора контролируется визуально при помощи манометра. После достижения необходимого давления в баллоне компрессора он отключается. Одновременно с отключением компрессора открывается кран распределительного устройства и досылается контейнер в турбину установки.
Время полета контролируется и фиксируется электронным секундомером и по результатам просмотра видеозаписи.
Определяется дальность метания в точке падения контейнера в конце траектории полета контейнера (определяются визуально).
Определяется деривация контейнера в точке падения (отклонение от оси ствола при полете).
Одной видеокамерой производится цифровая видеосъемка от момента начала полета контейнера до момента падения контейнера, второй - процесса вылета контейнера.
На основе просмотра видеозаписи процесса метания контейнера определяется вращение контейнера относительно оси или центра тяжести в горизонтальной и вертикальной плоскости.
Таким образом, проводится серия экспериментов с контейнерами 1.1 -1.4, 2.1 - 2.4, 3.1 - 3.4, 4.1 - 4.4., 5.1. - 5.4 (приложение 7), позволяющая определить траекторию и дальность их метиния, зависимость дальности метания от угла подъема ствола установки, диаметра контейнера, центра масс контейнера, времени тушения, от расхода НГ при различных давлениях воздуха, подаваемого в турбину установки.
Учитывая невозможность измерения всех параметров, влияющих на метание контейнера УПСКД, необходимо наметить пределы стендовых испытаний.
Коэффициент сопротивления воздуха имеет постоянное значение для каждого контейнера. Отклонение контейнера от вертикальной плоскости минимально. Динамическая стабильность контейнера сохраняется на всей траектории метания.
Предлагаемая методика исследований требует в процессе проведения эксперимента выполнения ряда измерений. Анализ условий моделирования позволил обоснованно подойти к выбору измерительных средств, а также оценить основные погрешности измерительных приборов.
Эти данные обобщены и представлены в таблице 6.
Подготовка к проведению эксперимента требует также оценки ожидаемой случайной погрешности и числа режимов испытаний каждого модельного контейнера, обеспечивающего заданную точность эксперимента в целом.
Для проведения указанной оценки была произведена пробная серия испытаний (таблица 7), результаты которых обработаны в соответствии с [138].
Используя выражения (5.3) - (5.6) и данные таблицы 7 в разработанной программе моделирования метода метания контейнеров с огнетушащими веществами определяем, что расчеты произведены с надежностью Л. Результаты выполненных расчетов позволяют определить число испытаний каждого образца, при котором случайная погрешность эксперимента не будет превышать максимальную основную погрешность измерительных приборов, т. е. 4%.
Таким образом, разработанный экспериментальный стенд и методика экспериментальных исследований позволяют получить результаты с достаточной степенью точности. Ожидаемая погрешность экспериментов составит не более 4%. Для достижения указанной цели эксперимента необходимо: при метании контейнеров на удаленное расстояние испытания провести не менее чем при пяти режимах метания (изменяя диаметр, массу, коэффициент центра масс контейнера, давление, подаваемого в турбину установки воздуха, угла подъема ствола установки); определение дальности полета контейнера производить по результатам не менее 4-х раз при каждом режиме испытания.
