Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время на территории России эксплуатируется более 29 тысяч объектов энергетики. За 2010 год на данных объектах было зарегистрировано 909 пожаров, которые привели к гибели 6 и травмам более 20 человек с общим экономическим ущербом более 41,7 млн рублей. Анализ последствий произошедших аварий выявил целый ряд проблем, связанных с обеспечением пожарной и промышленной безопасности. Поэтому вопросы технической оснащённости пожарных подразделений, а также методы тушения пожаров приобретают особую актуальность. В связи с этим для тушения пожаров на объектах энергетики разрабатываются многофункциональные пожарно-спасательные автомобили. Для реализации этого направления большинство разработчиков и производителей пошли по пути расширения функциональных возможностей пожарных автомобилей, в основном, за счёт применения насосов нового поколения - комбинированных насосов со ступенью высокого давления и насосов высокого давления. Использование этих насосов позволило улучшить огнетушащие свойства воды за счёт получения струй тонкораспылённой воды с размером капель от 100 до 150 мкм. Разработкой и внедрением такого оборудования занимались М. Д. Безбородько, С. Г. Цариченко. Применение тонкораспылённой воды позволило сократить расход воды на тушение пожара, уменьшить количество излишне пролитой воды. В тоже время при использовании тонкораспылённой воды имеются следующие недостатки: возможность засора проточных частей стволов для подачи тонкораспылённой воды; быстрое промерзание технических средств для подачи тонкораспылённой воды при отрицательных температурах, особенно при кратковременном перекрытии стволов; необходимость расположения позиций ствольщиков вблизи места горения ввиду ограниченной дальности струи воды; обеспечение большой скорости струи для подачи тонкораспылённой воды (от 100 до 200 м/с) из-за малого размера капель, что приводит к интенсивной подаче в очаг пожара воздуха, инжектируемого струёй. Вследствие этого при недостаточной интенсивности или подаче огнетушащего вещества мимо очага пожара может произойти не тушение пожара, а увеличение интенсивности его горения.
В Академии Государственной противопожарной службы МЧС России под руководством В. В. Роенко и В. А. Пряничникова разработана теплоэнергетическая установка для получения тонкораспылённой воды путем её температурной активации, которая позволяет получать на выходе из ствола парокапельную смесь с диаметром капель от 1 до 10 мкм. Данный способ, в отличие от тонкораспылённой воды, не имеет перечисленных выше недостатков. Физическая сущность этого способа сводится к подаче воды с расходом от 0,4 до 2,0 л/с под большим давлением (от 1,6 до 10,0 МПа) в специально разработанный прямоточный водотрубный теплообменник, где она сначала нагревается (с помощью дизельной горелки) до температуры 160-280 С (такую воду принято называть недогретой, поскольку температура жидкости меньше температуры насыщения при заданном давлении), затем по гибким или металлическим трубопроводам подается к специальным стволам-распылителям. На выходе из стволов вода за доли секунды (10^-10"9 с) переходит в метастабильное состояние, и в результате последующего взрывного вскипания образуются струи температурно-активированной воды, которые по своим свойствам близки к теплому туману и облакам. Под термином «температурно-активированная вода» понимается парокапельная смесь, полученная в результате мгновенного перехода недогретой воды в область метастабильного состояния и последующего взрывного вскипания.
С 2009 года на снабжение подразделений МЧС России поступил автомобиль с теплоэнергетической установкой получения температурно-активированной воды -АПМ 3-2/40-1,38/100-100 (43118) мод. ПиРоЗ-МПЗ1 (АПМ).
' Основные показатели автомобиля отражаются в структуре его обозначения, где: АПМ -автомобиль пожарный многоцелевой; 3 - вместимость ёмкостей для воды, м3; 2 -производительность теплоэнергетической установки при давлении воды на входе в экономайзер 40 кг/см2, л/с; 40 - давление воды на входе в экономайзер, создаваемое теплоэнергетической установкой при подаче воды 2 л/с, кг/см2; 1,38 - производительность теплоэнергетической установки при давлении воды на входе в экономайзер 100 кг/см2, л/с; 100 - давление воды на входе в экономайзер, создаваемое теплоэнергетической установкой при подаче воды 1,38 л/с, кг/см2; 100 - номинальная мощность электрогенератора, кВт; 43118 - индекс базового шасси КАМАЗа; мод. ПиРоЗ - обозначение модели пожарного автомобиля по системе разработчика ООО «Аква-ПиРо-Альянс» и Академии Государственной противопожарной службы МЧС России; МПЗ - индекс завода изготовителя (Мытищинский приборостроительный завод).
Многофункциональность АПМ заключается в том, что его возможности позволяют эффективно ликвидировать пожары различных классов, осаждать дым, обеспечивать электроэнергией потребителей, отогревать пожарную технику в зимних условиях, производить очистку технологического оборудования от пожароопасных отложений нефти. При разработке АПМ одной из основных задач являлось определение его тактических возможностей на тушении пожаров, что неразрывно связано с необходимостью разработки технических средств для подачи температурно-активированной воды и требований к ним (геометрических параметров, гидравлических и прочностных характеристик). К таким техническим средствам относится следующее оборудование: рукава, разветвления, переходные соединительные головки и стволы, использование которого позволяет формировать энергетическую систему пожарного автомобиля для обеспечения подачи огнетушащих веществ. Особенностью использования технических средств подачи температурно-активированной воды является то, что вода (в жидком состоянии) в них движется с расходом2 от 0,4 до 2,0 л/с при температуре от 160 до 210 С и избыточном давлении от 1,3 до 2,0 МПа. Данные по гидравлическим характеристикам технических средств подачи для воды с такими параметрами до настоящего времени отсутствовали. Кроме того при подаче температурно-активированной воды существует возможность разрыва технических средств, а также закипание воды до выхода её из ствола, поэтому необходимо поддерживать определенные режимы работы теплоэнергетической установки, что требует создания комплекса устройств автоматического контроля и управления. Такой комплекс может быть разработан только по результатам исследования гидравлических характеристик технических средств подачи температурно-активированной воды.
Целью работы является разработка технических средств для тушения пожаров на объектах энергетики с использованием теплоэнергетической установки получения температурно-активированной воды.
2 Здесь и далее величина расхода воды обозначена во внесистемных единицах литр в секунду (л/с). 1 л/с=ЫО'3м3/с.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:
провести анализ метода пожаротушения температурно-активированнои водой и обосновать необходимость разработки технических средств;
разработать методику исследования, создать экспериментальный стенд, определить гидравлические характеристики и параметры работоспособности технических средств для подачи температурно-активированнои воды от теплоэнергетической установки;
предложить метод расчёта энергетической системы подачи температурно-активированнои воды от теплоэнергетической установки для тушения пожаров на объектах энергетики;
разработать комплекс устройств автоматического контроля и управления теплоэнергетической установкой.
Объектом исследования являются технические средства подачи температурно-активированнои воды от теплоэнергетической установки.
В качестве предмета исследования рассматриваются режимы подачи температурно-активированнои воды теплоэнергетической установкой.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- получены ранее неизвестные гидравлические характеристики технических
средств подачи температурно-активированнои воды, на основе которых определены
коэффициенты их гидравлических сопротивлений;
- по результатам исследований режимов подачи температурно-
активированнои воды разработан комплекс устройств автоматического контроля и
управления, обеспечивающий устойчивую и надёжную работу теплоэнергетической
установки;
- впервые предложен метод расчёта подачи температурно-активированнои
воды от теплоэнергетической установки для тушения пожаров.
Достоверность представленных в работе результатов подтверждается использованием фундаментальных законов физики и корректного математического аппарата; применением современных приборов; удовлетворительной сходимостью
результатов теоретических расчётов с экспериментальными данными, полученными при проведении натурных экспериментов. Практическая значимость:
- разработана рабочая конструкторская документация и изготовлены
технические средства подачи температурно-активированнои воды российского
производства;
предложен метод расчёта энергетической системы, позволяющий решать задачи расчёта сил и средств для тушения пожаров при использовании АПМ;
разработан комплекс устройств автоматического контроля и управления, обеспечивающий устойчивую и надёжную работу теплоэнергетической установки АПМ.
Результаты работы использованы:
при разработке технического задания на проектирование измерительно-управляющего комплекса теплоэнергетической установки АПМ в научно-производственном центре «Навигатор», г. Москва;
при разработке технического задания на изготовление рукавов для подачи температурно-активированнои воды на Курском заводе резинотехнических изделий;
в виде программ и методик предварительных, государственных испытаний АПМ 3-2/125-1,38/100-100 (43118) мод. ПиРоЗ - МПЗ, руководства по эксплуатации АПМ 3-2/125-1,38/100-100 (43118) мод. ПиРоЗ - МПЗ, выполненных для разработчика АПМ ООО «Аква-ПиРо-Альянс»;
- при проведении предварительных и государственных испытаний
АПМ 3-2/125-1,38/100-100 (43118) мод. ПиРоЗ - МПЗ на Мытищинском
приборостроительном заводе;
на сооружениях Саяно-Шушенской ГЭС при ликвидации последствий чрезвычайной ситуаций в феврале 2010 года;
в учебном процессе Академии Государственной противопожарной службы МЧС России по дисциплинам: пожарная техника, управление технической службой, пожарная тактика, гидравлика и противопожарное водоснабжение.
Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на: научно-практическом семинаре «Современные средства и способы обеспечения пожарной безопасности» 5-ой юбилейной Московской международной промышленной ярмарке «MIIF-2006» (Москва, 2006); научно-практической конференции с международным участием «Современные системы и средства обеспечения пожарной безопасности» в рамках 7-й международной специализированной выставки «Пожарная безопасность XXI века» (Москва, 2008); международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы образовательной и инновационной деятельности в образовательных учреждениях МЧС России. Опыт, проблемы, перспективы» (Москва, 2008); международной научно-практической конференции «Чрезвычайные ситуации: теория, практика, инновации» (Гомель, 2008); международной конференции «Методические основы повышения качества образовательной деятельности по направлениям подготовки 280100 «Безопасность жизнедеятельности» и 280700 «Техносферная безопасность» (Москва, 2010); международной конференции «Лесные пожары: Управление и международное сотрудничество в области предупреждения лесных пожаров в регионе Азиатско-Тихоокеанского экономического сотрудничества» (Хабаровск, 2010); научно-практической конференции «Школа молодых ученых» (Иваново, 2010); Пятой Российской национальной конференции по теплообмену (РНКТ-5) (Москва, 2010).
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в семи научных статьях; из них три - в журналах рекомендованных ВАК России.
На защиту выносятся:
- экспериментальный стенд для исследования гидравлических характеристик
технических средств подачи температурно-активированнои воды от
теплоэнергетической установки;
- результаты экспериментальных исследований гидравлических
характеристик технических средств подачи температурно-активированнои воды от
теплоэнергетической установки.
- комплекс устройств автоматического контроля и управления теплоэнергетической установки АПМ;
метод расчёта энергетической системы подачи температурно-активированной воды от теплоэнергетической установки для тушения пожаров на объектах энергетики.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка используемой литературы и приложений. Общий объём диссертации составляет 245 страниц, содержит 50 рисунков, 16 таблиц, библиографический список используемой литературы из 101 наименования, 7 приложений на 111 страницах.
Похожие диссертации на Технические средства подачи температурно-активированной воды теплоэнергетической установкой для тушения пожаров на объектах энергетики
