Пожар в обмолоточном пространстве зерноуборочного комбайна: моделирование развития и тушения диспергированной водой
Разработано методическое обеспечение решения практически важной задачи повышения пожаробезопасности эксплуатации зерноуборочных комбайнов (ЗУК) путем реализации эффективного метода подавления горения, возникшего в обмолоточном пространстве, диспергированной водой. Методическое обеспечение включает м...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Техническая механика |
|---|---|
| Datum: | 2016 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
2016
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116668 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Пожар в обмолоточном пространстве зерноуборочного комбайна: моделирование развития и тушения диспергированной водой / М.А. Бондарь, А.П. Кремена, Н.Ф. Свириденко // Техническая механика. — 2016. — № 1. — С. 84-94. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-116668 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Бондарь, М.А. Кремена, А.П. Свириденко, Н.Ф. 2017-05-12T15:34:58Z 2017-05-12T15:34:58Z 2016 Пожар в обмолоточном пространстве зерноуборочного комбайна: моделирование развития и тушения диспергированной водой / М.А. Бондарь, А.П. Кремена, Н.Ф. Свириденко // Техническая механика. — 2016. — № 1. — С. 84-94. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 1561-9184 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116668 631.354.2:614.841.1 Разработано методическое обеспечение решения практически важной задачи повышения пожаробезопасности эксплуатации зерноуборочных комбайнов (ЗУК) путем реализации эффективного метода подавления горения, возникшего в обмолоточном пространстве, диспергированной водой. Методическое обеспечение включает математическую модель развития пожара, позволяющую рассчитывать параметры его текущего состояния, и модель тушения в виде соотношения, связывающего параметры и характеристики пожарной нагрузки, пожара, потока диспергированной воды, подаваемой на его тушение, и времени тушения. Достоверность разработанных моделей подтверждена экспериментально, в том числе результатами тушения пожаров в обмолоточном пространстве ЗУК СК-4. Использование разработанного методического обеспечения и рекомендаций позволит обоснованно подходить к выбору параметров диспергированного потока, обеспечивающего подавление пожара в обмолоточном пространстве за заданное время с использованием возимого на ЗУК запаса воды, и создавать активные системы пожаробезопасности ЗУК, характеризующиеся эффективностью, надежностью и технологичностью. Розроблено методичне забезпечення рішення практично важливої задачі підвищення пожежобезпечності експлуатації зернозбиральних комбайнів (ЗЗК) шляхом реалізації ефективного методу придушення горіння, що виникло в обмолотному просторі, диспергованою водою. Методичне забезпечення включає математичну модель розвитку пожежі, що дозволяє розраховувати параметри її поточного стану, і модель гасіння у вигляді співвідношення, що зв'язує параметри й характеристики пожежного навантаження, пожежі, потоку диспергованої води, що подається на її гасіння, і часу гасіння. Вірогідність розроблених моделей підтверджено експериментально, у тому числі результатами гасіння пожеж в обмолотному просторі ЗЗК СК-4. Використання розробленого методичного забезпечення та рекомендацій дозволить обґрунтовано підходити до вибору параметрів диспергованого потоку, що забезпечує придушення пожежі в обмолотному просторі за заданий час, з використанням запасу води, що возиться на ЗЗК, і створювати активні системи пожежобезпечності ЗЗК, що характеризуються ефективністю, надійністю й технологічністю. Methodical support for solving the practically significant problem of improvements in fire safety of harvesters is developed using the efficient method for the fire suppression with dispersed water when a fire emerges in the threshing room. This methodical support includes the mathematical model of the fire development for estimating the current fire parameters and that of firefighting as a relation between the parameters and characteristics of the fire load, the fire, the dispersed water stream and the time for firefighting. The validity of the developed models is confirmed by experiments, including the results of firefighting in the threshing room of the SK-4 harvester. These methodical support and recommendations can be used to select the justified parameters of the dispersed water stream for firefighting in the threshing room in a definite time with some water storing in the harvester and to create the active systems of harvester fire safety resulting in the efficiency, the reliability and the adaptability to manufacture. ru Інститут технічної механіки НАН України і НКА України Техническая механика Пожар в обмолоточном пространстве зерноуборочного комбайна: моделирование развития и тушения диспергированной водой Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Пожар в обмолоточном пространстве зерноуборочного комбайна: моделирование развития и тушения диспергированной водой |
| spellingShingle |
Пожар в обмолоточном пространстве зерноуборочного комбайна: моделирование развития и тушения диспергированной водой Бондарь, М.А. Кремена, А.П. Свириденко, Н.Ф. |
| title_short |
Пожар в обмолоточном пространстве зерноуборочного комбайна: моделирование развития и тушения диспергированной водой |
| title_full |
Пожар в обмолоточном пространстве зерноуборочного комбайна: моделирование развития и тушения диспергированной водой |
| title_fullStr |
Пожар в обмолоточном пространстве зерноуборочного комбайна: моделирование развития и тушения диспергированной водой |
| title_full_unstemmed |
Пожар в обмолоточном пространстве зерноуборочного комбайна: моделирование развития и тушения диспергированной водой |
| title_sort |
пожар в обмолоточном пространстве зерноуборочного комбайна: моделирование развития и тушения диспергированной водой |
| author |
Бондарь, М.А. Кремена, А.П. Свириденко, Н.Ф. |
| author_facet |
Бондарь, М.А. Кремена, А.П. Свириденко, Н.Ф. |
| publishDate |
2016 |
| language |
Russian |
| container_title |
Техническая механика |
| publisher |
Інститут технічної механіки НАН України і НКА України |
| format |
Article |
| description |
Разработано методическое обеспечение решения практически важной задачи повышения пожаробезопасности эксплуатации зерноуборочных комбайнов (ЗУК) путем реализации эффективного метода подавления горения, возникшего в обмолоточном пространстве, диспергированной водой. Методическое обеспечение включает математическую модель развития пожара, позволяющую рассчитывать параметры его текущего состояния, и модель тушения в виде соотношения, связывающего параметры и характеристики пожарной нагрузки, пожара, потока диспергированной воды, подаваемой на его тушение, и времени тушения. Достоверность разработанных моделей подтверждена экспериментально, в том числе результатами тушения пожаров в обмолоточном пространстве ЗУК СК-4. Использование разработанного методического обеспечения и рекомендаций позволит обоснованно подходить к выбору параметров диспергированного потока, обеспечивающего подавление пожара в обмолоточном пространстве за заданное время с использованием возимого на ЗУК запаса воды, и создавать активные системы пожаробезопасности ЗУК, характеризующиеся эффективностью, надежностью и технологичностью.
Розроблено методичне забезпечення рішення практично важливої задачі підвищення пожежобезпечності експлуатації зернозбиральних комбайнів (ЗЗК) шляхом реалізації ефективного методу придушення горіння, що виникло в обмолотному просторі, диспергованою водою. Методичне забезпечення включає математичну модель розвитку пожежі, що дозволяє розраховувати параметри її поточного стану, і модель гасіння у вигляді співвідношення, що зв'язує параметри й характеристики пожежного навантаження, пожежі, потоку диспергованої води, що подається на її гасіння, і часу гасіння. Вірогідність розроблених моделей підтверджено експериментально, у тому числі результатами гасіння пожеж в обмолотному просторі ЗЗК СК-4. Використання розробленого методичного забезпечення та рекомендацій дозволить обґрунтовано підходити до вибору параметрів диспергованого потоку, що забезпечує придушення пожежі в обмолотному просторі за заданий час, з використанням запасу води, що возиться на ЗЗК, і створювати активні системи пожежобезпечності ЗЗК, що характеризуються ефективністю, надійністю й технологічністю.
Methodical support for solving the practically significant problem of improvements in fire safety of harvesters is developed using the efficient method for the fire suppression with dispersed water when a fire emerges in the threshing room. This methodical support includes the mathematical model of the fire development for estimating the current fire parameters and that of firefighting as a relation between the parameters and characteristics of the fire load, the fire, the dispersed water stream and the time for firefighting. The validity of the developed models is confirmed by experiments, including the results of firefighting in the threshing room of the SK-4 harvester. These methodical support and recommendations can be used to select the justified parameters of the dispersed water stream for firefighting in the threshing room in a definite time with some water storing in the harvester and to create the active systems of harvester fire safety resulting in the efficiency, the reliability and the adaptability to manufacture.
|
| issn |
1561-9184 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116668 |
| citation_txt |
Пожар в обмолоточном пространстве зерноуборочного комбайна: моделирование развития и тушения диспергированной водой / М.А. Бондарь, А.П. Кремена, Н.Ф. Свириденко // Техническая механика. — 2016. — № 1. — С. 84-94. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT bondarʹma požarvobmolotočnomprostranstvezernouboročnogokombainamodelirovanierazvitiâitušeniâdispergirovannoivodoi AT kremenaap požarvobmolotočnomprostranstvezernouboročnogokombainamodelirovanierazvitiâitušeniâdispergirovannoivodoi AT sviridenkonf požarvobmolotočnomprostranstvezernouboročnogokombainamodelirovanierazvitiâitušeniâdispergirovannoivodoi |
| first_indexed |
2025-11-27T05:41:48Z |
| last_indexed |
2025-11-27T05:41:48Z |
| _version_ |
1850802865889607680 |
| fulltext |
83
УДК 631.354.2:614.841.1
М. А. БОНДАРЬ, А. П. КРЕМЕНА, Н. Ф. СВИРИДЕНКО
ПОЖАР В ОБМОЛОТОЧНОМ ПРОСТРАНСТВЕ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО
КОМБАЙНА: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ И ТУШЕНИЯ
ДИСПЕРГИРОВАННОЙ ВОДОЙ
Разработано методическое обеспечение решения практически важной задачи повышения пожаро-
безопасности эксплуатации зерноуборочных комбайнов (ЗУК) путем реализации эффективного метода
подавления горения, возникшего в обмолоточном пространстве, диспергированной водой. Методическое
обеспечение включает математическую модель развития пожара, позволяющую рассчитывать параметры
его текущего состояния, и модель тушения в виде соотношения, связывающего параметры и характери-
стики пожарной нагрузки, пожара, потока диспергированной воды, подаваемой на его тушение, и времени
тушения. Достоверность разработанных моделей подтверждена экспериментально, в том числе результа-
тами тушения пожаров в обмолоточном пространстве ЗУК СК-4. Использование разработанного методи-
ческого обеспечения и рекомендаций позволит обоснованно подходить к выбору параметров диспергиро-
ванного потока, обеспечивающего подавление пожара в обмолоточном пространстве за заданное время с
использованием возимого на ЗУК запаса воды, и создавать активные системы пожаробезопасности ЗУК,
характеризующиеся эффективностью, надежностью и технологичностью.
Розроблено методичне забезпечення рішення практично важливої задачі підвищення пожежобезпеч-
ності експлуатації зернозбиральних комбайнів (ЗЗК) шляхом реалізації ефективного методу придушення
горіння, що виникло в обмолотному просторі, диспергованою водою. Методичне забезпечення включає
математичну модель розвитку пожежі, що дозволяє розраховувати параметри її поточного стану, і модель
гасіння у вигляді співвідношення, що зв'язує параметри й характеристики пожежного навантаження, по-
жежі, потоку диспергованої води, що подається на її гасіння, і часу гасіння. Вірогідність розроблених
моделей підтверджено експериментально, у тому числі результатами гасіння пожеж в обмолотному прос-
торі ЗЗК СК-4. Використання розробленого методичного забезпечення та рекомендацій дозволить обґрун-
товано підходити до вибору параметрів диспергованого потоку, що забезпечує придушення пожежі в об-
молотному просторі за заданий час, з використанням запасу води, що возиться на ЗЗК, і створювати акти-
вні системи пожежобезпечності ЗЗК, що характеризуються ефективністю, надійністю й технологічністю.
Methodical support for solving the practically significant problem of improvements in fire safety of har-
vesters is developed using the efficient method for the fire suppression with dispersed water when a fire emerges
in the threshing room. This methodical support includes the mathematical model of the fire development for esti-
mating the current fire parameters and that of firefighting as a relation between the parameters and characteristics
of the fire load, the fire, the dispersed water stream and the time for firefighting. The validity of the developed
models is confirmed by experiments, including the results of firefighting in the threshing room of the SK-4 har-
vester. These methodical support and recommendations can be used to select the justified parameters of the dis-
persed water stream for firefighting in the threshing room in a definite time with some water storing in the har-
vester and to create the active systems of harvester fire safety resulting in the efficiency, the reliability and the
adaptability to manufacture.
Ключевые слова: зерноуборочный комбайн, обмолоточное простран-
ство, грубый ворох, пожар, развитие, тушение, диспергированная вода, па-
раметры потока.
Пожары на зерноуборочных комбайнах (ЗУК), сопровождающиеся вы-
ходом из строя дорогостоящей техники, выгоранием значительных хлебных
массивов, выгоранием плодородного слоя почв, наносят значительный
народнохозяйственный ущерб.
В настоящее время проблема обеспечения надежной противопожарной
защиты ЗУК превратилась в проблемный экономический и социальный фак-
тор для агропромышленного комплекса страны.
Это обусловлено тем, что уже к 2009 г. парк ЗУК сократился до 70 % от
технологически необходимого, в связи с чем возросла сезонная нагрузка на
каждую машину, увеличились сроки уборки и потери зерна, которые по
оценкам ученых-аграриев составляют 8 – 10 млн. тонн в год [1].
М. А. Бондарь, А. П. Кремена, Н. Ф. Свириденко, 2016
Техн. механика. – 2016. – № 1.
84
Указанные обстоятельства, наряду с увеличением доли машин, вырабо-
тавших свой ресурс [2], существенно актуализируют проблему повышения
пожаробезопасности эксплуатации ЗУК, в том числе иностранного производ-
ства [3, 4].
Общим недостатком используемых и предлагаемых систем обеспечения
пожаробезопасности ЗУК является их несоответствие сложности и наукоем-
кости комбайна и специфике условий его эксплуатации. Это предопределяет
низкую результативность известных технических решений и обусловливает
необходимость поиска принципиально иного подхода к решению задачи по-
вышения пожаробезопасности эксплуатации ЗУК до уровня, соответствую-
щего современному, и, тем более, перспективному этапу развития зерноубо-
рочной техники.
Фактором, сдерживающим разработку эффективных мероприятий по по-
вышению пожаробезопасности эксплуатации ЗУК, является отсутствие адек-
ватных моделей для прогнозирования основных характеристик наиболее
опасных по возможным последствиям пожаров в процессе их развития с уче-
том специфики горючих веществ, характеристик очага горения и т. п.
Вышеизложенное предопределяет необходимость разработки математи-
ческих моделей наиболее характерных для ЗУК видов пожаров как основы
для создания эффективных методов и средств их тушения.
При разработке математических моделей пожаров на ЗУК целесообразно
использовать моделирование на основе усредненных параметров газовой
среды в зоне пожара. Этот метод дает возможность получать удовлетвори-
тельные, с практической точки зрения, данные о характеристиках пожаров.
Принимая во внимание состав и специфику находящихся на ЗУК горю-
чих веществ, особенности конструкции комбайна и технологического про-
цесса уборки урожая, можно выделить в качестве наиболее опасных по воз-
можным негативным последствиям следующие виды пожаров [2]:
– пожар на поверхности ЗУК в местах скапливания соломистых горючих
материалов (половы, сбоины и т. п.), в том числе пропитанных горючими
жидкостями при наличии их проливов и утечек;
– пожар пролива горючей жидкости, образующегося при разрушении ем-
костей для их хранения или соответствующих магистралей;
– пожар в обмолоточном пространстве (ОП), характеризующемся значи-
тельным количеством пожарной нагрузки (ПН) в виде равномерно распреде-
ленного вороха и малой проемностью.
Первые два вида пожаров возникают на наружных поверхностях ЗУК, в
связи с чем обнаруживаются на самом начальном этапе своего развития и,
как правило, успешно подавляются с использованием находящихся на борту
первичных средств тушения (огнетушители, кошмы и т. п.) [4, 5].
Наибольшую опасность представляет пожар, возникающий в обмолоточ-
ном пространстве. Это обусловлено тем, что обмолоточное пространство со-
временного ЗУК представляет собой замкнутый объем ( 3
оп м109V ),
ограниченный металлическими поверхностями с незначительной проемно-
стью (< 25%), в котором горючий материал в виде зерно-соломистой массы
распределяется в процессе обмолота практически равномерно на площади
2
пн м76S . Это обусловливает быстрое, с линейной скоростью
м/c06,002,0о V [6], распространение возникшего по той или иной при-
85
чине горения по всей пожарной нагрузке с последующим переходом пожара
к моменту его обнаружения в развитый объемный [7], который не может
быть подавлен теми первичными средствами пожаротушения, которыми
комплектуется каждый ЗУК.
Существенный прогресс в этом направлении может быть достигнут пу-
тем создания активной системы тушения пожара в ОП, характеризующейся
мобильностью, эксплуатационной надежностью и высокой полнотой исполь-
зования пожаротушащего потенциала ограниченного количества возимого на
ЗУК пожаротушащего средства. Успешное решение такой задачи предпола-
гает необходимость разработки научно-методического обеспечения, вклю-
чающего математические модели пожара в обмолоточном пространстве ЗУК
и его тушения выбранным пожаротушащим средством как условия перехода
к качественно новому этапу создания систем обеспечения пожаробезопасно-
сти (СПБ) эксплуатации ЗУК.
При построении математической модели пожара в ОП примем следую-
щие допущения:
– происходит полное сгорание пожарной нагрузки, находящейся в ОП;
– теплота сгорания соломистых горючих материалов равна теплоте сго-
рания стандартной древесины;
– температура газовой среды в ОП в процессе развития пожара распреде-
лена равномерно;
– для всей внутренней поверхности ОП может быть использовано единое
значение коэффициента поверхностной теплоотдачи от газовой среды.
Пожар в ОП проходит в своем развитии, как и любой другой пожар, три
стадии:
– начальную стадию, продолжающуюся вплоть до полного охвата ОП
пламенем;
– стадию полностью развитого пожара, когда пламя охватывает весь
объем ОП, при этом скорость сгорания, тепловыделение и температура газо-
вого объема максимальны;
– стадию затухания.
Продолжительность начальной стадии нсп составляет несколько десят-
ков секунд и может быть оценена по соотношению [7]
пн
0
нсп
1 S
V
, с. (1)
Масса пожарной нагрузки, возгорание которой обеспечивает переход
возникшего в ОП пожара в объемный, составляет [7]:
3
нсп
2
0
пн
cг
пн V
S
m
G
, кг, (2)
где сгm – скорость выгорания пожарной нагрузки, кг/с.
Полному охвату пламенем ОП, т. е. началу развитой стадии объемного
пожара, соответствует величина теплового потока излучения пламени на
уровне пола ОП 20q кВт/м2, при этом температура потолка достигает
(для характерной геометрии ОП) значения 500пt
0С, а интенсивность теп-
ловыделения составляет [8]
86
5,0
5,0
пп
оп
ст
нсп 600
hFFQ , кДж/с, (3)
где – теплопроводность конструкционного материала потолка ОП, Вт/(мК);
ст – толщина потолка, м; оп
F – суммарная площадь ограничивающих ОП по-
верхностей, м2; пF – площадь вентиляционного проема, м2; пh – высота венти-
ляционного проема, м; 5,0
пп hF – параметр вентиляции.
При этом скорость выгорания пожарной нагрузки определится выраже-
нием
5,0
5,0
пп
оп
стд
нсп
сг 0435,0
hFF
Q
Q
m
, кг/с, (4)
где 13800д Q кДж/кг – теплота сгорания пожарной нагрузки (стандартной
древесины) [8].
При наличии в ограждении нескольких вентиляционных проемов параметр
вентиляции может быть определен как
i
hFhF 5,0
ппi
5,0
пп , (5)
где ni
F
hF
h
i
i ,...,1,
пi
5,0
ппi
п
– количество вентиляционных проемов.
При проведении оценочных расчетов можно использовать также приве-
денные в [8] соотношения для определения скорости выгорания пожарной
нагрузки, соответствующей полному охвату пламенем ОП, т. е. окончанию
начальной и началу развитой стадии пожара:
– для пожара, регулируемого вентиляцией (ПРВ)
5,0
ппсг 0333,005,0 hFm , кг/с; (6)
– для пожара, регулируемого нагрузкой (ПРН)
08,0сг m , кг/с. (7)
Вид пожара, протекающего в развитой стадии в ОП, определяется соот-
ношением между параметром вентиляции и площадью поверхности горения
пожарной нагрузки [5].
При
075,0
пг
5,0
пп
F
hFm , (8)
где m – плотность газа в ОП, кг/м3; пгF – площадь поверхности горения, м2, в
ОП развивается пожар, регулируемый вентиляцией, а при
87
0923,0
пг
5,0
пп
F
hFm (9)
в ОП развивается пожар, регулируемый пожарной нагрузкой.
Площадь поверхности горения может быть оценена из следующих сооб-
ражений.
Суммарная длина стеблей соломы в одном погонном метре скошенного
валка составляет ~ 700 – 800 м [9].
Общая длина стеблей в ОП
оп750 lLc , м, (10)
где опl – длина ОП, м, а площадь их поверхности
стоп
3
пг 104,2 dlF , м2, (11)
где стd – диаметр стебля соломы, м.
Соотношения (8) – (11) позволяют определить вид пожара, развивающе-
гося в ОП в зависимости от конструктивных параметров ЗУК и характери-
стик стеблей соломы.
Отметим, что ввиду малой проемности современных ЗУК (<25 %) в них
развивается, как правило, пожар, регулируемый вентиляцией.
При горении целлюлозосодержащих продуктов максимальная скорость
их выгорания определяется выражением [7, 8]
5,0
пп
max 092,0
сг
hFm , кг/с. (12)
Текущая скорость выгорания в момент времени определяется соотно-
шением
max
сгптсг )( mm , кг/с, (13)
где )( пт – коэффициент интенсивности тепловыделения; п – продолжи-
тельность пожара до момента наступления затухающей стадии, когда ско-
рость выгорания начинает уменьшаться
5,0
пп
дпн5
п 10
hF
QG
, мин. (14)
Зависимость коэффициента интенсивности тепловыделения от времени
для характерных для наиболее распространенных классов ЗУК значений
массы пожарной нагрузки пнG , проемности и п в обмолоточном простран-
стве ЗУК может быть представлена в виде удобных для расчета кусочных
функций [7]:
– для п =10 мин:
78,5,173,0п мин;
05,778,5,0,1п мин;
94,1205,7),94,12(085,05,0п мин;
35,2294,12),35,22(0319,02,0п мин;
88
– для п =24 мин: (15)
45,3,173,0п мин;
8,745,3),45,3(053,06,0п мин;
8,138,7),8,7(028,083,0п мин;
208,13,0,1п мин;
1,3420),1,34(035,05,0п мин.
Интенсивность тепловыделения при пожаре определяется выражением
дсгсг)( QmQ , кВт, (16)
где сг – коэффициент полноты сгорания при ПРВ.
Коэффициент полноты сгорания при ПРВ в развитой его стадии при горе-
нии целлюлозосодержащей пожарной нагрузки зависит от концентрации кис-
лорода в ОП, и его значения аппроксимируются зависимостью [7]
mX1сг 2,063,0 , (17)
где mX1 – среднеобъемная концентрация кислорода в ОП, выраженная в до-
лях единицы.
Для определения значения mX1 необходимо сопоставлять расходы про-
дуктов сгорания, покидающих ОП в процессе пожара, и приходящего извне
воздуха, зависящие от расположения плоскости равных давлений (нейтраль-
ной плоскости).
Многочисленными экспериментами показано [7, 8], что распределение
по высоте давления в ОП при объемном пожаре на всех его стадиях может
быть принято линейным. При этом высота расположения плоскости равных
давлений (нейтральной плоскости) над очагом горения определяется форму-
лой
omm
m
a
m
TT
T
gH
PH
Y
ОП
ОП
нп
2
1
2
, (18)
где ОПH – высота ОП, м; mP – среднее избыточное давление в ОП, Па; mT
– среднеобъемная температура газа в ОП, К; omT – температура газа в ОП
перед пожаром, К; a – плотность наружного воздуха, кг/м3, 81,9g м/с2.
Характеристики газовой среды в ОП, где развивается объемный пожар,
определяются соотношениями:
пс
m
mm
RT
P , Па, (19)
где R – универсальная газовая постоянная, кДж/(кмольК); пс – молекуляр-
ная масса продуктов сгорания пожарной нагрузки, кг/кмоль [7, 8];
amm PPP , Па, (20)
где aP – давление в окружающей среде, Па.
В соответствии с высотой расположения нейтральной плоскости в ОП
вентиляционные проемы на ограждающих поверхностях делятся на три вида:
89
– проемы, расположенные ниже нейтральной плоскости, через которые
поступает воздух из окружающей среды в ОП;
– проемы, расположенные выше нейтральной плоскости, через которые
продукты сгорания (ПС) покидают ОП;
– проемы, разделенные нейтральной плоскостью на две части, через ко-
торые осуществляется одновременный выход продуктов сгорания из ОП и
поступление в него воздуха.
Выражения для определения расходов воздуха и ПС через соответству-
ющие вентиляционные проемы имеют вид [8]:
в
ст.ист
0
0
0вх
5,0
ппв 2
3
2
возд
mghFm m
, кг/с, (21)
0
0
вых
5,0
пппспс 2
3
2 m
m ghFm , кг/с, (22)
где – расходный коэффициент вентиляционных проемов, ( 8,0псв
[4]);
вх
5,0
пп
hF – суммарный параметр вентиляции проемов, работающих
на подачу воздуха в ОП;
вых
5,0
пп
hF – суммарный параметр вентиляции
проемов, работающих на выход ПС из ОП; в
ст.истm – расход воздуха, подава-
емого в ОП сторонним источником, например работающим вентилятором
очистки и т. п.
По полученным значениям расходов ПС и воздуха через вентиляционные
проемы по (17) и (16) уточняются коэффициенты полноты сгорания, интен-
сивность тепловыделения и параметры газа в ОП в процессе развития в нем
объемного пожара.
Изменение среднеобъемной mT и максимальной max
mT (при п ) тем-
ператур газовой среды во времени при ПРВ, развивающемся в ОП, определя-
ется с погрешностью < 10 % соотношениями, полученными при исследова-
нии температурного режима газовой среды при пожарах, регулируемых вен-
тиляцией, происходивших в помещениях объемом 1,73 – 216 м3 с отношени-
ем площадей вентиляционных проемов к площади пола П = 4,5 – 25 % и
удельной пожарной нагрузкой в виде древесных отходов влажностью 16 –
18 %, изменяющейся в диапазоне 148,0пн q кг/м2 [7], которые имеют вид
п
75,475,4
п0
max
0 6,115
e
TT
TT
m
m , (23)
П)10908,1(320 30,528
пн0
max qTTm , (24)
где 0T – начальная температура газовой среды в ОП.
Эти соотношения могут быть использованы для определения времени
подачи управляющего сигнала на включение системы тушения пожара в ОП
по срабатыванию тепловых пожарных извещателей [10] и текущих парамет-
ров пожара на этот момент времени: скорости выгорания (13), интенсивности
тепловыделения (16) и коэффициента теплоотдачи от газа к ограничива-
90
ющим ОП поверхностям.
Выражение для определения имеет вид [7]
)(0023,0 063,11
TTme
. (25)
В целом соотношения (1) – (25) представляют собой математическую
модель ПРВ, развивающегося в обмолоточном пространстве ЗУК, и позво-
ляют определять его основные параметры на момент начала подачи в зону
горения огнетушащего средства, в качестве которого целесообразно исполь-
зовать диспергированную воду, характеризующуюся высокой пожаротуша-
щей эффективностью и экологичностью.
Следует, однако, иметь в виду, что высокая пожаротушащая эффектив-
ность диспергированной воды достигается в том случае, когда параметры ее
потока (интенсивность подачи, характеристики дисперсности и скорость
движения потока) согласованы с видом пожарной нагрузки и параметрами
пожара. Это обусловлено тем, что каждому виду пожара соответствует
вполне определенный диапазон размеров капель диспергированной воды и
скорость их движения, определяющие не только прогрев капель на пути дви-
жения к пожарной нагрузке и интенсивность смачивания грубого вороха в
ОП, но и интенсивность подачи, обеспечивающую подавление горения за
минимальное время при наименьшем расходе воды.
Для построения математической модели (ММ) процесса тушения пожара
в ОП потоком диспергированной воды целесообразно использовать результа-
ты экспериментального определения времени подавления горения волокни-
стой пожарной нагрузки в широком диапазоне изменения ее удельной вели-
чины (кг/м2), времени полного выгорания ( П ) при свободном горении, ин-
тенсивностей выделения тепла ( выдQ , кВт) и его отвода испаряющимся на
поверхности ПН диспергированным потоком воды ( отвQ , кВт) [11].
Правомерность использования этих результатов обусловлена методикой
проведения экспериментов, акцентированной на подавление горения за счет
охлаждения ПН полностью испаряющимися на ее поверхности каплями во-
ды.
Обработкой указанных экспериментальных данных в [12] получена ре-
грессионная зависимость, адекватно ( 97,02 R ) описывающая процесс ту-
шения в виде соотношения
204,1
выд
отв
П0124,0
Q
Q
T
, (26)
где T – время тушения, мин; П – продолжительность пожара в ОП при
отсутствии тушения, мин.
В (26) интенсивность отвода тепла от горящей в ОП пожарной нагрузки
определяется выражением
Потв SrIQ , (27)
где I – интенсивность подачи диспергированной воды в ОП, кг/(см2); r –
теплота испарения, кДж/кг; пнS – площадь поверхности, на которой лежит
грубый ворох, м2, а его интенсивность выделения тепла при пожаре в ОП –
91
выражениями (16), (12) – (15), (17).
Учитывая, что 13800д Q кДж/кг, а полная продолжительность пожара
при свободном выгорании всей ПН в ОП составляет п = (2,0 – 3,5) п , со-
отношение (26) после указанных подстановок и соответствующих преобразо-
ваний может быть приведено к виду, определяющему интенсивность подачи
диспергированной воды, обеспечивающей подавление горения в ОП за время
T , мин,
83,0
пн
1п
П
17,00,5
п
З )2,069,0)((06,0
T
mT
G
X
S
hF
KI , кг/(см2), (28)
где ЗK – коэффициент запаса, назначаемый по рекомендациям [13] или по
результатам экспериментов.
Соотношение (28), определяющее интенсивность подачи воды, обеспе-
чивающую подавление горения в ОП за время T , получено для случая пол-
ного испарения капель диспергированного потока на поверхности горящей
ПН, соответствующего максимальной интенсивности ее охлаждения. Это, в
свою очередь, означает, что скорость движения диспергированного потока,
подаваемого в ОП, и диаметр его капель должны выбираться из условия, что
время движения капель к ПН не должно превышать время, необходимое для
их прогрева до температуры кипения воды.
Время прогрева капли воды диаметром кd , движущейся в газовой среде
ОП, до температуры кипения воды определяется выражением [14]
ов
ов
г
врв
2
к
пр
373
ln
12 T
TTcd
m
, с, (29)
где рвc – теплоемкость воды, кДж/(кгК); в – плотность воды, кг/м3; г –
теплопроводность газа в ОП, кДж/(смК); овT – начальная температура воды
в капле, К.
Время перемещения капли от входа в ОП до поверхности ПН
к
max
пер
V
L
, с, (30)
где maxL – максимальное расстояние от входа диспергированного потока в
ОП до ПН, м; кV – скорость движения капли, м/с.
Из (29), (30) следует, что начальные параметры капель, обеспечивающие
их полное испарение на поверхности элементов грузового вороха в ОП,
должны удовлетворять условию перпр , т. е.
373
ln
029,0
ов
гmax
к
2
к 00
m
m
T
TT
L
Vd . (31)
Возможность получения высокоскоростного потока диспергированной
жидкости с указанными характеристиками обеспечивает гидроимпульсное
диспергирование, позволяющее управлять дисперсностью и интенсивностью
92
распада струи (шириной факела) при фиксированном расходе воды и уста-
новленном нагнетательном напоре путем изменения частоты генерируемых
пульсаций давления в потоке жидкости [15]. Кроме того, геометрические ха-
рактеристики факела гидроимпульсной струи позволяют осуществлять еди-
новременное накрытие всей зоны пожара в ОП минимальным количеством
отдельных потоков диспергированной пожаротушащей жидкости (воды).
Гидроимпульсное диспергирование является комбинацией гидравличе-
ского и импульсного способов, при котором пульсации давлений в потоке,
наиболее существенно влияющие на дисперсность, параметры и характери-
стики его факела, генерируются за счет энергии самого потока при фиксиро-
ванном питательном напоре ( пH ).
Соотношения для определения основных параметров и характеристик
факела гидроимпульсной струи в зависимости от частоты пульсаций давле-
ния имеют вид [16]:
– медианный диаметр капель
ип
0,5
и
5,0
п
2
ип
и
5,0
и
5,0
п
м
)1(
)1(
01,0
)1(
)1(
05,0
kfHHkf
kfHHkf
kfHHkf
kfHHHkf
kfd
, м, (32)
где f – частота, Гц; пH – питательный напор, м; иH – напор в импульсе, м;
k – коэффициент заполнения импульса ( k = 0,0025);
– начальный диаметр факела
3 0,5
и
2
0ф 2,4
0
kHdd , м, (33)
где 0d – диаметр выходного отверстия форсунки, м;
– угол раскрытия факела
стрф 1,1 , град, (34)
где стр – угол раскрытия сплошной струи, град;
– начальная скорость движения капель
0,5
и
5,0
п
ип
к
)1(
)1(
2,4
0 HkfkfH
HkfkfH
V
, м/с; (35)
– дальнобойность струи
maxmax 9,0 LL , м, (36)
где maxL – дальнобойность сплошной струи, соответствующая заданным
значениям пH и 0d , м [17];
– накрываемая площадь
2
tg
ô
maxômaxí 0
LdLS , м2; (37)
– интенсивность подачи
S
104
0,5
п
2
03 Hd
I , кг/(см2). (38)
93
Для оценки эффективности предлагаемого подхода к решению задачи
повышения пожаробезопасности эксплуатации ЗУК были проведены экспе-
рименты по подавлению горения соломы в обмолоточном пространстве ком-
байна СК-4 с площадью соломотряса, на котором укладывалась пожарная
нагрузка, пS = 6 м2 и показателем проемности ( 5,0
пп hF ) = 1,95. Масса по-
жарной нагрузки, загружавшейся в ОП, составляла пG = 35 кг.
Тушение пожара осуществлялось по сигналу от датчика извещателя по-
жара DS1820, подававшего при достижении температурой газовой среды в
ОП значения 400mT К команду на включение системы тушения пожара по-
током диспергированной воды с параметрами 5,1кп d мм, 45
0к V м/с, соот-
ветствующими полному испарению капель на ПН.
Указанные параметры гидроимпульсного потока обеспечивались устрой-
ством [15] при пH = 80 м, иH = 300 м и f = 35 Гц. Изменение интенсивно-
сти подачи воды в зону пожара осуществлялось изменением количества по-
дающих воду в ОП форсунок.
Результаты огневых экспериментов подтвердили эффективность предла-
гаемого подхода: развитый пожар в ОП ЗУК был подавлен за 3 мин 45 сек
при интенсивности подачи воды 05,0I кг/(см2) и за 2 мин при подаче воды
с интенсивностью 075,0I кг/(см2). Суммарный расход воды на тушение не
превысил 60 – 70 кг. Расчетные значения пожаротушащей интенсивности по-
дачи воды на тушение пожара в ОП, определенные по (28), составили 0,034 и
0,06 кг/(см2) соответственно, что позволяет рекомендовать применение со-
отношения (28) с коэффициентом запаса 5,1З K .
Таким образом, предложенный подход, разработанное научно-методи-
ческое обеспечение и средства его реализации могут быть, при соответству-
ющем выборе их параметров и характеристик, рациональным решением тех-
нически сложной, разноплановой и актуальной задачи повышения пожаро-
безопасности эксплуатации зерноуборочных комбайнов с использованием
возимого на комбайне запаса воды [18].
1. Бондар М. Степови кораблі - на мілини / М. Бондар // Сільські вісті. – 2009. – № 143 (18429). – С. 3.
2. Бондарь М. Повышение пожаробезопасности эксплуатации зерноуборочного комбайна: концепция и
пути ее реализации / М. Бондарь, А. Заволока, Н. Свириденко // Техніка і технології АПК. – 2010. – № 8
(11). – С. 12 – 16.
3. Козлов Д. Пожежна небезпека зернозбиральних комбайнів іноземного виробництва / Д. Козлов,
Ю. Смирнов // Бюлетень пожежної безпеки. – 2001. – № 1 (3). – С. 49 – 51.
4. Внимание! Горят комбайны // Зарубежное аграрное обозрение. – 1997. – № 8. – С. 3.
5. Flame Arrester Evolution for E-Diesel Fuel Tanks : report NREL / SR-540-34301 / Southwest Research Insti-
tute / – San Antonio, Texas, 2003. – 27 p.
6. Григорович М. Л. Практикум по решению пожарно-технических задач / М. Л. Григорович,
В. К. Воробьев, Ю. Г. Тумарович. – Минск : Дизайн ПРО, 1997. – 176 с.
7. Термогазодинамика пожаров в помещениях / В. М. Астапенко, Ю. А. Комаров, И. С. Молчадский,
А. Н. Шевлянов. – М. : Стройиздат, 1988. – 448 с.
8. Драйздейл Д. Введение в динамику пожаров / Д. Драйздейл. – М. : Стройиздат, 1990. – 424 с.
9. Портнов М. Н. Зерновые комбайны / М. Н. Портнов. – М. : Высшая школа, 1971. – 256 с.
10. Паршуто Н. Интеллектуальные системы пожарной безопасности / Н. Паршуто // Бюлетень пожежної
безпеки. – 2000. – № 1. – С. 56 – 57.
11. Повзик Я. С. Зависимость эффективности тушения электрокабелей тонкораспыленной водой от соот-
ношения интенсивностей теплоотвода и тепловыделения / Я. С. Повзик, В. Е. Макаров, Ю. Г. Журавлев
// Динамика пожаров и их тушения : Сб. Науч. Трудов ВИПТШ МВД СССР. – М., 1987. – С. 60 – 69.
12. Кремена А. П. Определение пожаротушащей интенсивности полидисперсного потока жидкости /
А. П. Кремена // Теория и практика металлургии. – 2003. – № 4. – С. 63 – 68.
13. Иванников В. П. Справочник руководителя тушения пожара / В. П. Иванников, П. П. Клюс. – М. :
Стройиздат, 1987. – 288 с.
94
14. Основы практической теории горения / Под ред. В. В. Померанцева. – Л. : Энергия, 1973. – 264 с.
15. Патент на изобретение 2140333 РФ, МПК B05В 1/08. Способ и устройство для получения струи жид-
кости с управляемой дисперсностью капель / Свириденко Н. Ф., Нода А. А. и др. : заявители и патенто-
обладатели Свириденко Н. Ф., Нода А. А. ; заявл. 24.09.97, опубл. 27.10.99, Бюл. № 30.
16. Бабенко В. С. Гидроимпульсная струя: теория и характеристики диспергированного потока /
В. С. Бабенко, А. П. Кремена // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – 2013. – № 5 / 7
(65). – С. 48 – 54.
17. Вильнер Я. М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Я. М. Вильнер,
Я. Т. Ковалев, Б. Б. Некрасов. – Минск : Вышейш. школа, 1976. – 416 с.
18. Патент на винахід № 27645UA, МПК А01D41/12, Зернозбиральний комбайн / Бондар М .А., Бабен-
ко В. С., Свириденко М. Ф. ; заявл. 30.04.98, опубл. 15.09.00, Бюл. № 4.
Институт технической механики Получено 25.01.2016,
Национальной академии наук Украины и в окончательном варианте 23.02.2016
Государственного космического агентства Украины,
Днепропетровск
Государственное предприятие
«Конструкторское бюро
«Южное» им. М. К. Янгеля»,
Днепропетровск
|