Касьянов Микола Анатолійович. Розвиток теорії і вдосконалення способів та засобів імпульсного пожежогасіння об'єктів промислового транспорту : Дис... д-ра наук: 21.06.02 - 2004.
Анотація до роботи:
Касьянов М.А. Розвиток теорії і вдосконалення способів та засобів імпульсного пожежогасіння об'єктів промислового транспорту. Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 21.06.02 – „Пожежна безпека”. Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, Луганськ, 2004.
Дисертація присвячена дослідженню і розробці нових, високоефективних способів і засобів подачі вогнегасних речовин в умовах об'єктів промислового транспорту. Досліджено поводження струменя вогнегасної порошковогазової суміші (ВПС), що подається імпульсним полум’япритискуючим пристроєм в умовах машинного відділення тепловозу. Схеми руху часток порошку, що знаходяться на периферії турбулентного струменя, відрізняються від раніше запропонованих і, унаслідок втрати кінетичної енергії і через ущільнення повітря в бічній границі струменя, повертаються в струмінь і інтенсивно гальмують його. Фактично порошковогазовий струмінь у поздовжньому перетині не виглядає однорідно, а поділяється на дві зони – центральну і периферійну. При цьому центральна зона підпитується порошком з розпилюючого насадку, а периферійна –з центральної зони, тобто тим порошком, що, зустрічаючи інтенсивний опір повітря, втрачає свою швидкість. І якщо в центральній зоні швидкість порошку в межах основної ділянки протягом часу роботи газогенеруючого заряду залишається практично постійною, то порошок у периферійній зоні основної ділянки втрачає швидкість, але при цьому струмінь не розпадається, а поступово розширюється внаслідок здатності порошку через малу дисперсність знаходитися в зваженому стані тривалий час. Відбувається постійне вивертання порошку з центра струменя до його периферії. Показано, що на основній ділянці струменя при плині з насадку двофазної рідинногазової суміші має місце стан порушення внутрішньої рівноваги між газовим компонентом потоку і краплями рідини. На основі математичного моделювання для умов об'єктів промислового транспорту розроблено два нових способи гасіння пожежі: у замкнутому обсязі – взаємно перпендикулярними зустрічно-перетинаючимися пласкими сканіруючими струменями ВПС; у вентильованих тунелях при наявності протяжних транспортних об'єктів (конвеєрів) – у виді поперечних, верхніх і бічних завіс із промислового мінерального пилу для ізоляції транспортного об'єкту від навколишнього простору виробничого приміщення з утворенням тунелів, у середину яких подається основний вогнегасний порошковий склад. Встановлено вплив конструктивних параметрів дефлектора і коефіцієнта провідності насадка, з урахуванням раніше відомих факторів, на швидкість подачі вогнегасних речовин і розподіл щільності їх розпилення, кільцевого зазору між дефлектором і корпусом пристрою – на повноту викиду ВПС, наявності лопаток у конічній частині корпусу, їх конструктивних параметрів і кута нахилу – на щільність розпилення ВПС. Встановлено, що для збільшення кута розкриття вісесиметричного конічного порошковогазового струменя, що подається з імпульсного полум’япритискуючого пристрою, необхідно забезпечити її закручування перед виходом з насадку. Розроблено стенди для оцінки вогнегасної здатності вогнегасних складів, що враховують вплив на ефект гасіння напору високошвидкісного потоку вогнегасних речовин, які подаються з імпульсних пристроїв пожежогасіння, які мають реакційну і проміжну камери.
Досліджено схему газогенеруючого пристрою, на основі якої розроблено засіб для локалізації пожежі переважно при різанні трубопроводів з пальною речовиною і декілька варіантів вогнегасників, розроблено пристрій для захисту моторного відсіку автомобіля, пристрій для гасіння пожежі на військовому автомобілі, вогнеперешкоджувач, автоматична установка для гасіння пожежі в резервуарі з дахом, що плаває.
Результати роботи використовуються в практичній діяльності декількох підприємств при забезпеченні пожежної безпеки об'єктів промислового транспорту, а також у навчальному і науково-дослідному процесі СНУ ім. В. Даля та інших вузів при підготовці фахівців транспортних спеціальностей.
У дисертації вирішена актуальна науково-технічна проблема вдосконалення способів та засобів протипожежного захисту об'єктів промислового транспорту.
Основні наукові результати і висновки, отримані в процесі досліджень, полягають у наступному:
1. Узагальнено основні напрямки розвитку способів та засобів імпульсного пожежогасіння, показані резерви і можливості підвищення ефективності їхнього використання, розроблено теоретичні основи нових принципів організації робочого процесу гасіння пожеж імпульсними засобами.
2. Розкрито і проаналізовано фізичні особливості робочого процесу імпульсної подачі ВР, що дозволили уточнити основні положення математичної моделі обліком: кінетичної енергії турбулентного шару струменя і питомої швидкості дисипації, а також коагуляції часток ВР при взаємодії з твердими поверхнями й іншими струменями; критеріальних умов початку активних дифузійних процесів взаємодії струменя ВР з навколишнім середовищем для різних значень середньозваженої щільності ВР; обміну кількості руху периферійних відбитих шарів потоку ВР при формуванні плаского струменя.
3. Виявлено закономірності впливу термодинамічної і кінетичної нерівноваги окремих фракцій порошковогазової і рідинногазової сумішей основної дільниці струменя на вогнегасний потенціал об’єму оболока ВР, що формується полум’япритискуючим пристроєм.
4. Запропоновано принципово нова схема організації подачі ВПС при гасінні пожеж підвісних конвеєрів, заснована на використанні аеродинамічних завіс, що створюються спеціально орієнтованими пласкими струменями ВПС, які витікають з розпилювачів полум’япритискуючих пристроїв. Такий спосіб дозволяє відмовитися від розміщення у зоні роботи підвісного конвеєра обмежувальних сіток, що перешкоджають доступу персоналу до вогнищ запалення, і знизити витрата дорогого ВПС.
5. У результаті розрахунково-експериментальних досліджень імпульсної подачі ВР виявлені і проаналізовані закономірності впливу конструктивних параметрів виконавчих пристроїв на їхні експлуатаційні характеристики. Зокрема, досліджено вплив конфігурації дефлектора на якість аерації ВПС у корпусі газовим потоком, що надходить із зарядної камери.
Встановлено, що повний викид ВПС із полум’япритискувача забезпечується при виконанні дефлектора у виді перфорованого стакану з кутом при вершині = 150, розміщеної усередині корпуса пристрою з зазором, перетин якого дорівнює площі бічних отворів дефлектора. При цьому їхня сумарна площа повинна бути не менш площі отворів у днищі дефлектора, а прохідний перетин центральної трубки дорівнює площі бічних отворів дефлектора.
6. Розроблені методи узгодження розмірних співвідношень проточних елементів полум’япритискуючого пристрою, алгоритми пошуку режимів подачі ВР для різних умов руху пожежонебезпечних об'єктів, а також програмне забезпечення дозволяють істотно скоротити трудомісткість дослідницьких, дослідно-конструкторських і доводочних робіт, розширити область пошуку оптимальних параметрів імпульсних засобів пожежогасіння. Застосування двохпараметричної моделі порошковогазового струменя розширило уявлення про механізм впливу турбулентності на швидкість подачі ВР і розподіл їхньої концентрації.
7. Експериментально на спеціально розроблених стендах уперше виконана візуалізація динаміки формування струменів різної конфігурації, отримані кількісні характеристики зміни параметрів робочого процесу.
Виявлено залежність часу імпульсної подачі ВР від коефіцієнта провідності конічного насадка . Зокрема, установлено, що при збільшенні с 0,05 до 0,077 для насадка з вихідним отвором діаметром d = 5 мм час подачі ВР зменшується з 0,44 с до 0,219 с.
8. Удосконалено спосіб гасіння пожеж у замкнутому об’ємі організацією просторового переміщення лінії перетинання двох пласких струменів ВР з максимальним охопленням об'єкта, що захищається. Використання насадків зі змінюваною орієнтацією сприяє значному підвищенню проникаючої здатності ВР і зниженню її витрати в 1,4...1,7 рази.
9. Експериментально в полігонних умовах підтверджена можливість одержання заявлених характеристик засобів імпульсного пожежогасіння. Виявлено резерв зниження розходу ВР на 30%...36% за рахунок збільшення динамічної складової струменя при підвищенні швидкості з 10 м/с до 100 м/с.
Досягнуте збільшення кута розкриття осесимметричного конічного струменя ВПС до 45...50, за рахунок розміщення на внутрішній поверхні конічної частини корпуса похилих лопаток, сприяло значному підвищенню ефективності використання ВПС.
10. Дано рекомендації з розвитку імпульсних систем пожежної безпеки об'єктів промислового транспорту, та вдосконаленню їх експлуатаційних властивостей. Запропонована методика імовірнісного розрахунку надійності елементів полум’япритискуючого пристрою.
Теоретичні розробки, методики розрахунку і практичні рекомендації використовуються на підприємствах, що виробляють і експлуатують транспортні системи, в організаціях, що спеціалізуються на створенні систем пожежної безпеки об'єктів промислового транспорту, а також у навчальному і науково-дослідному процесі СНУ ім. В. Даля та інших вузів при підготовці фахівців з охорони праці і транспортних спеціальностей.
Публікації автора:
Касьянов Н.А. Совершенствование пожарной защиты окрасочных отделений с конвейерной подачей изделий. – Луганск, ВНУ им.В.Даля, 2001.–103с.
Касьянов Н.А. Параметры транспортирования огнетушащих веществ на объектах промышленного транспорта. – ВНУ им.В.Даля, Луганск, 2002.–247с.
Голубенко А.Л., Касьянов Н.А., Михайлов Д.В. Транспорт и пожары – Луганск, ВНУ им. В.Даля, 2002. – 212с.
Касьянов Н.А., Александров В.Е., Севриков И.В. Огнетушители с газогенерирующими зарядами для транспортных объектов. – Луганск, ВНУ им. В.Даля, 2003. – 108с.
Касьянов М.А., Ревенко Ю.П., Тищенко Ю.А. Захист населення в умовах надзвичайних ситуацій. Навчальний посібник. – Луганськ: СНУ ім. В. Даля (МОН України), 2003. – 183с.
Каратун А.В., Севриков В.В., Касьянов Н.А., Солодовник М.Д. К определению основных параметров доставки жидких огнетушащих составов исполнительными устройствами импульсного принципа действия // В кн.: Горючесть веществ и химические средства пожаротушения, вып.4. – Москва, ВНИИПО, 1978.– С. 62–63.
Солодовник М.Д., Касьянов Н.А. К расчету днищ цилиндрических резервуаров с учетом боковой пригрузки // Конструирование и производство транспортных машин, вып.12. – Харьков, ХГУ, 1981. – С. 115–117.
Касьянов Н.А., Сухаревская О.Н. Повышение эффективности использования огнетушащих порошковых составов (ОПС). Сб. научн. работ ВНУ. – Луганск, 1999. – С. 46.
Касьянов Н.А. Разработка автоматической системы порошкового пожаротушения (АСПП), оснащенной радиальным вентилятором // Пожежна безпека -2001: Зб. наук. пр. – Львів, УкрНДІПБ, СПОЛОМ. – С. 381–383.
Касьянов Н.А. О моделировании процесса истечения огнетушащего порошка из импульсного пламеподавителя // Вісник СНУ. – Луганськ, 2001. – № 11(45). – С. 256–259.
Касьянов Н.А. Исследование струйного течения огнетушащих составов из импульсных пламеподавителей // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. – Луганськ, СНУ ім. В. Даля, 2001. – С. 190–193.
Касьянов Н.А. Моделирование неустановившегося двухфазного потока огнетушащего вещества из импульсного пламеподавителя // Вісник СНУ ім. В. Даля. – Луганськ, 2002. – №2 (48). – С. 116–120.
Касьянов Н.А. Исследование давления в реакционной камере и корпусе импульсного пламеподавителя для транспортных систем // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. – Луганськ, СНУ ім. В. Даля, 2002. – С. 230–238.
Касьянов Н.А. Пожарная безопасность тепловозов и дизель-моторных вагонов // Вісник СНУ ім. В.Даля. – Луганськ, 2002. –№6(52), Т.2.–С.166–171.
Касьянов Н.А. Разработка лабораторной модели для импульсного транспортирования жидких огнетушащих веществ // Вісник СНУ ім. В.Даля. – Луганськ, 2002. – №7 (53). – С. 157–165.
Голубенко А.Л., Касьянов Н.А. Влияние вибрации транспортных средств на эффективность автоматических установок пожаротушения // Вісник СНУ ім. В.Даля. – Луганськ, 2002. – №11 (57). – С. 12–21.
Касьянов Н.А., Михайлов Д.В. Исследование плотности распыления порошка и плотности орошения жидкости по сечению струи при их транспортировании импульсным пламеподавителем // Вісник СНУ ім. В.Даля. – Луганськ, 2002. – №9 (55). – С. 217–224.
Касьянов Н.А. Синхронизатор процессов исследования параметров транспортирования огнетушащих веществ при импульсной подаче. // Вісник СНУ ім. В.Даля. – Луганськ, 2002. – №12 (58). – С. 98–103.
Касьянов Н.А., Севриков И.В. Устройства для оценки огнетушащей способности веществ, применяемых для тушения пожаров транспортных средств: Сб. научн. тр. СевНТУ "Оптимизация производственных процессов". – № 6. – Севастополь: СевНТУ, 2003. – С. 206–211.
Касьянов Н.А., Михайлов Д.В. Компьютерное моделирование динамики опасных факторов пожара // Вісник СНУ ім. В.Даля. – Луганськ, 2003. – № 8 (66). – С. 99–103.
Касьянов Н.А. Исследование надежности элементов импульсного пламеподавителя //Вестник СевНТУ "Механика. Энергетика. Экология" № 48.– Севастополь, 2003. – С. 154–159.
Касьянов Н.А. Потери рабочего давления в системе огнетушителя // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. –Луганськ, СНУ ім. В. Даля, 2003. –С.201–208.
Касьянов Н.А. Расчет количества огнетушащего вещества для тушения пожара в вентилируемом объеме объекта промышленного транспорта // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету – Кременчук, вип. 2/2003 (19), Т. 3. 2003. – С. 148–150.
Касьянов Н.А. Определение оптимальных размеров зарядной камеры огнетушителей с газогенерирующими зарядами // Вісник СНУ ім. В.Даля. Технічні науки. Серія транспорт. – Луганськ, 2003.– №9 (67), Т.2.–С.138–144.
Касьянов Н.А., Александров В.Е. Исследование параметров огнетушителей с газогенерирующими зарядами для транспортных объектов // Вісник СНУ ім. В.Даля – Луганськ, 2003. – № 4 (62). – С. 195–198.
Касьянов Н.А. Разработка устройств для тарирования датчиков давления // Вісник СНУ ім. В.Даля – Луганськ, 2003. – № 7 (65). – С. 20–23.
Касьянов Н.А., Севриков И.В. Оптимизация надежности и эффективности автоматических установок пожаротушения при проектировании. Общ. „Знание” УССР. – Киев, РДЭНТП, 1989. – 16 с.
Рекомендации по устройству и применению автоматической системы порошковогазового пожаротушения АСПГП. Разраб. Севриков В.В., Баратов А.Н., Вогман Л.П., Глазкова А.П., Сурков А.Г., Касьянов Н.А., Каратун А.В., Цопа Г.А., Александров В.Е., Кожин В.Н., Линецкий В.А., Водяник В.И., Николенко А.Ф. – М.: ВНИИПО, 1978. – 48 с.
Автоматическая установка для тушения пожара в резервуаре: А.с. 698629 СССР, МКИ А62С 35/54/ Севриков В.В., Кожин В.Н., Каратун А.В., Касьянов Н.А., Александров В.Е. - №2579960/29-12. Заявл. 13.02.78. Опубл. 25.11.79. Бюл. - № 43. – 2с.
Стенд для оценки огнетушащей способности огнегасительных веществ: А.с. 1367985 СССР, МКИ А62С 39/00/ Севриков В.В., Александров В.Е., Честный А.Л., Август В.В., Касьянов Н.А., Стратилатов В.В. -№4106521 /31-12. Заявл. 30.05.86. Опубл. 23.01.88. Бюл. - № 3. – 3с.
Устройство для тушения пожара на военных автомобилях: А.с. 1444992 СССР, МКИ А62С 35/12/ Севриков В.В., Касьянов Н.А., Александров В.Е., Стратилатов В.В., Карпенко В.А. - № 4227524/31-12. Заявл. 13.04.87. Опубл. 1988. Бюл. № 46. – 4с.
Стенд для оценки огнетушащей способности огнегасительных веществ: А.с. 1472071 СССР, МКИ А62С 33/00/ Севриков В.В., Александров В.Е., Честный А.Л., Август В.В., Касьянов Н.А., Стратилатов В.В. - №4233615/31-12. Заявл. 22.04.87. Опубл. 15.04.89. Бюл. - № 14. – 3с.
Стенд для испытания ручных огнетушителей: А.с. 1449136 СССР, МКИ А62С 39/00/ Касьянов Н.А., Александров В.Е. - №4240986/31-12. Заявл. 05.05.87. Опубл. 07.01.89. Бюл. - № 1. – 3с.
Устройство для определения огнетушащих свойств порошковых составов: А.с. 1639671 СССР, МКИ А62С 39/00/ Касьянов Н.А. - № 4394146/40-12. Заявл. 15.03.88. Опубл.07.04.91. Бюл. – №13. – 3с.
Устройство для тушения пожаров: А.с. 1755820 СССР, МКИ А 62 С 35/68 / Каратун А.В., Касьянов Н.А., Гуляков В.П., Стратилатов В.В., Колибабчук А.А., Кожин В.Н. – №4711655/12; Заявлено 29.06.89; Опубл. 23.08.92, Бюл. № 31. – 4 с.
Пристрій для пожежного захисту моторного відсіку автомобіля: Патент України 32717А А62С35/12/ Александров Д.В., Касьянов Н.А., Кожин В.Н. Заявл. 17.02.98. Опубл. 29.12.99. Бюл. №8.
Каратун А.В., Касьянов Н.А., Кожин В.Н., Севриков В.В., Солодовник М.Д., Стратилатов В.В. Перспективные вопросы разработки и создания противопожарной техники // Тезисы докл. I Всес. научн.-техн. конф. “Пожаровзрывобезопасность производственных процессов в металлургии”. – Москва: МВССО СССР, МИСИС. – 1983. – С. 227–229.
Александров В.Е., Гуляков В.П., Касьянов Н.А., Стратилатов В.В. Комплексная автоматическая система пожаротушения для защиты технологических помещений и оборудования // Тезисы докл. I Всес. научн.-техн. конф. “Пожаровзрывобезопасность производственных процессов в металлургии”. – Москва: МВССО СССР, МИСИС. – 1983. – С. 230–231.
Касьянов Н.А., Севриков В.В., Карпенко В.А. Определение удельного расхода огнетушащих веществ при импульсной подаче // Тезисы докл. II Всес. научн.-техн. конф. “Пожаровзрывобезопасность технологических процессов, пожаро- и взрывозащита оборудования и сооружений”. – Северодонецк. – 1985. – С. 101–102.
Гуляков В.П., Касьянов Н.А., Харьковский Б.Т. Способ тушения пожаров в камерах сушки окрасочных отделений // Тезисы докл. II Всес. научн.-техн. конф. “Пожаровзрывобезопасность технологических процессов, пожаро- и взрывозащита оборудования и сооружений”. – Северодонецк. – 1985. – С. 103–104.
Стратилатов В.В., Александров В.Е., Касьянов Н.А. Блок управления автоматической системой пожарной защиты технологического оборудования // Тезисы докл. респ. научн.-техн. конф. – Ворошиловград: ВМИ. – 1986. – С. 112–113.
Касьянов Н.А., Гуляков В.П., Солодовник М.Д., Харьковский Б.Т. Пламеподавитель импульсного действия для формирования плоских широкозахватных порошковых струй // Тезисы докл. III Всес. научн.-техн. конф. “Пожаровзрывобезопасность производственных процессов в металлургии”. – Москва: МВССО СССР, МИСИС. – 1987. – С. 190.
Касьянов Н.А., Стратилатов В.В., Честный А.Л. Универсальный стенд для оценки эффективности огнетушащих веществ // Тезисы докл. респ. НТС. “Профилактика и тушение пожаров на объектах народного хозяйства”. – Севастополь. – 1988. – С. 79–80 .
Касьянов Н.А. Совершенствование пожарной защиты окрасочных отделений с конвейерной подачей изделий // Материалы межд. научн.-техн. конф. “Создание и использование высокоэффективных наукоемких ресурсосберегающих технологий, машин и комплексов”. – Могилев: МГТУ. –2001. – С. 223–224.
Касьянов Н.А., Александров В.Е. Определение площади орошения и массы огнетушащего вещества для огнетушителей с газогенерирующим зарядом // Материалы VI научно-практической конференции “Пожарная безопасность-2003”. – Харьков: УкрНИИПБ, АПБ. – 2003. – С. 262–264.
Особистий внесок здобувача. У працях, опублікованих разом із співавторами Касьянову М.А. належать: [3] – 1, 3, 4 розділи, у 2 розділі параграфи 2.1.2–2.1.5, 2.1.8; [4] – проведення експериментальних досліджень та обробка отриманих результатів; [5] – розділи 1, 3 – 6; [6] – проведення експериментальних досліджень та обробка отриманих результатів; [7] – обґрунтування необхідності приєднання до рівнянь і граничних умов задачі про вигиб круглої пластини рівняння, яке зв’язує осадку основи u(r) і невідомий контактний тиск g(r) при умові w (r)= u(r) у області контакту; [8] – розробка сідлового клапану, який зачиняє вихідний отвір бункеру пристрою, зв’язаний різьбовим з’єднанням з гвинтом, закріпленим на осі вентилятору, з можливістю переміщення уздовж нього; [16] – аналіз виконання основних правил при різних способах подачі вогнегасного порошку, а також аналіз схем систем пожежогасіння дизельного приміщення і високовольтної камери тепловозу; [17] – проведення експериментальних досліджень, встановлення залежностей розподілу щільності розпилу порошку і зрошення рідини в залежності від тиску, відстані, кута конуса насадку і коефіцієнту його провідності; [19] – постановка задачі необхідності врахування впливу швидкісного напирання потоку вогнегасних речовин при оцінці вогнегасної здатності останніх, розробка конструкцій стендів, проведення експериментальних досліджень, обробка результатів та встановлення залежностей; [20] – постановка завдання про необхідність врахування впливу вентиляційних повітряних потоків на характер зміни температури при розвитку пожежі; [25] – проведення експериментальних досліджень та обробка отриманих результатів.
