Підвищення ефективності пожежогасіння за рахунок дискретної подачі вогнегасних речовин

Abstract

Поліванов О.Г. Підвищення ефективності пожежогасіння за рахунок дискретної подачі вогнегасних речовин. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 261 – Пожежна безпека. – Національний університет цивільного захисту України, Харків, 2023 р.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливого науково- практичного завдання в галузі пожежної безпеки, а саме: підвищення

ефективності гасіння пожеж класу А багатоповерхових будівлях шляхом зменшення часу вільного розвитку пожежі за рахунок дискретної подачі вогнегасних речовини в осередок пожежі. У вступі подано загальну характеристику дисертаційної роботи. Обґрунтована актуальність теми дисертації, сформульовано мету роботи та основні завдання дослідження, показано зв’язок роботи з науковими програмами. Наведено дані про особистий внесок здобувача, апробацію роботи та публікації. У першому розділі АНАЛІЗ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ І СПОСОБІВ ПОЖЕЖОГАСІННЯ, ЩО ЗАБЕЗПЕЧУЮТЬ ДОСТАВКУ ВОГНЕГАСНИХ РЕЧОВИН надано аналітичний огляд стану пожеж за період з 2018 по 2022 рік в Україні. Визначені та проаналізовані проблеми розвитку пожеж у багатоповерхових будівлях у містах України. Встановлено взаємозв’язок наступних параметрів: площі горіння, поверху будівлі, час локалізації пожежі для міських населених пунктів, які було поділено на відповідні групи за чисельністю населення та площею території із використанням методів кластерного аналізу. Для кожної групи міст, що були оброблені спостерігається зростаюча динаміка стосовно площі пожежі та часу локалізації при підвищенні поверху будівлі, де виникла пожежа. Отримані статичні дані свідчать, що площа пожежі

3 та час локалізації збільшується в середньому від 3,5 до 6 разів (для 8-9 поверхів порівняно з першим), що зумовлює необхідність зменшення часу локалізації за рахунок зменшення часу вільного розвитку пожежі шляхом подачі вогнегасних речовин у контейнерах (капсулах) зовні будівель. Проаналізовано наукові дослідження щодо використання вогнегасних речовин та способів їх доставки для цілей пожежогасіння. Визначено, що на теперішній час розроблено декілька способів доставки вогнегасних речовин, але відсутній універсальний спосіб, який би задовольняв вимогам особистої безпеки пожежних-рятувальників, оперативності розгортання, економічності, екологічної безпеки та вогнегасної ефективності. Тому модернізація способів подачі вогнегасних речовин є перспективним та актуальним завданням подальшого наукового пошуку. Проведено аналіз дальності доставки вогнегасних речовин, досліджено питання забезпечення безпеки та ефективності гасіння пожеж. Визначено, що для створення експериментальної пневматичної стволової установки пожежогасіння для дискретної подачі вогнегасної речовини необхідно теоретично обґрунтувати та встановити форму і габаритні характеристики контейнера (капсули), наповненого вогнегасною речовиною, визначити початкову швидкість і кут нахилу ствола для пострілу. Виконано аналіз ефективності застосування технічних засобів пожежогасіння та методів доставки вогнегасних речовин. Як один із напрямків вирішення питання щодо гасіння пожеж у багатоповерхових будівлях запропоновано використовувати стволові установки дискретної подачі вогнегасних речовин у контейнерах (капсулах) в осередок пожежі за рахунок пневматично-імпульсного способу. У другому розділі ОБГРУНТУВАННЯ СПОСОБУ ДИСКРЕТНОЇ ПОДАЧІ ВОГНЕГАСНИХ РЕЧОВИН наведені матеріали та методи дослідження, які використовувались для досягнення мети та вирішення завдань дисертаційної роботи. Надана технічна характеристика устаткування для дискретної подачі вогнегасних речовин. Описано дослідження критичних

4 швидкостей та навантажень на контейнер для дискретної доставки вогнегасної речовини, які забезпечують руйнацію контейнера при зіткненні з твердою поверхнею. Наведено опис геометричної моделі контейнера у формі кулі, розроблено його скінченно-елементна модель. Визначено необхідні властивості матеріалу для створення прототипу контейнеру шляхом 3D друку. Отримано результати дослідження ударного навантаження на контейнер. Здійснено оцінку параметрів руйнування шибки вікна при влучанні в нього контейнера, оскільки дискретна доставка вогнегасної речовини відбувається скрізь віконний отвір. При цьому побудовано геометричну модель, скінчено-елементну модель шибки, визначено початкові умови та проаналізовано результати розрахунків. При аналізі отриманих результатів можна зробити висновок, що при ударі контейнера по склу, відбувається руйнація як контейнера, так і шибки, що забезпечує доставку наступних контейнерів в осередок пожежі. У третьому розділі ЕФЕКТИВНІСТЬ СПОСОБУ ДИСТАНЦІЙНОЇ ПОДАЧІ ВОГНЕГАСНОЇ РЕЧОВИНИ представлені дослідження експериментальної перевірки ефективності використання способу локалізації пожежі класу А дискретною подачею вогнегасної речовини. Проведено дослідження у вогневому модулі контейнерного типу, в результаті якого отримали результати у вигляді суттєвого зниження температури пожежі характерної для горіння типового пожежного навантаження при локалізації осередку запропонованим способом. Експериментально визначено параметри купності влучення контейнером у ціль. Відштовхуючись від отриманих параметрів, розрахована імовірність влучення контейнером при пострілах контейнерами з вогнегасною речовиною в типові віконні отвори. Показано, що дана імовірність досягає значення, яке забезпечує майже гарантоване влучення. Крім того, отримано розрахунки, які демонструють низьку імовірність небажаного влучання контейнером в сусідні вікна. Для оцінки максимальної відстані подачі було проведено натурні експерименти які продемонстрували високу дальність подачі контейнера.

5 У четвертому розділі ПРАКТИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИКОРИСТАННЯ СПОСОБУ ДИСКРЕТНОЇ ПОДАЧІ ВОГНЕГАСНОЇ РЕЧОВИНИ розроблено спосіб моделювання траєкторії доставки контейнера (капсули) з вогнегасною речовиною до вікон верхніх поверхів будинків, де виникла пожежа, за умови, що в якості засобу доставки використовується імпульсно-пневматична установка. Описано кути вильоту контейнера (капсули), які забезпечують перетин настільної і навісної траєкторій у заданій точці цілі (у палаючому вікні будівлі). Розраховано стартову швидкість, здатну забезпечити досягнення палаючого вікна будівлі. Описано траєкторію доставки контейнера (капсули) до вікна заданої висоти над рівнем землі за умови відомої відстані від зрізу ствола установки до стіни будівлі. Знайдено значення мінімальної початкової швидкості вильоту контейнера (капсули), яке забезпечує його доставку до вікна з пожежею. Враховано вплив швидкості і напрямку вітру на зовнішню балістику. Для здійснення практичних розрахунків розроблено комп’ютерну програму для знаходження значень початкових швидкостей і кутів пострілів, за умови введення вихідних даних (відстані до будівлі, поверху). Запропоновано використання планшета для оперативних розрахунків параметрів траєкторій доставки контейнера, з метою ефективного розрахунку параметрів розміщення установки для дискретної подачі вогнегасних речовин. Наукова новизна отриманих результатів. 1. Вперше запропоновано спосіб дискретної (капсульованої) подачі вогнегасної речовини в осередок пожежі, що дозволяє зменшити час її вільного розвитку. 2. Вперше запропоновано і експериментально підтверджено ефективне застосування контейнерів (капсул), споряджених вогнегасним порошком, для дистанційної локалізації осередків пожеж класу А в багатоповерхових будівлях. 3. Удосконалено теоретичний опис зовнішньої балістики контейнера (капсули) для доставки вогнегасних речовин в осередок пожежі на верхні поверхи багатоповерхових будівель. Практичне значення отриманих результатів полягає в опрацюванні

6 статистичних даних, які характеризують процес гасіння пожеж у багатоповерхових будівлях аварійно-рятувальними підрозділами міст. У результаті дослідження було проведено поділ міських населених пунктів на відповідні групи за чисельністю населення та площею території із використанням методів кластерного аналізу. Отримані статичні дані свідчать, що площа пожежі та час локалізації збільшується в середньому від 3,5 до 6 разів (для 3-9 поверхів порівняно з першим), що зумовлює необхідність зменшення часу локалізації за рахунок зменшення часу вільного розвитку пожежі шляхом подачі вогнегасних речовин у контейнерах (капсулах) зовні будівель. Здійснено дослідження впливу ударного навантаження, визначено критичні рівні швидкостей зіткнення контейнеру (капсули), при якому відбувається руйнування. Для визначення параметрів виникаючого напруженого стану було проведено динамічний аналіз явним чином за допомогою МСЕ. Для цього було побудовано геометричну та СЕ модель конструкції та площу зіткнення. Проаналізовано стан контейнеру (капсули) при падінні з різною швидкістю. Досліджувалися три розрахункові моделі з урахуванням заповнення контейнера водою, вогнегасним порошком та без наповнення. Швидкість зіткнення варіювалась між 10 м/с та 30 м/с. При наповнені вогнегасною речовиною контейнера зона максимальних напружень локалізуються на верхній поверхні конструкції, на відміну від випадку коли контейнер не наповнено. Руйнування конструкції відбувається при швидкості 10 м/с (зона утворення тріщин) 30 м/с (повна руйнація). Проведені серії натурних експериментів дозволили встановити параметри купності влучання контейнером (капсулою) при обстрілі умовної мішені. Засновуючись на отриманих параметрах розрахована імовірність влучення контейнером (капсулою) при обстрілі типових віконних отворів. Показано, що дана імовірність практично досягає значення, що забезпечує майже гарантоване влучення. Знайдено описи кутів вильоту контейнера (капсули) з вогнегасною речовиною, які забезпечують існування настільної і навісної траєкторій, що

7 перетинаються в заданій точці поверхні будівлі. На базі цього розроблено програмне забезпечення для складання таблиці, де одержані значення кутів відповідають траєкторіям, які перетинаються у вікні відповідного поверху де виникла пожежа. У таблиці зібрані значення кутів, траєкторії яких попадають у ціль на заданій відстані від установки дискретної подачі вогнегасних речовин. Розроблені технічні вимоги щодо засобу доставки контейнерів (капсул) з вогнегасною речовиною; програмне забезпечення для розрахунків кутів необхідних для визначення траєкторії польоту контейнера (капсули); пропозиції щодо застосування установки для дискретної подачі вогнегасних речовин. Результати досліджень впроваджені в діяльність ГУ ДСНС України у Дніпропетровській, Луганській та Вінницькій областях, ТОВ «Промислова компанія «Пожмашина», а також у навчальний процес здобувачів вищої освіти спеціальності 261 «Пожежна безпека» Національного університету цивільного захисту України.