Підвищення ефективності гасіння пожеж з використанням переносного засобу димо- та тепловидалення

Abstract

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, її зв’язок з науковими програмами та планами, визначено мету, завдання, об’єкт і предмет досліджень, сформульовано наукову новизну та практичну значимість одержаних результатів, наведено відомості про апробацію та публікацію результатів досліджень. Дисертація присвячена вирішенню актуального наукового завдання у сфері пожежної безпеки – підвищення ефективності гасіння пожеж з використанням переносного засобу димо- та тепловидалення шляхом удосконалення технічних характеристик спрямованих на підвищення продуктивності нагнітання повітря під час гасіння пожеж у будинках та спорудах. Мета дослідження. Метою дисертаційної роботи є розкриття залежностей продуктивності переносних засобів димо- та тепловидалення від теплофізичних параметрів димогазових середовищ та відповідно особливостей конструкційних параметрів їх елементів, що є науковим підґрунтям для підвищення ефективності димо- та тепловидалення на пожежах за допомогою таких засобів. У першому розділі проаналізовано сучасний стан, способи та прийоми застосування, а також нормативно-технічні документи і патенти на винаходи та корисні моделі щодо засобів димо- та тепловидалення провідних країн світу. Здійснено аналіз методів моделювання, що можуть використовуватись при побудові математичної моделі для обґрунтування конструктивних параметрів елементів переносного засобу димо- та тепловидалення, які забезпечать максимальну продуктивність такого засобу. На підставі статистичних даних за останні п’ять років про пожежі у будівлях та спорудах, а також інформації про застосування за цей період переносних засобів димо- та тепловидалення пожежно-рятувальними підрозділами України встановлено необхідність проведення відповідних наукових досліджень, спрямованих на підвищення ефективності їх застосування на практиці. За результатами аналізу літературних джерел відзначено, що в розглянутих роботах недостатньо досліджені конструктивні параметри елементів переносних засобів димо- та тепловидалення, які впливають на продуктивність таких засобів. Зазначено, що у роботах вчених, присвячених питанням осадження продуктів згоряння, зниження температури та збільшення видимості в задимлених приміщеннях. Проте в їх роботах поза увагою залишилися питання щодо обґрунтування технічних параметрів, спрямованих на підвищення ефективності гасіння пожеж з використанням переносних засобів димо- та тепловидалення на практиці. Отже, встановлено необхідність проведення досліджень, спрямованих на розкриття залежності продуктивності переносних засобів димо- та тепловидалення від теплофізичних параметрів димогазових середовищ та відповідно особливостей конструкційних параметрів їх елементів, як наукового підґрунтя для підвищення ефективності гасіння пожеж з використанням таких засобів. У другому розділі встановлено перелік конструктивних параметрів елементів переносних засобів димо- та тепловидалення, які впливають на продуктивність, а саме: кут нахилу лопатей вентилятора та площа поверхні лопатей робочого колеса вентилятора. Розроблено математичну модель для обґрунтування конструктивних параметрів елементів переносного засобу димо- та тепловидалення, які забезпечують максимальну продуктивність такого засобу. Наведено результати математичного моделювання, що дають змогу дослідити залежність продуктивності від конструкційних параметрів елементів переносного засобу димо- та тепловидалення, а саме: впливу кута нахилу лопатей вентилятора та площі поверхні лопатей робочого колеса вентилятору. Визначено, що продуктивність Q (м3∙год-1) досліджуваного переносного засобу димо- та тепловидалення від кута нахилу профілю лопаті β (рад) та площі поверхні робочого колеса вентилятора S (м2) має вигляд двофакторної регресивної моделі. За результатами математичного моделювання обґрунтовано конструкційні параметри елементів переносного засобу димо- та тепловидалення, які забезпечують максимальну продуктивність, а саме: кут нахилу лопаті вентилятора 0,71 рад, площа поверхні робочого колеса вентилятора 0,143 м2. Знайдені величини було покладено в основу при проведенні удосконалення засобу димо- та тепловидалення. У третьому розділі представлено результати експериментальних досліджень для перевірки отриманих значень удосконалених параметрів переносного засобу димо- та тепловидалення за максимальною продуктивністю, проведених за попередньо розробленою методикою. На першому етапі експериментальних досліджень проводились вимірювання продуктивності двох переносних засобів димо- та тепловидалення – неудосконаленого та удосконаленого з кутами профілю лопаті вентилятора β = 41̊, площами поверхні лопатей робочого колеса y = 0,143 м2. На другому та третьому етапах експериментальних досліджень оцінено ефективність роботи існуючого та удосконаленого переносних засобів димо- та тепловидалення щодо нормалізації газоповітряного та температурного середовища (зменшення задимленості та температури). Також додатково досліджено можливість підвищення ефективності таких засобів одночасним подаванням повітря та розпиленого струменя води. У рамках експериментальних досліджень проведено 9 випробувань (3 – існуючого засобу, 3 – удосконаленого засобу та 3 – удосконаленого засобу з одночасним використанням повітря та води). Експериментальним шляхом виявлено і формалізовано у вигляді регресійної поліноміальної залежності зміни задимленості та температури в часі у разі використання удосконаленого переносного засобу димо- та тепловидалення. За результатами експериментальних досліджень встановлено залежність ефективності видалення температури та диму із приміщень та будівель удосконаленого переносного засобу димо- тепловидалення в порівнянні з існуючим засобом. У четвертому розділі на основі отриманих результатів досліджень обґрунтовано конструкційні параметри елементів переносного засобу димо- та тепловидалення враховуючи різні газові середовища при пожежі, які забезпечують його максимальну продуктивність, а також запропоновано відстані до припливного отвору для виконання примусової конвекції із застосуванням тактичних прийомів переносних засобів димо- та тепловидалення під час гасіння пожеж у будинках та спорудах, які вперше відображені і впроваджені у практичну діяльність пожежно-рятувальних підрозділів ДСНС в розроблених Рекомендаціях щодо застосування переносних засобів димо- та тепловидалення, що сприятиме підвищенню ефективності ліквідації пожеж в умовах видаляння газоподібних, аерозолевих продуктів згоряння і теплоти пожежі із зони проведення пожежно-рятувальних робіт. Запропоновані у роботі технічні рішення захищено патентом на корисну модель «Переносний засіб димо- та тепловидалення», № 142725 від 25.06.2020. Розрахунком визначено, що удосконалений переносний засіб димо- та тепловидалення у порівнянні з існуючим засобом дає можливість досягти ефективності під час гасіння пожежі: врятувати на 18 осіб більше, зменшити нанесення матеріального збитку від пожежі у розмірі 194 тис. грн. та зменшити час видалення небезпечних чинників пожежі до 4 хвилин. Загальна сума ефективності гасіння пожеж може досягти у разі використання удосконаленого переносного засобу димо- та тепловидалення під час гасіння всіх пожеж в Україні, які виникають у будинках та спорудах різного призначення у продовж одного року - 5 млрд 965 млн 500 тис. грн. У додатках представлений допоміжний матеріал, необхідний для повного розуміння предмету дослідження, а також акти впровадження результатів дисертаційного дослідження у практичну діяльність і освітній процес.