CC BY
13
нию вопроса обеспыливания и транспортировки отходов на деревообрабатывающих предприятиях. Проанализированы основные типы аспирационных систем и на основе анализа доказано, что существующие конструкции не обеспечивают комплексного подхода к вопросу сбалансирования экологических и энергетических факторов. Предложен термин "экологическая энергоэффективность", который определяет целесообразность межотраслевого решения вопроса экологической эффективности в процессах обеспыливания на предприятиях деревообрабатывающей отрасли.
Ключевые слова: пыль древесины, аспирационная система, обеспыливание, санитарные условия труда, энергопотребление, энергетическая эффективность, треугольник компромиссов, экологическая энергоэффективность.
Dadak Yu.R., Lyashenyk A.V. The Components of Comprehensive Solution to the Problem of Environmental Efficiency of Dust Control at Wood-Processing Enterprises
The authors determine the factors affecting the environmental efficiency of dust control processes at wood-processing enterprises and establish their relationship to take effective decisions based on the proposed "triangle of compromises". They validate relevance of the inter-sectoral approach to the problem of dust control and transportation of wood waste at enterprises. Also, they analyze the basic types of aspiration systems and prove that existing structures fail to provide a comprehensive approach to balancing environmental and energy factors. The authors suggest the term of environmental efficiency to determine feasibility of inter-sectoral efforts aimed at improving the environmental efficiency of dust control at wood-processing enterprises.
Keywords: wood dust, aspiration system, dust control, sanitary conditions of work, energy consumption, energy efficiency, triangle of compromises, environmental efficiency.
УДК 614.843(075.32)
ЕФЕКТИВШСТЬ ВИКОРИСТАННЯ ВОДИ ДЛЯ ЗАХИСТУ В1Д НАГР1ВАННЯ ШТАБЕЛ1В П1Д ЧАС ПОЖЕЖ1 НА В1ДКРИТИХ СКЛАДАХ Л1СОМАТЕР1АЛ1В
О.М. Коваль1
Для визначення ефективност використання води для захисту вщ названия штабе-лiв шд час пожежi на вщкритих складах лiсоматерiалiв проведено експериментальш дослщження цього процесу. Дослщження виконано за рiзних куйв напряму подачi по-жежним стволом типу Б суцшьного струменя до охолоджувально! поверхнi штабеля. З'ясовано, що для забезпечення як1сного охолодження поверхонь штабелш, якi розмь щенi зi сторони фронту пожежi, потрiбно виконувати подачу суцшьного струменя води шд кутом не бшьше 20 ° до поверхш штабеля у виглядi коливних маятникових рухiв. Для кращих умов охолодження потрiбно повторно наносити охолоджувальну рiдину для захисту поверхнi штабеля вщ загоряння з циклом не бшьше 5.. .10 с.
Ключовi слова: пожежа, штабель лiсоматерiалiв, експериментальнi дослщження, по-жежний ствол, суцiльний струмшь води.
Постановка проблеми. На деревообробних пiдприeмствах найбшьш по-жежонебезпечними спорудами е вiдкритi склади лiсоматерiалiв штабельного збертання. У разi виникнення пожежi та 11 лiквiдацií на складi лiсоматерiалiв головним завданням пожежно-рятувальних шдроздшв е забезпечення припи-нення розповсюдження фронту пожежi по штабелях лiсоматерiалiв. З цiею ме-
1 докторант О.М. Коваль, канд. техн. наук - НУ цивщьного захисту Украши
тою насамперед по^бно виконувати захист штабелiв, яю не горять i знахо-дяться перед фронтом пожежi, вiд 1х нагршання до температури займання дере-вини. Одним iз вiдомих способiв охолодження поверхонь деревини штабельного збер^ання е iнтенсивне обливання цих поверхонь водою.
Розглянемо основнi види бокових поверхонь штабелiв лiсоматерiалiв, яю збер1гаються на вiдкритих складах. Боковi поверхнi штабеля круглого люомате-рiалу зображено на рис. 1.
Рис. 1. Фрагмент поверхонь штабеля круглого лiсоматерiалу
Штабелi пиломатерiалiв можуть бути укладенi двома способами: 1) з утво-ренням зазорiв мiж шарами пиломатерiалiв (рис. 2, а); 2) без зазорiв мiж шарами пиломатерiалiв (рис. 2, б).
Рис. 2. Фрагменти поверхонь штабелiв пиломатерiалiв: а) з утворенням зазоргв м1ж шарами; б) без утворення зазоргв (торцева поверхня штабеля)
Для охолодження поверхонь штабеля використовують пожежш стволи Б з насадкою дiаметром 13 мм. Суцтьний струмшь води, який виходить iз насадки ствола, розпилюеться i падае на бокову поверхню у диспергованому вигляд1 Шсля зiткнення з поверхнею штабеля вода розбризкуеться в рiзнi боки, частко-во заходить в середину штабеля, а залишок води стiкае вниз по боковш повер-хнi штабеля. Шд час лiквiдацií пожеж на вщкритих складах лiсоматерiалiв штабельного збер^ання зовсiм не проводили дослщження стосовно ефективного використання води для захисту вiд нагрiвання штабелiв. Також вщсутт реко-мендацií в цьому напрямi в технiчнiй i довщниковш лiтературi. Тому виникае проблема у встановлеш методiв ефективного використання води для захисту вщ нагршання штабелiв, якi не горять i знаходяться перед фронтом пожежi.
Аналiз останшх дослщжень i публiкацiй. Першi дослщження з охолодження металевих стшок резервуарiв для зберiгання нафтопродуктiв виконано i наведено в роботах [1-3]. У них наведено методику проведення експеримен-
тальних дослщжень та отриманi результати. Пiд час потрапляння води iз по-жежного ствола на охолоджувану поверхню, вона утворюе гравiтацiйно стша-ючу плiвку, для яко! процес теплопередачi вiдрiзняeться вiд процесу з викорис-танням великого об'ему рiдини. Цi зауваження наведено в роботах [4-5]. Але для охолодження деревини штабельного зберкання результати дослiджень вщ-сутнi. Тому поставлено мету - дослвдити процес охолодження деревини штабельного зберкання i розробити методику 11 охолодження з ефективним вико-ристанням охолоджувально! рiдини.
Мета роботи. На пiдставi результатiв теоретичних i експериментальних дослвджень розробити методику ефективного використання води для захисту ввд нагршання штабелiв пiд час пожежi на вдаритих складах лiсоматерiалiв.
Постановка задачi та и розв'язання. Для вирiшення поставлено!' мети потрiбно розв'язати такi задача
1. Визначити довжину шляху водно!' смуги за й' опускання з найвищо! точки штабеля к до початку кишння.
2. Розглянути вплив штенсивноста подачi води на охолодження бокових повер-хонь штабеля.
3. За результатами експерименту визначити ефектившсть використання води пршд час охолодження бокових поверхонь штабелiв.
4. Розробити метод охолодження водою бокових поверхонь штабелiв з викорис-танням пожежного ствола Б.
Розв'язок поставлених задач почнемо з визначення ширини смуги стiкання води по боковш поверхнi штабеля. Наближено будемо вважати, що вода пiд час стшання утворюе смугу шириною Ъох, яка i охолоджуе зовнiшню поверхню деревини штабеля. Зовшшшй нагляд за сходженням смуги води показав, що 11 ширина змiнюеться в межах 0,7... 1,2 м. Для виконання розрахунтв приймаемо ширину водно! смуги стшання для охолодження поверхонь штабеля Ъох = 0,8 м. Позначимо ординату для вiдлiку довжини стжання водно! смуги через ук.
На першому етапг визначимо довжину шляху водно! смуги за 11 опускання з найвищо! точки штабеля до початку кишння. Для цього потрiбно визначити товщину водяно! смуги ё, швидкiсть !! опускання увм та коефщкнт тепловiддачi ат. Товщину водяно! смуги ё визначаемо за залежнктю [2]
5 = 0,3076 ^ ] Яе0,6, (1)
де: V - кшематична в'язкiсть води за температури 20 ° С; V = 1,006-10-6 м2/с; g -пришвидшення вiльного падiння; g = 9,81 м/с2; Яе - число Рейнольдса; для Б число Яе = 4226. Шсля постановки числових значень у залежнiсть (1) товщина плiвки сягае ё = 2,2. 3,5 мм.
Швидккть опускання водно! смуги визначаемо за залежнктю [2]
Уске
Ув.п =—^ , (2)
Ъох5
де: Ус - розхiд води стволом, м3/с; ке - коефiцiент, який враховуе ефектившсть використання води, тобто яка частина води вде на утворення водяно! смуги (по-
передньо приймаемо ке = 0,5). Пiсля постановки у залежнiсть (2) числових зна-чень отримуемо ув.п = 0,77.. .1,54 м/с.
Коефiцiент тепловiддачi визначаемо за залежнiстю [3]
ат = 0,0946^1^-1 Яе^Рг0,4, (3)
де: X - коефщкнт теплопровiдностi для води за температури 20 ° С; X = 5990 Вт/м- К; Рг - число Прандтля (для води за температури 20 ° С Рг = 7,02).
Пкля пiдстановки у залежнкть (3) числових значень отримуемо ат = 14,8 кВт/м2К
для ствола Б. Довжину шляху водно!' смуги до початку кипiння визначаемо за залежнктю [2]
Зрер Тс - 7 ...
Ук = уе.н~ар 1п -7—-, (4)
ат 7 с 7 к
де: р - густина води, кг/м3; (р = 998,2 кг/м3); ср - теплоемнiсть води, кДж/кг-К (ср = 4,183 кДж/кг-К); Тс - температура зовнiшньоí поверхш деревини штабеля, К; Т0 - температура зовшшнього середовища, К; Тк - температура кипiння води, К. Пкля постановки у залежнiсть (4) числових значень отримуемо ук = 0,8 м за Тс = 150°С та ук = 0,5 м за Тс = 200°С пiд час охолодження стволом Б.
На другому етапг розглянемо вплив штенсивносп подачi води на охолодження бокових поверхонь штабеля. 1нтенсивнкть охолодження визначаемо за залежнiстю
1с = ^. (5)
Ьох
Анатзуючи залежнкть (5), можна зауважити, що за збшьшення подачi стволами води на боковi поверхнi штабелiв i за збшьшення коефiцiента, який враховуе ефективнкть використання води, ефективнкть охолодження зростае. Це можна пояснити тим, що збiльшуеться передача кшькосп тепла бiльшiй кiлькостi води, що сткае. Тому ставиться задача встановити можливкть збшь-шити насамперед значення коефiцiента ке до максимально можливого значення за рахунок визначення оптимального кута напрямку подачi сущльного струме-ня пожежного ствола на охолодження бокових поверхонь штабеля.
На третьому етапг розглянемо ефективнкть використання води для охолодження бокових поверхонь штабелк. У процес охолодження вода, яка спря-мована зi ствола на боковi поверхш штабеля, частково входить в середину штабеля, частково ввдскакуе вщ поверхш, а залишок стiкае по боковш поверхнi штабеля i охолоджуе 11. Ставимо задачу визначити оптимальний кут напрямку подачi струменя води на бокову поверхню штабеля, який би забезпечив найбiльше значення коефщкнта ке. Для розв'язування цiеí задачi виконано комплекс експериментальних дослвджень з використанням штабелiв круглого лко-матерiалу та пиломатерiалiв. Подачу води на поверхню штабеля виконували за допомогою ручного ствола Б з насадкою 13 мм за напору 0,4 МПа з ввдсташ 1с = 5 м. Для збирання води, яка сикала з боково!' поверхнi штабеля i охолоджувала 11, використовували спецiальну емнiсть, ширина яко!' забезпечувала тiльки
прийом води з поверхш штабеля, а довжина забезпечувала утримання об'ему води ттьки на охолодження поверхнi штабеля впродовж часу т = 20 с до 70 л. Схему проведення експериментальних дослiджень зображено на рис. 3.
Рис. 3. Схема проведення експериментальних доЫджень для визначення коефщента ефективноот використання води для охолодження: 1) торець штабеля пиломатер1ал1в (див. рис. 2, б) (вид збоку); 2) емнгсть для збирання води;
3) суцыьний струмшь води; 4) пожежний ствол; 5) пожежний рукав;
6) пожежна автоцистерна
Виконання експерименту полягае в такому. Струмшь води 3 (рис. 3) вщ ствола 4 ударяеться об вертикальну торцеву поверхню штабеля 1. Вода, яка сть кае по поверхш штабеля, розмщуеться в емносп 2 та частково входить в щши-ни мiж лiсоматерiалом штабеля, а вся шша розл^аеться навколо емносп i штабеля. Вода, яка вийшла iз пожежного ствола об'емом Ус (Ус = 3,7-т, л), бтьша за об'емом води, що тшла на охолодження стшки штабеля, тобто и ефективного об'ему Уе, який збираеться в емносп 2. Тодi коефiцiент ефективностi використання води для захисту вщ нагрiвання штабелiв будемо визначати так:
ке Ус '
(6)
Визначення коефiцiента ефективностi використання води для захисту вщ нагрiвання штабелiв будемо виконувати за рiзних кутiв ф подачi струменя на бокову поверхню штабеля, а також з урахуванням штабелiв круглого люомате-рiалу та штабелiв пиломатерiалiв без зазорiв мiж шарами деревини i з зазорами. Крiм цього, будемо визначати значення ке для кожного виду лiсоматерiалу як з торцево'1 сторони штабеля, так i з боку штабеля, на якш лiсоматерiал розмще-ний вздовж оа свое'' конструктивно'' форми.
Дослiди проводили за значень кута ф = 20 40 60 80 90 Кiлькiсть повторень кожного дослщу 3 рази. Тривалiсть подачi суцiльного струменя iз пожежного ствола на кожному дослщ т = 10 с. Об'ем води iз емностi 2 (див. рис. 3) вимiрювали за допомогою тарируваних вiдер. За результатами кожного iз трьох експериментiв визначали середне значення, яке використовували для побудови графiчних залежностей та 1х аналiзу.
Результати дослiджень для визначення впливу кута ф подачi суцшьного струменя на коефiцiент ке ефективносп використання води для захисту вщ наг-ршання штабелiв круглого лiсоматерiалу зображено на рис. 4. Результати аналь зу отриманих експериментальних дослщжень свiдчать, що найбiльшу ефектив-шсть використання води для охолодження бокових поверхонь штабеля кругло-
' до
20 40 Кут падшня струменя (р, град.
Рис. 4. Вплив кута ф подачi суцЫьного струменя на коеф^ент ке ефективностi використання води тд час охолодження бокових поверхонь штабеля круглого лiсоматерiалу
Бтьше значення коефщ1ента ке = 0,78 за розмщення ствола тд кутом ф = 20 ° отримано тд час охолодження торцево'1 поверхш штабеля 1 ке = 0,65 - тд час охолодження поверхш штабеля вздовж довго'1 ос1 люоматер1алу. Р1зницю у значеннях коефщ1енлв ефективност1 використання води можна пояснити тим, що тд час охолодження торцево'1 поверхш штабеля плоск поверхш зр1зу круглого люоматер1алу утворюють кращ1 умови для створення водяно'1 смуги. Шд час охолодження б1чно'1 поверхш штабеля вздовж довго'1 ос1 люоматер1алу його конструктивна особливють сприяе умовам для розливу води в середину штабеля, що зменшуе злив води по водянш смуз1.
Наступш дослщження проводили на штабелях пиломатер1ал1в. Результати цих дослщжень для визначення впливу кута ф подач1 суцтьного струменя на коефщ1ент ке ефективносл використання води для захисту в1д нагр1вання шта-бел1в пиломатер1ал1в, яю складен без утворення зазор1в м1ж шарами деревини, зображено на рис. 5.
20 40 60 Кут падшня струменя (р, град.
Рис. 5. Вплив кута ф подачi суцЫьного струменя на коеф^ент ке ефективностi використання води тд час охолодження бокових поверхонь штабеля пиломатерiалiв, яш складен без утворення зазорiв мiж шарами
деревини
Анал1з отриманих результат1в експериментальних дослщжень показуе, що найбтьше значення коефщ1ента ке вщповщае куту м1ж струменем води 1 б1ч-ною поверхнею штабеля ф = 20 °. Це можна пояснити тим, що за зменшення кута ф виникають кращ1 умови для перемщення води по поверхш завдяки ковзан-
— ол с
ню з одночасним зменшенням 11 розбризкування. Одночасно значення коефь цieнта ке е бiльшим пiд час охолодження штабеля зi сторони довго1 осi пилома-терiалу. Пояснення такого явища полягае в тому, що на торцевш поверхнi зна-ходиться бтьша ктьюсть щтин для проходження води в середину штабеля (див. рис. 2, б), шж на сторон штабеля довго1 осi пиломатерiалу.
П1д час дослщження процесу охолодження штабелiв пиломатерiалу, в яких деревина укладена iз зазорами мiж 11 шарами (див. рис. 2, а), встановлено, що значення коефщента ке е меншим, порiвняно iз штабелями, яш укладенi без зазорiв мiж шарами деревини (рис. 6). Пояснення цього результату полягае в тому, що наявшсть зазорш дае змогу значнш кiлькостi води надходити в середину штабеля.
♦ з торця штабеля; —■— вздовж довго'1 оа пиломатер1алу
О 20 40 60 80 100 Кут падшня струменя (р. град.
Рис. 6. Вплив кута ф подачi суцтьного струменя на коеф^ент ке ефективностi використання води тд час охолодження бокових поверхонь штабеля пиломатерiалiв, як1 складен з утворенням зазорiв мiж шарами
деревини.
Шдсумовуючи отримаш результати теоретичних i експериментальних дос-лiджень, можна зробити таю висновки у виглядi рекомендацшного методу охолодження.
Висновки:
1. Для забезпечення яюсного охолодження поверхонь штабелiв, якi розмщеш зi сторони фронту пожежi, потрiбно виконувати подачу суцiльного струменя води тд кутом не бшьше 20 ° до поверхнi штабеля у виглядi коливних маятни-кових рухiв.
2. Охолодження потрiбно починати з верхньоУ частини штабеля i по всiй довжи-нi його охолоджувальноУ сторони, а також враховувати той чинник, що кишн-ня стжаючо!' водяноУ смуги починаеться на довжиш 11 шляху в межах
0.5. ..0,8 м.
3. Для кращих умов охолодження потрiбно повторно наносити охолоджувальну рiдину для захисту поверхш штабеля вiд загоряння з циклом не бшьше 5.10 с.
Лггература
1. Басманов ОС. Теоретичш основи попередження каскадного розповсюдження пожеж в резервуарних парках з нафтопродуктами i пщвищення ефективностi 11 лшшдацц : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра техн. наук: спец. 21.06.02 - "Пожежна безпека" / О.С. Басманов -Харюв : Вид-во УЦЗ УкраТни, 2006. - 36 с.
2. Абрамов Ю.А., Басманов А.Е. Моделирование охлаждения нагревающегося резервуара с нефтепродуктом / Ю.А. Абрамов, А.Е. Басманов // Автомобильный транспорт : сб. науч. тр. -Харьков : Вид-во ХНАДУ. - 2005. - Вып. 17. - С. 96-98.
3. Басманов А.Е. Моделирование струйного охлаждения резервуара / А.Е. Басманов // На-уковий вкник будiвництва : зб. наук. праць. - Харюв : Вид-во ХДТУБА. - 2006. - Вип. 35. - С. 205-209.
4. Кутателадзе С.С. Гидродинамика газожидкостных систем / С.С. Кутателадзе, М.А. Сты-рикович. - М. : Изд-во "Энергия", 1976. - 296 с.
5. Лабунцов Д.А. Теплообмен при пузырьковом кипении жидкостей / Д.А. Лабунцов // Теплоэнергетика : сб. науч. тр. - 1959. - № 12. - С. 19-26.
Надтшла до редакцп 29.08.2016р.
Коваль А.М. Эффективность использования воды для защиты от нагрева штабелей при пожаре на открытых складах лесоматериалов
Для определения эффективности использования воды для защиты от нагрева штабелей при пожаре на открытых складах лесоматериалов проведены экспериментальные исследования этого процесса. Исследования выполнены при различных углах направления подачи пожарным стволом типа Б сплошной струи к охлаждающей поверхности штабеля. Уяснено, что для обеспечения качественного охлаждения поверхностей штабелей, расположенных со стороны фронта пожара, необходимо выполнять подачу сплошной струи воды под углом не более 20 ° к поверхности штабеля в виде колеблющихся маятниковых движений. Для лучших условий охлаждения необходимо повторно наносить охлаждающую жидкость для защиты поверхности штабеля от возгорания с циклом не более 5... 10 с.
Ключевые слова: пожар, штабель лесоматериалов, экспериментальные исследования, пожарный ствол, сплошной поток воды.
Koval О.М. Water Use Efficiency against Heat Stacks Open Fire on Timber Warehouse
To determine the effectiveness of the use of water for protection from heat stacks in a fire on the open storage timber experimental studies have been carried out in this process. Investigations were carried out at different angles of the direction of feed the fire barrel type B continuous stream to the cooling surface of the stack. The results showed that for quality cooling surfaces piles arranged by the fire front, it is necessary to perform a continuous supply of water jets at an angle of less than 20 ° to the surface of the stack in the form of oscillating pendulum movements. For the best cooling conditions need to re-apply the cooling liquid for surface protection against fire stack with the cycle of not more than 5... 10 seconds.
Keywords: fire, stack wood, experimental study, fire barrel, a continuous flow of water.
УДК 004.942
ДОСЛ1ДЖЕННЯ РЕЖИМ1В УПРАВЛ1ННЯ ЕНЕРГОДИНАМ1ЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ У СИСТЕМАХ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ЗА НАЯВНОСТ1 АКУМУЛЮВАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТ1В
В.С. Кравчишин1, М.О. Медиковський2, Р.В. Мельник3, О.Б. Шуневич4
Обгрунтовано ефектившсть використання керованих акумуляторних батарей у структурi впрово! електрично! станци, з метою шдвищення ефективност використання вироблено! потужносй. Встановлено, що застосування керованих акумуляторних батарей у структурi впрово!' електрично! станцп розширюе можливост оптишзащ! режим]в енергоспоживання, а також ютотно шдвищуе ефектившсть в^оенергетичного облад-нання. Використання енергоакумулювального елемента у структ^ вггрово! електрично! станци забезпечуе пом'якшення перехщних енергодинамiчних процес]в у перюди критичних погодних умов (в умовах недостатньо! або надлишково! швидкост в^у) та навантажень споживач]в.
Ключовi слова: вирова електрична станцш, акумуляторна батарея, структура ВЕС.
1 асшр. В.С. Кравчишин - НУ "Львгвська полггехнка";
2 проф. М.О. Медиковський, д-р техн. наук - НУ "Льв1вська полггехнка";
3 студ. Р.В. Мельник - НУ "Львiвська полггехнка";
4 шдприемець О.Б. Шуневич, канд. техн. наук
