Идеальное моделирование - основа совершенствования системы противопожарной защиты предприятий Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЖАРОВ

А. В. Некрасов

канд. техн. наук, доцент, доцент Воронежского института ГПС МЧС РФ, г. Воронеж, Россия

А. В. Калач

канд. хим. наук, доцент, заместитель начальника по научной работе Воронежского института ГПС МЧС РФ, г. Воронеж, Россия

А. А. Исаев

начальникучебного отдела Воронежского института ГПС МЧС РФ, г. Воронеж, Россия

УДК 614.84

ИДЕАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ -

ОСНОВА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ

ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ ПРЕДПРИЯТИЙ

Рассмотрены особенности концепции идеального моделирования технологического оборудования. Показана совместимость различных идеальных моделей как между собой, так и с требованиями пожарной безопасности. Ключевые слова: пожарная безопасность; идеальное моделирование; гравитационные сепараторы.

Результаты расследований пожаров и взрывов на предприятиях пищевой промышленности показывают, что решение проблемы пожаровзрывобез-опасности в отрасли связано прежде всего с обеспечением пожаровзрывобезопасности оборудования. Поэтому в комплексе технических мероприятий по улучшению системы противопожарной защиты на предприятиях отрасли важное место отводится повышению эксплуатационной надежности производственного оборудования, технического уровня его обслуживания и эксплуатации.

Создание принципиально новых технологий в пищевой промышленности и проведение глубокой модернизации существующего оборудования возможно только на основе научно обоснованных принципов разработки машинных технологий [1]. В качестве общей базы для обоснования методов проектирования машин различного назначения может выступать принцип идеализации.

Сущность концепции идеального моделирования заключается в абстрагировании от известных технических решений и в формулировании идеальных требований к оборудованию, затрагивающих только его основные качества и свойства.

Декларирование принципов идеального решения проблемы не приводит к непременному созданию идеальной машины или идеального аппарата. Тем не менее четкое формулирование конечных целей

© Некрасов А. В., Калач А. В., Исаев А. А., 2011

создает предпосылки для организации поиска конструктивного исполнения тех или иных узлов проектируемого оборудования, которое соответствовало бы уровню идеального решения данной проблемы в гипотетическом устройстве.

Методика и приемы поиска идеальных решений таковы, что машины и аппараты, разработанные на базе узкоспециализированных моделей, должны удовлетворять ряду требований, предъявляемых к моделям для смежного оборудования и в целом для технологической линии. Более того, идеализированное решение технологических проблем создает предпосылки для решения сопутствующих важных задач — автоматизации производства, соблюдения требований охраны труда, обеспечения пожарной безопасности.

В качестве примера, подтверждающего совместимость различных идеальных моделей и требований пожарной безопасности, рассмотрим пути решения технологических задач на предприятиях хранения и переработки зерна.

Реализацией концепции идеализации в области сепарирования сыпучих материалов является модель идеального сепаратора Н. Е. Авдеева [2], на базе которой разработаны гравитационные сепараторы [3,4], осуществляющие разделение только за счет потенциальной энергии продукта и отвечающие самым высоким современным требованиям [5]. На-

правления развития технологического процесса как единого целого представлены в виде проблем создания идеального технологического потока, сформулированных В. А. Панфиловым [1].

На рисунке представлена диаграмма, иллюстрирующая согласованность требований модели идеального сепаратора как с направлениями развития технологического потока, так и с условиями устранения факторов, необходимых для существования пожара. Сначала рассмотрим, как исполнение требований, предъявляемых к идеальному сепаратору, приводит к решению проблем развития идеального технологического потока.

Первая проблема — осуществление одинаковой производительности на всех операциях, объединенных в технологический поток. Решение ее состоит в устранении зависимости качества продукции от скорости технологического потока.

В идеальном сепараторе продукт должен перемещаться с максимально возможной скоростью (см. рисунок, требование 1),т. е. требования идеального сепаратора и идеального технологического потока согласуются.

Гравитационный сепаратор осуществляет разделение в потоке, т. е. качество сепарирования (подчеркнем, именно состав получаемых фракций) не находится в жесткой взаимосвязи с толщиной слоя и скоростью его движения. Повышение производительности заключается в увеличении высоты слоя продукта на разделяющей поверхности и (или) скорости его движения. Требуемая чистота фракций достигается за счет увеличения длительности цикла обработки, т. е. количества последовательно установленных разделяющих элементов. При этом в связи с простотой конструкции металлоемкость увеличивается незначительно, дополнительные производственные площади не требуются. Более того, сепаратор можно устанавливать на месте самотеков, реализуя принцип совмещения операций сепарирования с межоперационным транспортированием. При таком увеличении производительности не только не изменяются энергозатраты, но и происходит повышение коэффициента использования энергии, подведенной к продукту и затрачиваемой ранее только на его вертикальное транспортирование.

Выполнение требований 2и3 (см. рисунок) приводит к повышению удельной производительности разделяющей поверхности сепаратора, что также способствует решению данной проблемы технологического потока.

Вторая проблема — сохранение коэффициента использования машин при увеличении числа объединяемых в технологический поток операций. Ее решение состоит, с одной стороны, в сокращении и

упрощении технологии, а с другой — в повышении надежности оборудования.

Гравитационные сепараторы по сути своей являются аппаратами. В них нет движущихся деталей — двигателей, элементов привода, громоздких решетных станов, подшипников, валов, очистительных устройств и т. д. Поэтому при правильной эксплуатации в них просто нечему выходить из строя. Кроме того, они требуют лишь периодической плановой замены просеивающих поверхностей и некоторых износившихся элементов. Таким образом, вероятность поломки таких сепараторов сведена к минимуму.

Применение гравитационных сепараторов вследствие значительного упрощения конструкции открывает широкие возможности в изменении и подборе параметров просеивающих отверстий (требование 7), компоновке разделяющих поверхностей, изменении их пространственной ориентации по отношению друг к другу, к обрабатываемому потоку, вспомогательным приспособлениям и устройствам. Принципы работы гравитационных сепараторов [3, 4] способствуют предотвращению забивания просеивающих отверстий (требование 4), что также определяет их высокую эксплуатационную надежность.

Третья проблема — универсальность машин и аппаратов, позволяющая обрабатывать сырье с разными физико-механическими свойствами и выпускать изделия различной формы. Решение этой проблемы заключается в создании линий, осуществляющих одновременное изготовление различных номенклатур изделий, что обеспечивает равномерный выпуск каждой номенклатуры и полностью устраняет частые переналадки линий.

Четвертая проблема, смежная с третьей, — непродолжительность периода выпуска конкретного продукта, обусловленная низкой потребностью в большом ассортименте. Ее решение предполагает обеспечение универсальности линий относительно исходного сырья, и прежде всего формы изделия.

Разработанные на основе модели идеального сепаратора разделяющие поверхности гравитационных сепараторов (с щелевыми просеивающими отверстиями [3] и клиновидными калибрующими каналами [4]) позволяют регулировать состав про-ходовой фракции без замены просеивающих поверхностей и остановки технологического процесса (требования 5-7). Тем самым обеспечивается стабилизация свойств целевого продукта при изменении состава исходной смеси и быстрый переход к получению фракций с новыми свойствами. Кроме того, в гравитационных сепараторах с указанными рабочими органами возможна реализация принципа многофракционного сепарирования, т. е. одновре-

Проблемы развития технологического потока

Требования к идеальному сепаратору (проблемы)

Классический треугольник пожара

Взаимосвязь требований правил пожарной безопасности, ] (стрелками показаны связи между требованиями)

менного получения на выходе нескольких фракций с различными свойствами. Таким образом, применение гравитационных сепараторов позволяет решить две последние проблемы.

Пятая проблема — рентабельность созданного идеального технологического потока.

Совершенно очевидно, что срок окупаемости гравитационных сепараторов, не использующих мате-риалоемкие и дорогостоящие детали и узлы, будет

идеального технологического потока и идеального сепаратора

значительно ниже, чем у традиционных машин. Поэтому экономический эффект от их внедрения не вызывает сомнений (требование 8).

В итоге гравитационные сепараторы, разработанные на основе модели идеального сепаратора, полностью удовлетворяют основным критериям создания идеального технологического потока.

Теперь рассмотрим вклад решения проблем идеального сепаратора в устранение факторов, обу-

славливающих возникновение пожара. Повышение производительности сепаратора (требование 1), повышение эффективности разделения (требования 2 и 3), ликвидация явления забивания просеивающих отверстий (требование 4), согласование конструктивных и кинематических параметров устройства со свойствами продукта (требования 5 и 6) способствуют надежной работе сепаратора как транспортера без забивания разделяющих поверхностей и образования заторов, а также скорейшему и качественному удалению пыли из продукта, т. е. устранению горючего вещества.

Отсутствие условий, обеспечивающих образование заторов продукта (требования 1,5-7), а также электропривода, движущихся деталей и узлов, опасных в плане перегрева и образования искры (требование 8), в совокупности способствует устранению источника зажигания.

Модель идеальной машины — это открытая система требований. Требования к идеальному сепаратору не исчерпываются приведенным перечнем (более подробно они изложены в [2]), а диаграмма может быть дополнена другими связями.

Таким образом, идеальные модели, сформулированные для различных видов технологического оборудования, в силу учета только основных неотъемлемых его свойств имеют в своей основе общие базовые положения, обеспечивающие взаимную совместимость в технологической линии машин разного назначения, высокий уровень организации (целостности) технологического потока.

Машины и аппараты, разработанные на базе узкоспециализированных моделей, являются основой создания технологических линий, соответствуют самым высоким экологическим, санитарным и противопожарным требованиям.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Панфилов В. А. Технологические линии пищевых производств. — М.: Колос, 1993. — 288 с.

2. Авдеев Н. Е., Некрасов А. В., РезуевС. Б., Чернухин Ю. В. Перспективные типы центробежных и гравитационных сепараторов. Теория и анализ конструкций. — Воронеж : Воронежский государственный университет, 2005. — 637 с.

3. Пат. 2147257РФ. Классификатор сыпучих материалов / Н. Е. Авдеев, Ю. В. Чернухин, А. В. Некрасов. — № 99101259/13 ; заявл. 26.01.99 ; опубл. 10.04.2000, Бюл. № 10.

4. Пат. 2163846 РФ. Загрузочно-распределительное устройство для сыпучих материалов/Н. Е.Авдеев, Ю. В. Чернухин, А. В. Некрасов. — № 99121549/03 ; заявл. 14.10.99 ; опубл. 10.03.2001, Бюл. № 7.

5. Некрасов А. В., Калач А. В., Исаев А. А. Повышение пожарной безопасности зерноперераба-тывающих предприятий за счет использования гравитационных сепараторов // Пожаровзрыво-безопасность. — 2011.—Т. 20, № 7. — С.18-20.

Материал поступил в редакцию 27 июня 2011 г.

Электронные адреса авторов: nekrasov_a_v@mail.ru;

a_kalach@mail.ru; vigps@mail.ru.