CC BY
7
3. Methods for studying the physical and mechanical properties of agricultural plants. M.: VISHOM, 1960. 269 p.
4. Aldoshin N.V., Pekhutov A.S. Improving productivity in the transportation of agricultural goods. Mechanization and Electrification of Agriculture. 2012; 4: 26-27.
5. Khudovets V.I., Shchitov S.V. The use of multi-axis power facilities of class 1.4: monograph. Blagoveshchensk: DalGAU, 2013. 153 p.
6. Shishlov S.A., Redkokashin A.A., Shapar M.S. High-quality pre-sowing tillage and sowing is the key to a high soybean yield. Scientific Review. 2015; 15: 23-27.
7. Belyaev V.I., Fruhauf M., Mainel T. Ecological Consequences of Conversion of Steppe to arable Land in Western Siberia. Europa Regional. 2004; 4(1): 13-21.
8. All-Russian Scientific Research Institute of Agricultural Economics: [Electronic resource]. URL: http://www. vniiesh.ru (date of access: 01.12.2022).
9. Improving the traction properties of a wheeled power tool on soils with a high stickiness coefficient / E.V. Marshanin, D.V. Belyakov, E.S. Polikutina et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2023; 99(1): 83-87.
10. Shchitov S.V, Kuznetsov E.E., Rybakov S.A. Investigation of traction and coupling properties of power tools depending on the sticking of the wheel mover. Machinery and Equipment for Rural Area. 2015; 12: 18-20.
11. Shuravin A.A., Kuznetsov E.E. A method for correcting the traction-coupling properties of a wheeled power tool in a turn. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 88(2): 164-167.
12. Increasing the shallowness of the wheeled tractors / S.V. Shchitov, P.V. Tikhonchuk, I.V. Bumbar et al. Journal of Mechanical Engineering. 2018; 41(2): 31-34.
13. Guskov Yu.A. Improving the assembly and transport process and technical means for harvesting roughage: abstract dis. ... Dr. Tech. Sci. Novosibirsk, 2007. 211 p.
Евгений Владимирович Маршанин, аспирант, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-1011-0030 Роман Олегович Сурин, аспирант, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-7667-551X Дмитрий Владимирович Беляков, аспирант, https://orcid.org/0000-0001-5093-2963 Андрей Валентинович Михайлов, соискатель, [email protected], https://orcid.org/0000-0004-7668-2257 Евгений Евгеньевич Кузнецов, доктор технических наук, доцент, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-0725-4444
Сергей Васильевич Щитов, доктор технических наук, профессор, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-2409-450X
Evgeny V. Marshanin, postgraduate, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-1011-0030 Roman O. Surin, postgraduate, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-7667-551X Dmitry V. Belyakov, postgraduate, https://orcid.org/0000-0001-5093-2963
Andrey V. Mikhailov, research worker, [email protected], https://orcid.org/0000-0004-7668-2257 Evgeny E. Kuznetsov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-0725-4444
Sergey V. Shchitov, Doctor of Technical Sciences, Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-2409-450X
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests. Статья поступила в редакцию 01.02.2023; одобрена после рецензирования 15.02.2023; принята к публикации 05.03.2023.
The article was submitted 01.02.2023; approved after reviewing 15.02.2023; accepted for publication 05.03.2023.
-Ф-
Научная статья УДК 614.8
doi: 10.37670/2073-0853-2023-100-2-114-118
Теоретическое обоснование устройства локального пожаротушения зерносушилки
Татьяна Васильевна Панова, Максим Владимирович Панов
Брянский государственный аграрный университет, Кокино, Брянская область, Россия
Аннотация. В статье представлено устройство локального пожаротушения мобильной зерносушилки и рассмотрен процесс фазового перехода углекислоты для связи конструктивно режимных параметров устройства локального пожаротушения и параметров, характеризующих теплоту фазового перехода. В процессе сушки в сушильных камерах также имеется некоторое количество зерна, в среднем 2 - 3 тонны, которое остаётся в сыром состоянии или является испорченным. Именно оно представляет собой пожарную опасность для объекта. В результате воздействия высоких температур, возникающих при пожаре, зерно полностью уничтожается или становится непригодным для использования в пищевых или кормовых целях. Зачастую зерно, не пройдя должным образом предварительную и первичную очистку, поступает на сушку. Так как засорённость такого зерна доходит до 5 % и более, то вероятность его воспламенения увеличивается. В связи с этим вопрос предотвращения возгорания при сушке зерна не теряет своей актуальности.
Ключевые слова: зерносушилка, пожаротушение, углекислота, фазовый переход.
Для цитирования: Панова Т.В., Панов М.В. Теоретическое обоснование устройства локального пожаротушения зерносушилки // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2023. № 2 (100). С. 114 - 118. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2023-100-2-114-118.
Original article
Theoretical substantiation of the local fire extinguishing grain dryer
Tatiana V. Panova, Maksim V. Panov
Bryansk State Agrarian University, Kokino, Bryansk region, Russia
Abstract. The article presents a device for local fire extinguishing of a mobile grain dryer and considers the process of phase transition of carbon dioxide to connect the design and regime parameters of a local fire extinguishing device and parameters characterizing the heat of the phase transition. During the drying process in the drying chambers, there is also a certain amount of grain, on average 2-3 tons, which remains raw and whether it is spoiled. That it is a fire hazard for the object. As a result of exposure to high temperatures that occur during a fire, grain is completely destroyed or becomes unsuitable for use in food or lump purposes. Often the grain, not having properly passed the preliminary and primary cleaning, it goes to the dryer. Since the contamination of such grain reaches 5 % or more, the probability of its ignition also increases. In this regard, the issue of preventing ignition during grain drying does not lose its relevance.
Keywords: grain dryer, fire extinguishing, carbon dioxide, phase transition.
For citation: Panova T.V., Panov M.V. Theoretical substantiation of the local fire extinguishing grain dryer. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2023; 100(2): 114-118. (In Russ.). https://doi.org/10.37670/2073-0853-2023-100-2-114-118.
Проанализировав причины возникновения пожаров в зерносушилках, мы пришли к выводу, что на первый план выходят факторы, связанные с нарушением требований безопасности при монтаже и эксплуатации огневых топок, электрооборудования, двигателей внутреннего сгорания [1, 2]. Кроме того, причиной возникновения пожаров является нарушение требований электробезопасности. Основными источниками воспламенения в таких случаях являются легковоспламеняющиеся вещества и жидкости, сушильный агент, имеющий большую температуру, искры или частицы, вылетающие при горении угля или древесины [3 - 5].
Материал и методы. Представим устройство локального пожаротушения мобильной зерносушилки, работающей на жидком топливе, состоящее из внешнего и внутреннего цилиндров, покрытых перфорированной нержавеющей сталью, загрузочного лотка, разгрузочного устройства, очистителей, для фильтрации примесей в массе зерна, теплогенераторного блока. В свою очередь, теплогенераторный блок содержит камеру сгорания, в которой осуществляется нагрев воздуха для подачи во внутренние цилиндры, горелки, работающие на жидком топливе, вентиляторы для сушки и охлаждения, шкафы управления, с помощью которых осуществляется контроль за оборудованием и обработкой зерна [6 - 8]. Указанные элементы мобильной зерносушилки являются источниками повышенной температуры и, как следствие, источниками возникновения пожара.
Устройство локального пожаротушения состоит из рамы 1 (рис. 1), на которой установлена система трубопровода 2, снабжённая спринклер-ными пожарными оросителями 3 и вентилями 4, а также огнетушителей 5, установленных на
платформе 6, из которых подаётся огнетушащее вещество. Датчики 7 установлены в местах повышенной пожароопасности для контроля за температурой.
Установка работает следующим образом. При повышении температуры выше установленных значений датчики, расположенные в местах повышенной пожароопасности зерносушилки, срабатывают, и углекислотный тушащий материал подаётся по трубопроводу к точке возникновения пожара. Если срабатывает один датчик, то открывается тот вентиль, к датчику которого он относится, и происходит точечное тушение возгорания. Если срабатывают два датчика и более, то открываются все вентили и идёт полное заполнение трубопровода огнетушащим веществом. При максимальном заполнении системы и выходе огнетушащего материала из спринклерных пожарных оросителей образуется купол, который позволяет предупредить распространение огня и не перекинуться ему на рядом стоящие объекты, здания и сооружения. Таким образом, происходит локализация, огнетушение и защита зерносушилки и окружающих её объектов от воздействия огня [9, 10].
Определим факторы, влияющие на процесс фазового перехода углекислоты. Из литературных источников выявлено, что на процесс влияют пылевой объём (Ко), объём зерна (Кз), концентрация пыли («о). Концентрация пыли в свою очередь характеризуется температурой (О, скоростью витания (у) и влажностью зерновой массы (ф).
Представим процесс фазового перехода углекислоты в виде следующей схемы (рис. 2).
Процесс фазового перехода углекислоты характеризуется следующими параметрами:
предельной скоростью витания частиц зерна (упр), предельной температурой воздуха в зерносушилке (^р), предельной влажностью (фпр), предельной концентрацией пыли («опр) [11, 12].
Работа силы трения характеризуется возникновением искры при трении зерна о металлическую поверхность, образуя статическое электричество в результате избыточного заряда.
Рис. 1 - Устройство локального пожаротушения
Рис. 2 - Схема фазового перехода углекислоты
Результаты и обсуждение. Рассмотрим процесс фазового перехода углекислоты при открывании вентиля баллона, используя уравнение Клапейрона - Клаузиуса [13, 14]:
-Ь-, (1)
М «Ф + 273) • (Г0 - Гс)
где Ар - изменение давления, Па; Аt - изменение температуры, °С;
Ар = Рс - Ро, (2)
где рс - давление углекислоты в системе пожаротушения, Па; Ро - атмосферное давление, Па.
Аt = Ь - tф, (3)
где tф - температура фазового перехода, °С (для углекислоты tф = -78,47 °С) Ь - теплота фазового перехода, Дж/К; Го - объём пыли, м3;
Ус - объём системы «трубопровод + баллоны», м3.
Массу углекислоты найдём по формуле:
Далее определяем объём пыли:
М = a-ß-(VO - V3 • k),
(4)
Ni -
MO
Учитывая количество баллонов и объём одного баллона, получим:
N • MO =a-ß-(VO -V3 • k).
(6)
Выражая VO, получим следующее выражение: N ^M— (7)
Vo =■
^ - V3 • k .
a •ß
Определим площадь сечения трубопровода:
'2 SO - (8)
5"Тр -
п • d
- и sO
4 О 4
где d - диаметр сечения трубопровода, мм; do - диаметр сечения «^о выходной трубы баллона, мм.
Определим требуемое число баллонов для системы:
,2
П • <
= N1 • S0 ^ — = N1
Таким образом, диаметры d и dQ связаны следующим отношением:
d = М • do. (9)
Vo =
L(tO - (ф)
((ф + 273) • (рс - Ро)
- + Vc
(10)
Приравнивая выражения (7) и (10), получим:
N • mо
a •ß
- V3 • k =
L(tO - (Ф)
((ф + 273) • (рс - Ро)
+ Vc. (11)
Преобразуем уравнение (11), учитывая параметры выражения (9):
d 2 • M.
о - V3 • k =
L(tO (Ф)
где М - масса требуемой углекислоты, кг; Уз - объём зерна в зерносушилке, м3; k - коэффициент, характеризующий насыпную плотность зерновой массы; а - коэффициент, характеризующий концентрацию пыли, кг/м3;
в - степень заполнения защищаемого объёма углекислым газом;
Мо - масса углекислоты в одном баллоне, кг.
Число баллонов, необходимых для эффективного срабатывания системы, определим следующим образом:
М (5)
- + Vc. (12) dO-a-ß - (to + 273) • (рс - Po)
Данное уравнение позволит связать конструктивно-режимные параметры и параметры, характеризующие теплоту фазового перехода.
Вывод. По результатам исследования выявлено, что процесс зерносушения является пожароопасным. Качественно спроектированное устройство локального пожаротушения позволит повысить пожарную безопасность на территории зернозаготовительного предприятия.
Список источников
1. Адылин И.П., Шилин А.С. Автоматическая система пожаротушения самоходных сельскохозяйственных машин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2023. № 1 (99). С. 99 - 106.
2. Адылин И.П., Шилин А.С. Пожаротушение транспортных средств как способ снижения риска возникновения ЧС в сельскохозяйственном кластере России // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 2 (94). С. 181 - 186.
3. Технологические процессы перерабатывающих производств / В.Е. Гапонова, Е.И. Слезко, А.И. Купре-енко, С.Х. Исаев. Брянск: Брянский ГАУ, 2022. 59 с.
4. Зерносушильный комплекс на основе альтернативного источника энергии / А.И. Купреенко, Х.М. Исаев, Е.М. Байдаков, А.Н. Ченин // Труды ГОСНИТИ. 2015. Т. 120. С. 49 - 53.
5. Пиляева О.В. Зерносушильное оборудование: учеб. пособ. Красноярск, 2014. 114 с.
6. Панова Т.В., Панов М.В. Моделирование зернохранилища как пожароопасного объекта // Среда, окружающая человека: природная, техногенная, социальная: матер. X Междунар. науч.-практич. конф. Брянск, 2021. С. 269 - 272.
7. Машины и оборудование для послеуборочной обработки и хранения зерна и семян: каталог / В.Ф. Фе-доренко, Д.С. Буклагин, В.Я. Гольтяпин и др. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2010. 92 с.
8. Христофоров Е.Н., Сакович Н.Е. Пожарная безопасность. Брянск: ФГБОУ ВО «Брянский ГАУ», 2015. 178 с.
9. Бобкова О.А., Панова Т.В. Обеспечение пожарной безопасности мобильной зерносушилки // Современные тенденции развития аграрной науки: сб. науч. труд. междунар. науч.-практич. конф. / Брянский государственный аграрный университет. Брянск, 2022. С. 461 - 466.
10. Шкрабак В.С., Панова Т.В., Усанович С.А. Обеспечение пожарной безопасности АЗС посредством применения мобильной противопожарной преграды // Аграрный научный журнал. 2015. № 11. С. 55 - 57.
11. Белов. Г.В. Термодинамика. Ч. 1. 2-е изд. испр. и доп. М.: Издательство «Юрайт», 2017. 264 с.
12. Чащинов В.И. Термодинамика и теплопередача в вопросах и ответах. Брянск: Издательство Брянской ГСХА, 2012. 96 с.
13. Диденко В.Н., Варфоломеева О.И. Фазовые переходы. Ижевск: Изд-во ГОУ ВПО «ИжГТУ», 2003.
14. Манасян С.К. Моделирование и интенсификация процесса сушки зерна // Земледельческая механика в растениеводстве. Механизация уборки, послеуборочной обработки и хранения зерна: матер. 2-й Междунар. науч.-практич. конф. (г. Москва, ГНУ ВИМ, 17-18.12.2003 г.) // Научные труды ВИМ. 2003. Т. 148. С. 216 - 225.
References
1. Adylin I.P., Shilin A.S. Automatic fire extinguishing system for self-propelled agricultural machines. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2023; 99(1): 99-106.
2. Adylin I.P., Shilin A.S. Vehicle fire fighting as a way to reduce the risk of emergencies in the Russian agricultural cluster. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 94(2): 181-186.
3. Technological processes of processing industries / V.E. Gaponova, E.I. Slezko, A.I. Kupreenko, S.Kh. Isaev. Bryansk: Publishing House of the Bryansk State Agrarian University, 2022. 59 p.
4. Grain drying complex based on an alternative energy source / A.I. Kupreenko, Kh.M. Isaev, E.M. Baidakov, A.N. Chemn. Proceedings of GOSNITI. 2015; 120: 49-53.
5. Pilyaeva O.V. Grain drying equipment: textbook. Krasnoyarsk, 2014. 114 p.
6. Panova T.V., Panov M.V. Modeling a granary as a fire hazardous object // Environment surrounding a person: natural, technogenic, social: mater. X Intl. scientific-practical. conf. Bryansk, 2021. P. 269-272.
7. Machinery and equipment for post-harvest processing and storage of grain and seeds: catalog / V.F. Fedorenko, D.S. Buklagin, V.Ya. Goltyapin et al. M.: FGNU «Rosin-formagrotech», 2010. 92 p.
8. Khristoforov E.N., Sakovich N.E. Fire safety. Bryansk: Publishing House of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Bryansk State Agrarian University», 2015. 178 p.
9. Bobkova O.A., Panova T.V. Ensuring the fire safety of a mobile grain dryer // Modern trends in the development of agrarian science: coll. scientific work. intl. scientific-practical. conf. Bryansk, 2022, pp. 461-466.
10. Shkrabak VS., Panova T.V, Usanovich S.A. Ensuring the fire safety of gas stations through the use of a mobile fire barrier. Agrarian Scientific Journal. 2015; 11: 55-57.
11. Belov G.V. Thermodynamics. Part 1. 2nd ed. correct and ad. M.: Yurayt Publishing House, 2017. 264 p.
12. Chashchinov VI. Thermodynamics and heat transfer in questions and answers. Bryansk: Publishing House of the Bryansk State Agricultural Academy, 2012. 96 p.
13. Didenko V.N., Varfolomeeva O.I. Phase transitions. Izhevsk: Publishing House of GOU VPO «IzhGTU», 2003.
14. Manasyan S.K. Modeling and intensification of the grain drying process // Agricultural mechanics in plant growing. Mechanization of harvesting, post-harvest processing and storage of grain: mater. 2nd Intern. scientific-practical. conf. (Moscow, GNU VIM, December 17-18, 2003). Scientific works of VIM. 2003; 148: 216-225.
Татьяна Васильевна Панова, кандидат технических наук, доцент, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-4238-2233
Максим Владимирович Панов, кандидат технических наук, доцент, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-3266-670X
Tatiana V. Panova, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-4238-2233
Maksim V. Panov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, [email protected], https://orcid. org/0000-0002-3266-670X
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 07.01.2023; одобрена после рецензирования 24.01.2023; принята к публикации 05.03.2023.
The article was submitted 07.01.2023; approved after reviewing 24.01.2023; accepted for publication 05.03.2023.
-Ф-
