CC BY
17Сонечкин В. М., Панасевич Л. Т., Хорватх Г. В.
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДРЕВЕСНОЙ ПЫЛИ НА ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТЬ ДЕРЕВООБРАБОТКИ
Рассмотрена проблема пожаровзрывоопас-ности технологического процесса механической обработки древесных материалов и её связь с зависимостью взвихрения частиц древесной пыли от их веса, размера и формы.
Ключевые слова: древесная пыль, пожа-ровзрывобезопасность, семейство распределений Джонсона.
Sonechkin V., Panasevich L., Khorvatkh G. INFLUENCE OF PARAMETERS OF WOOD DUST IN WOODWORKING FIRE-EXPLOSION DANGER
In the article the problem of fire-explosion danger of a technological process of machining the wood-based materials and its relations with the dependency of wood dust particles heaving on their weight, size, and shape is considered.
Keywords: wood dust, fire-explosion safety, Johnson's family of distributions.
Ряд отраслей промышленности связан с эксплуатацией производств, имеющих источники вредных, пожароопасных выделений в виде взрываемой пыли. Поступая в воздух помещения, эти вредные и одновременно пожаровзрывоопасные выделения под действием турбулентной диффузии и других факторов распространяются в объёме производственного помещения. Одновременно происходит седиментация твердой фазы пыли на выступы строительных конструкций, поверхности оборудования и пола. Накапливающаяся таким образом пыль опасна, так как в случае взрыва внутри технологического оборудования
или в объёме помещения (первичный взрыв) формируются волны сжатия, которые способны перевести отложившуюся пыль в состояние аэровзвеси. При этом, как правило, возникают повторные взрывы в объёме помещения, которые и приводят к наиболее значительным разрушениям.
Процессы механической обработки древесных материалов неизбежно связаны с образованием древесной пыли внутри производственного помещения. По мере накопления пыли создаются всё более благоприятные условия для её взвихрения потоками воздуха, циркулирующими внутри помещения, и возникает опасность взрыва и возгорания пыли при возникновении электростатического разряда или элементарных нарушениях техники безопасности.
Ряд факторов, способствующих взвихрению древесной пыли внутри производственного помещения, уже описан в литературе. В настоящей работе мы обращаем внимание ещё на один фактор, который связан с зависимостями взвихрения частиц древесной пыли от их веса, размера и формы. Суть вопроса заключается в том, что частицы пыли, образующиеся в процессе деревообработки внутри производственного помещения, сначала оказываются взвешенными в воздухе и потом частично выносятся из помещения благодаря системе воздушной вентиляции помещения, а некоторые оседают на пол и горизонтальные детали производственного помещения. Соотношение
между пылью, которая выносится из производственного помещения, и той, которая оседает внутри него, зависит от характеристик образующейся пыли.
Вектор скорости движения V пылевой частицы, имеющей плотность р и размер 1 и находящейся в потоке воздуха, характеризующимся вектором скорости и и воздействием внешних сил включающих силу тяжести и силу давления воздушного потока на частицу, может быть найден из уравнения
О^У г.
(Н
В этом уравнении 5 = -
цЬо
так называемый параметр Стокса, в котором, в свою очередь, 00 и Ь0 - характерные скорость воздушного потока и размер помещения, ад- динамическая вязкость воздуха.
Когда сила тяжести, воздействующая на пылевую частицу, уравновешивается силой аэродинамического сопротивления, движение пылевой частицы оказывается стационарным и её вектор скорости может быть найден из уравнения
*устан ^ '
где п - вязкость воздуха.
Соотношение горизонтальных и вертикальной компонент этой скорости определяет траекторию пылевой частицы в производственном помещении. В конечном итоге оно определяет, будет ли эта частица вынесена из помещения системой пылеудаления или отложится внутри него.
Пылевые частицы, отложившиеся внутри производственного помещения, слипаются между собой (это явление называется аутогезией) и прилипают к поверхности, на которую они отложились (это явление называется адгезией). Оба эти явления существенно зависят от свойств пылевых частиц.
Внутри производственного помещения неизбежно возникают неоднородности в распределении скоростей направлений воздушных потоков, инициированные движениями деталей деревообрабатывающего оборудования, открыванием и закрыванием дверных проёмов, загрузкой древесины, предназначенной для обработки, и выгрузке уже отработанных материалов, а также нестабиль-ностями работы системы пылеудаления. Эти неоднородности способны взвихрить часть пыли, отложившейся на полу помещения и на поверхности оборудования.
Для взвихрения необходимо, чтобы подъёмная сила, создаваемая воздушным потоком, превзошла силу тяжести и силу адгезии. Критическая величина неоднородностей воздушного потока, необходимая для такого вторичного взвихрения, также зависит от веса, размера и формы частиц пыли. Таким образом, на всех этапах образования опасных концентраций пыли в производственном помещении крайне важны параметры пылевых частиц.
Естественно, что в процессе деревообработки образуется целый спектр пылевых частиц - от сравнительно крупных стружек до мелкодисперсной пыли. Поэтому важно знать распределение вероятностей для всех характеристик древесной пыли.
Наиболее часто приходится иметь дело с так называемым логарифмически нормальным распределением:
пп \ 1 (1п(-у-Ц)2
Р(\пх)= —4
/о
2ст
Семейство распределений Джонсона включает в себя три типа распределений.
1. Первый тип задается функциональным соотношением
где ц = л"1£1пх/, о2=(л-1)"12]0п*,-ц);
м м
первый (математическое ожидание) и второй (дисперсия) моменты этого распределения.
В частных случаях более подходящими могут оказаться другие распределения вероятностей, такие, например, как равномерное распределение
л
(х - в)>/2я
ехр
-0,5
У + Г)1п
0^,0
Р(х) = \/ф-а), хф,а],
0,х>Ь
показательное распределение
Р(х) = 1-ехр{-Хх}, ^>0,
а также распределение Вейбулла
где ndx = (x-г)du, а u - центрированная и нормированная случайная величина, являющаяся объектов изучения. Этот первый тип семейства распределений Джонсона наиболее близок к логарифмически нормальному распределению. В работах по математической статистике он обычно обозначается как SL - семейство Джонсона. У этого распределения, как легко видеть, три параметра (в, п, так как величину четвертого параметра у легко выразить через остальные параметры.
2. Второй тип задается функциональным соотношением
Семейство распределений Джонсона - альтернативный способ описания свойств древесной пыли в дополнение к логарифмически нормальному, равномерному, показательному распределениям и распределению Вейбулла. Для наилучшего описания свойств древесной пыли следует выбрать один из типов семейства - Бв или
8
\иУ
р-1
ехр
, х > 0, 5 > О, Я, > 0.
Однако, по нашему мнению, применительно к пыли более реальной альтернативой логарифмически нормальному закону является семейство распределений Джонсона, ибо это семейство пригодно для представления всякого распределения вероятностей случайной величины, которое является унимодулярным (имеет только один максимум) и монотонно на заданном интервале.
Р2(х) =
(х - е)(к -х + е)л/2тс
ехр
( ( -0,5 у + г|1п
х-г Х-х + е
\2
у;
Обычно он обозначается как ^ -семейство Джонсона.
3. Третий тип задается функциональным соотношением
л
^(х-еУ+Х2^
ехр
-0,5
У + Г11п
х-е
+ 1
V А у
\2
/у
и обычно обозначается как SU - семейство Джонсона.
SВ и SU семейства имеют по два параметра формы (у, п) и ещё один параметр центра распределения (в), а также параметр масштаба (А,).
Оценивая данные типы, можно решить, какое из трёх семейств распределений Джонсона является наиболее подходящим для описания свойств древесной пыли, создающейся при том или ином виде деревообработки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Корольченко А. Я. Пожаровзрывоопас-ность промышленной пыли. - М.: Химия, 1986.
2. Таубкин С. И., Таубкин И. С. Пожаро-и взрывоопасность пылевидных материалов и технологических процессов их переработки. -М.: Химия, 1976.
3. Когузов П. А, Скрябина Л. Я. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей. - Л.: Химия, 1983.
4. Зимон А. Д. Адгезия пыли и порошков. -М.: Химия, 1976.
5. Семёнов Л. И, Теслер Л. А. Взрывобезо-пасность элеваторов, мукомольных и комбикормовых заводов. - М.: Агропромиздат, 1991.
6. Голенев А. П., Самородов В. Г. Пылевой режим производственных помещений, связанных с обращением горючих пылей. - М., 1983. - С. 27-33.
7. Сонечкин В. М, Панасевич Л. Т., Рачка-ускас А. Факторы пожарной опасности процесса механической обработки древесных материалов // Вестник Академии Государственной противопожарной службы МЧС России. - 2007. - № 7. - С. 121-126.
