CC BY
65
Технические науки — от теории к практике № 7-8 (44), 2015 г
www. sibac info
Вывод: Проведенные «мысленные» опыты подтвердили необходимость дальнейшего проведения экспериментов в области колебаний с частотой свыше 100 Гц с целью определения оптимальных параметров вибрационного резания, при которых возможно дальнейшее повышение периода стойкости инструмента.
Список литературы:
1. Сергиев А.П. Исследование оптимального соотношения параметров колебаний при вибрационном резании [Текст] / А.П. Сергиев, Е.Г. Швачкин // Вестник машиностроения. — 2004. — № 5. — С. 49—53.
2. Швачкин Е.Г. Повышение периода стойкости инструмента при вибрационном точении высокомарганцовистых сталей [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.03.01: защищена 21.11.03 / Швачкин Евгений Геннадиевич. — Старый Оскол, 2003. — 192 с.
ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ КАБИНЫ ПОЖАРНОГО АВТОМОБИЛЯ НА ПАРАМЕТРЫ МИКРОКЛИМАТА В НЕЙ
Соколянский Владимир Владиславович
старший научный сотрудник Научно-исследовательский институт горноспасательного дела, пожарной безопасности и гражданской защиты «Респиратор»
Украина, г. Донецк E-mail: vv sokol@mail.ru
INFLUENCE OF THERMAL PROTECTION OF THE CABIN OF THE FIRE FIGHTING VEHICLE ON MICROCLIMATE PARAMETERS IN IT
Vladimir Sokolianskii
senior research associate The “Respirator ” Scientific Research Institute of Mine-rescue Work,
Fire Safety and civil protection, Ukraine, Donetsk
53
www.sibac.info
Технические науки — от теории к практике № 7-8 (44), 2015 г
АННОТАЦИЯ
Для обеспечения безопасного микроклимата в кабине пожарного автомобиля на пожаре предложены различные средства пассивной тепловой защиты кабины. На основе экспериментальных данных и математического моделирования определена теплостойкость кабины автомобиля. Представлена сравнительная характеристика эффективности применения различных средств тепловой защиты.
ABSTRACT
For providing a safe microclimate in a cabin of the fire fighting vehicle on the fire various means of passive thermal protection of a cabin are offered. On the basis of experimental data and mathematical modeling is defined of the heat resistance of a cabin of the car. Submitted is The comparative characteristic of efficiency of application of various means of thermal protection
Ключевые слова: кабина пожарного автомобиля; тепловой поток пожара; тепловая защита; безопасный микроклимат; теплостойкость.
Keywords: cabin of the fire fighting vehicle; thermal stream of the fire; thermal protection; safe microclimate; heat resistance.
Пожарные автомобили создаются на шасси серийных грузовых автомобилей. Их кабины проектируются и изготавливаются с учетом защиты экипажа от солнечной радиации, температуры окружающей среды, ветра и осадков. Вместе с тем условия работы пожарных автомобилей кардинально отличаются от условий работы автомобилей народнохозяйственного назначения. При тушении открытых пожаров, при ликвидации крупных промышленных аварий тепловое излучение от фронта пламени в 10—50 раз может превышать уровень солнечной радиации. Также значительно повышается и температура окружающей среды. В результате этого нередки случаи выхода из строя пожарных автомобилей.
Особо уязвимым местом в пожарном автомобиле является его кабина. Водитель может маневрировать в зоне пожара, управлять стационарным лафетным стволом, установленным на крыше автомобиля, в случае опасности вывести автомобиль из опасной зоны только до тех пор, пока в кабине автомобиля поддерживается безопасный микроклимат [5]. Поэтому вопросам его обеспечения необходимо уделять первостепенное внимание.
Средства обеспечения комфортного микроклимата в кабине при обычных условиях эксплуатации пожарного автомобиля заложены еще при его проектировании. Обеспечить безопасный микроклимат в кабине при воздействии мощных тепловых потоков открытого
54
Технические науки — от теории к практике № 7-8 (44), 2015 г
www. sibac info
пожара возможно путем устройства дополнительной тепловой защиты. Учитывая, что для активной тепловой защиты необходимо неподвижное положение автомобиля и дополнительных расход огнетушащих средств на создание защитных завес, предложены способы пассивной тепловой защиты [7] путем:
1. заполнения воздушных прослоек конструкций теплоизоляционным материалом. В качестве материала теплоизоляции испытывался войлок полугрубошерстный листовой (ГОСТ 6308-71) толщиной 15 мм;
2. покрытия наружных поверхностей ограждений материалами с высокими теплоотражательными свойствами. Испытывались стенки, оклеенные альфолем (ГОСТ 618-73) толщиной 0,05 мм и окрашенные краской алюминиевой КО-815 (ГОСТ 11066-64);
3. экранирования в воздушных прослойках конструкций (альфоль и краска алюминиевая на одной или обеих стенках воздушных прослоек);
4. применения специального остекления кабин. Испытаниям подвергались: остекление с наклеенной алюминизированной поли-этилентерефталатной пленкой, тонированное стекло с напыленной окисно-оловянно-сурьмяной пленкой, органическое стекло (ГОСТ 17622-72) толщиной 6 мм, двойное остекление из автомобильного стекла и оргстекла, установленного без воздушной прослойки;
5. использования сеточной завесы на остеклении. Применялась сетка из стальной проволоки диаметром 3 мм с размерами ячеек 10 мм*10 мм, установленная снаружи остекления кабины.
Кроме индивидуальных способов защиты испытывались также:
1. комплекс теплозащитных средств, позволяющий длительную обычную эксплуатация пожарного автомобиля, оборудованного средствами теплозащиты. Комплекс средств состоит из окрашенных аллюминиевой краской наружных стенок и заполненных минеральной ватой воздушных прослоек ограждений, листового оргстекла и металлической сетки на окнах автомобиля;
2. экспрессредство теплозащиты, вывозимое на специальной пожарной технике и устанавливаемое на пожарные автомобили, прибывающие к месту пожара, в возможно короткие сроки. Экспрес-средство включает в себя оклейку альфолем наружных поверхностей кабины, оклейку окон алюминизированной полиэтилентерефталатной пленкой и установку на окна металлической сетки.
Испытания предложенных средств тепловой защиты проводились путем теоретических расчетов по программе [4], дополненной в соответствии с математической моделью [6] модулями определения
55
www.sibac.info
Технические науки — от теории к практике № 7-8 (44), 2015 г
температурных полей в остеклениях и воздушных прослойках ограждений. Результаты теоретических расчетов подтверждались полномасштабными натурными экспериментами [3]. Расхождения между расчетными и экспериментально полученными данными не превышали 12—17 % — для стенок кабины и 22—25 % — для ее остекления.
Для определения максимального уровня внешних тепловых воздействий и оценки эффективности предложенных средств тепловой защиты зададимся предельными величинами микроклиматических параметров в кабине автомобиля и определим границы теплостойкости кабин (применительно к пожарному автомобилю теплостойкость — это способность автомобиля и экипажа выполнять поставленную задачу в заданном месте в течение заданного времени). Отметим сразу, что единого нормативного документа, который бы регламентировал предельно допустимые микроклиматические параметры, в настоящее время не существует.
Основным тепловым фактором, определяющим микроклимат в кабине и безопасность человека, является температура воздуха. Физиологическими исследованиями установлены значения предельной температуры: 60—70 oC — при влажности до 20 % и 50 oC — при влажности 70—75 % [1; 9].
Под воздействием теплового потока пожара в первую очередь нагреваются стенки кабины. От них затем нагревается воздух и излучается теплота на интерьер кабины и на водителя [2]. В соответствии с исследованиями, проводимыми ВНИИ охраны труда (г. Тбилиси), за предельную температуру нагретых поверхностей ограждений принято значение 100 oC при отсутствии непосредственного контакта тела человека с нагретой поверхностью.
Другим, не менее важным фактором теплового воздействия пожара на человека является тепловое излучение. Человек может неопределенно долго находиться без каких-либо защитных средств под воздействием теплового излучения интенсивностью 1,0—1,4 кВтм-2 [8]. Для личного состава пожарных подразделений допустимым значением плотности теплового потока принято значение 2,5—3,0 кВтм-2, при котором пожарные могут находиться в обычном брезентовом костюме без дополнительных средств теплозащиты длительное время, 4,2 кВтм-2, при котором пожарные могут работать в боевой одежде и касках с защитным стеклом [8; 9].
Опасность для автомобиля и человека на пожаре может представлять также ударная волна при взрыве. Однако серийные
56
Технические науки — от теории к практике № 7-8 (44), 2015 г
www. sibac info
грузовые и пожарные автомобили на стойкость к воздействию ударной волны не рассчитываются и не испытываются.
Значит, предельными тепловыми параметрами микроклимата в кабине можно считать: радиационные температуры стенок — 100 oC; среднюю температуру воздуха в кабине — 60 oC; интенсивность теплового потока внутри кабины — 2,5 кВтм-2 На основании этих предельных параметров микроклимата в кабине с помощью математической модели [6] определены уровни теплового нагружения кабины, при которых сохраняется ее теплостойкость (таблица 1).
Таблица 1.
Границы теплостойкости кабины автомобиля ЗИЛ-131
Способ тепловой защиты кабины Теплостойкость кабины, кВт-м-2
по температу! эам тепловому
стенки стекла воздуха потоку
Серийный автомобиль 1,7 2,5 4,6 8,0
Теплоизоляция стенок 2,4 2,5 6,1 10,2
Альфоль снаружи 13,6 2,5 11,0 19,2
Окраска снаружи 3,5 2,5 6,1 10,6
Альфоль в прослойке 5,9 2,5 8,5 14,9
Окраска прослойки 2,8 2,5 5,6 9,6
Металлизир. пленка на стекле 1,7 7,2 6,1 10,1
Тонированное стекло 1,7 2,9 5,1 8,8
Органическое стекло 1,7 3,0 5,2 8,9
Оргстекло + сталинит 1,7 3,7 5,6 9,2
Сеточная завеса на стекле 1,7 4,1 5,2 8,9
Комплекс средств 6,4 6,4 13,3 20,1
Экспрессредства защиты 16,9 16,8 39,0 > 50
Как показывают расчеты, кабина серийного автомобиля сохраняет теплостойкость лишь при мощности теплового потока 1,7 кВтм-2 (по температуре стенки). Автомобили, оборудованные средствами тепловой защиты, обеспечивают безопасный микроклимат в кабинах при больших уровнях теплового излучения пожара. Как и следовало ожидать, максимальной является теплостойкость кабин автомобилей, оборудованных комплексом теплозащитных средств и экспрессредствами (соответственно 6,4 кВтм-2 и 16,8 кВтм-2 по температуре остекления).
Таким образом, для обеспечения безопасного микроклимата в кабине пожарного автомобиля предложены различные средства пассивной тепловой защиты кабины. Эффективность предлагаемых средств оценивалась по максимальной величине теплового потока,
57
www.sibac.info
Технические науки — от теории к практике № 7-8 (44), 2015 г
при которой кабина автомобиля сохраняет теплостойкость. Теплостойкость кабины автомобиля проверялась по четырем тепловым параметрам микроклимата: температурам внутренней поверхности обогреваемой стенки и обогреваемого остекления, температуре воздуха в кабине, тепловому потоку внутри кабины.
Список литературы:
1. Ажаев А.Н. Влияние высокой температуры на работоспособность человека / А.Н. Ажаев, В.И. Зорилэ, А.Н. Кольцов // Космическая биология и авиакосмическая медицина, 1980. — С. 35—38.
2. Бабалов А.Ф. Промышленная теплозащита в металлургии /
A. Ф. Бабалов. — М.: Металлургия. — 1971. — 359 с.
3. Исхаков Х.И. Защита автотранспортных средств от воздействия тепловых потоков пожара: Дис. ... доктора техн. наук: 05.05.03, 05.26.01 / Исхаков Харис Исхакович; Моск. гос. техн. ун-т им. Н.Э. Баумана. — М., 1991. — 338 с.
4. Программа определения параметров теплообмена замкнутых систем с окружающей средой / Х.И. Исхаков, В.М. Астапенко, А.Н. Шевляков,
B. В. Соколянский. — М.: ГФАП СССР № 50900000305, 1990. — 72 с.
5. Соколянский В.В. Микроклимат в кабине пожарного автомобиля / Соколянский В.В., Исхаков Х.И., Кошмаров Ю.А. // Зб. наук. пр. Мiжнародно^ конференци «Проблеми пожежно! безпеки». — Ки!в: МВС Украши, 1995. — С. 162—163.
6. Соколянский В.В. Моделирование процесса теплообмена кабины автомобиля с окружающей средой // Вестник Донбасской государственной академии строительства и архитектуры. — Макеевка, 1995. № 95-1(1). — С. 142—147.
7. Соколянский В.В. Способы тепловой защиты кабины пожарного автомобиля // Вестник Донбасской государственной академии строительства и архитектуры. — Макеевка, — 1996. — № 96-3(4). — С. 144—146.
8. Тактика действий подразделений пожарной охраны при пожарах на автоцистернах для перевозки легковоспламеняющихся и горючих жидкостей: рекомендации. / — М.: ВНИИПО, 2004. — 47 с.
9. Теребнев В.В. Справочник спасателя-пожарного: справочник /
В.В. Теребнев, Н.С. Артемьев, В.А. Грачев. — М.: Центр пропаганды, 2006. — 294 с.
58
