CC BY
37
повышенной проходимости. Сб. матер. V Всерос. науч.-практ. конф. «Надежность и долговечность машин и механизмов». Ивановский институт ГПС МЧС России. Иваново. 2014. - С. 126-131.
5. Буровенцева О.А. Кушляев В.Ф. Основные требования к оценке надежности аварийно-спасательных машин, применяемых в условиях Арктики. «Актуальные научно-технические проблемы развития и эксплуатации транспортно-технологических машин МЧС России». Сб. матер. XXV юбилейной Междунар. науч.-практ. конф. «Предупреждение. Спасение. Помощь». Химки: ФГБОУ ВПО «АГЗ МЧС России». - 2015. - С. 63-75.
6. Васьков В.А., Михайлин О.Н., Аграновский А.А. Спасательная техника и базовые машины. Учеб. пособие. АГЗ МЧС России, Химки. 2010, - Ч 1. - 122 с., Ч. 2. - 129 с.
7. Бочаров В.С., Волков Д.П. Основы качества и надежности строительных машин. М.: Машиностроение-1, 2003. - 254 с.
8. РТМ 1311-4-73. Лесозаготовительные машины и оборудование. Расчет и назначение норм надежности на стадии проектирования. ЦНИИМЭ, ОНТИ, Химки, 1974.
9. РТМ 22-14-75. Методика расчета надежности машин при проектировании. ЦНИИТЭстроймаш, М., 1975.
ВЗАИМОСВЯЗЬ НОРМАТИВНОЙ ТОЧНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЖАРНОГО СТВОЛА И ВЫСОТЫ ПОДЪЕМА ВЫХОДЯЩЕЙ
ИЗ НЕГО СТРУИ
И.В. Мищенко, доцент, к.т.н., А.Н. Кондратенко, доцент, к.т.н., Национальный университет гражданской защиты Украины,
г. Харьков
Постановка проблемы. Из основных положений гидравлики известно, что геометрические параметры траектории струи воды из конического сходящегося насадка, коим и является ручной пожарный ствол (РПС), зависят от диаметра выходного отверстия ствола [1-3]. При приближенных расчетах этих параметров используют номинальное значение диаметра выходного отверстия РПС [2]. Однако этот параметр является условным и характеризуется определенным значением точности [4, 5]. Анализ и оценка точности изготовления элементов пожарной техники, как и любого технического объекта, является предметом исследования метрологии [1]. Поскольку РПС продукт массового производства, то основные требования к нему отражены в ГОСТ 9923-80 [4], где установлены, в том числе, и требования к точности его изготовления. Из основных положений гидравлики также известны и другие факторы, влияющие на геометрические характеристики струи воды с РПС [3]. Поэтому исследование влияния нормативной точности изготовления РПС на геометрические параметры струи
воды из него отличается существенным научно-практическим интересом.
Постановка задачи и ее решение. Целью исследования является обоснование необходимости учета нормативно установленных отклонений размеров выходного отверстия РПС в расчете геометрических характеристик траектории струи, в частности на высоту ее подъема, в зависимости от угла наклона оси ствола к горизонту и оценка величины этого влияния.
Из описанного в [6] перечня геометрических характеристик выходного отверстия РПС наиболее простым (базовым) является его диаметр d0. Для описания влияния величины d0 на геометрические характеристики траектории струи воды из РПС можно воспользоваться методикой приближенного расчета геометрических характеристик струи воды из РПС из [2]. Также воспользуемся методикой оценки погрешностей измерения влияющих факторов на геометрические характеристики струи из [3].
Основными геометрическими характеристиками траектории струи воды из РПС является длина полета струи l и высота подъема струи h. В приближенном расчете (без учета сопротивления воздуха) величина h определяются по формуле (1) в метрах.
h = V02 • sin2 0о/(2 • g)+ho, (1)
где V0 - начальная средняя скорость движения потока воды в живом сечении, совпадающим с выходным отверстием РПС, м/с; g - ускорение
л
свободного падения, м/с ; h0 - высота размещения центра выходного отверстия РПС относительно произвольной горизонтальной плоскости, вдоль которой направлено ось х, м; ©0 - угол наклона оси РПС к горизонту, град.
В такой постановке на величину h оказывают влияние только следующие факторы: V0, h0, ©0, из которых с геометрическими характеристиками выходного отверстия РПС непосредственно связана только величина V0. Причем эта связь может быть описана уравнением неразрывности потока по формуле V0 = Q0 / ю0, связывающей объемный расход воды через любое нормальное сечение РПС Q0 (в
Л
м3/с) и площадь его выходного отверстия ю0 = п • d02 / 4 (в м ). Величину h будем условно считать постоянной как для случая размещения ствола в руках спасателя, так и для случая его закрепления на лафете. Учет точности величины ©0 лишен смысла, так как во время тушения пожара угол наклона оси РПС динамично и случайным образом меняется самым спасателем для регулирования точки падения струи на горящий объект, то есть ©0 = 0 ... 90. То же относится и к величине Q0, значение которой непрогнозируемо зависит от параметров насоса и рукавной линии. Тогда величина h в такой постановке является функцией одной независимой переменной - V0. Поскольку задание абсолютно точного значения этой переменной принципиально невозможно, влияние погрешности ее определения AV0 на погрешность длины струи Ah возможно описать с помощью формул (2-7) [3].
Ah *(dh / dV0 )-ДК0, (2)
dh/ dV0 = sin2 0o • V0/ g, (3)
AV0 * (dV0 / d(ú0) • Дш0, (4)
д¥0/ а«о = -б / , (5)
А^0 « (д^0 / дЦ,) • АЦ0, (6)
дю0 / дЦ0 = п • Ц0/2. (7)
По ГОСТ 9923-80 [4] установлен ряд номинальных диаметров выходных отверстий РПС doН, а также квалитет точности и поля допусков для этого параметра. Так, для ствола РС-50А с d0Н = 13 мм установлена точность Н11, что согласно приведенным в [5], означает, что значение этого параметра должно лежать в пределах 13,00...13,11 мм, сам диаметр сказываться на чертежах 013Н11+0,11. То есть этот параметр изменяется по нормативным требованиям на величину Дd0r = +0,84 % относительно значения d0Н = d0. Для ствола РС-50А с выходным отверстием, имеющим максимально возможное в пределах требований ГОСТ значение диаметра, и типичного случая ^ = 1 м (при размещении РПС в руках спасателя), а У0 = 20 м/с. Тогда имеем следующие результаты применения формул (4-7): Э®0/^0 = 0,0204 м, Д®0 = 2,246-10-6 м2, ЭУ0/ЭЮ0 = -1,507-10-5 1/(м-с), ДУ0 = -0,338 м/с или ДУ0г = -1,692 %. Для различных значений ©0 имеем следующие результаты применения формул (1-3), приведены в таблице и на рисунке.
Таблица
Параметр ед. изм. Значе при h0 = 1 м, V0 = 20 м/с, d0 = 1 ние параметра 3 мм, Ad0 = +0,11 мм, AV0 = -0,338 м/с
®o град 0 10 20 30 40 45 50 60 70 80 90
l м 9,030 18,274 28,717 36,967 41,314 41,751 40,977 35,880 26,568 14,120 0,000
h м 1,000 1,615 3,385 6,097 9,424 11,194 12,964 16,291 19,003 20,773 21,387
dl/dVo с 0,452 1,477 2,641 3,538 4,019 4,080 4,017 3,532 2,621 1,395 0,000
Ah м 0,000 -0,021 -0,081 -0,173 -0,285 -0,345 -0,405 -0,518 -0,609 -0,669 -0,690
Ahr % 0,000 -1,289 -2,385 -2,829 -3,025 -3,082 -3,124 -3,177 -3,207 -3,222 -3,226
Параметры струи из РПС, соответствующего требованиям ГОСТ 9923-80, в зависимости от угла наклона его оси к горизонту.
Как видно из таблицы и рисунка величины h, öh/öV0, Ah и Ahr достигают максимумов при ©0 = 90° - соответственно: 21,387 м, 2,04 с, -0,690 м и -3,23 %, а следовательно h = 21,387-0,69 м, или 2,0697 < h < 21,387 м, а сама величина h в этом случае определяется с точностью до ±0,691 м или ±1,66 % относительно значения, соответствующего се-редине поля допуска влияющего параметра. При ©0 = 0° величины dh/dV0, Ah и Ahr равны нулю, а h = h0.
01
Ah, м 0
-0,5
N г—ч 1 р= 0 0-— —3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 е — , грг - 1Д 1 90
ч к Ч A
\ »
- 1 L
-1,5
-2,5
-3,5
Рис. 1. Зависимость абсолютного и относительного изменения длины полета струи из РПС, соответствующего требованиям ГОСТ 9923-80, от угла наклона оси ствола к горизонту:
■ - Ah, м; ▲ - Ahr, %
Вышеизложенное подтверждает и иллюстрирует целесообразность использования для описания закона распределения физической величины, оказывающей нелинейный влияние на другие физические величины, математического аппарата бета-распределения даже при выполнении условия точного описания эмпирического распределения такой величины нормальным законом [7]. В данном случае такой влияющей величиной является ё0, которая входит в выражения для: ю0 во 2-й степени (ф. (4)), У0 во 2-й степени (ф. (3)), h во 2-й и 4-й степени (ф. (1, 2)).
Таким образом, приведена методика, обоснованно и оценено влияние точности изготовления РПС, диаметр выходного отверстия которого соответствующего ГОСТ 9923-80 по точности, на геометрические параметры струи из него, в частности на высоту ее подъема. Установлено, что такое влияние является заметным, но умеренным. Обоснована целесообразность применения бета-распределения для описания этих величин с учетом нелинейности их взаимного влияния.
Список использованной литературы
1. Метролопя та стандартизащя. Конспект лекцш [Текст] / Уклад. 1.В. Мщенко, С.О. Вамболь, Т.М. Курська. - Х.: АЦЗУ, 2006. - 137 с.
2. Ольшанский В.П. Приближенные методы расчета гидравлических пожарных струй [Текст] / В.П. Ольшанский, В.М. Халыпа, О.А. Дубовик. -Харьков: Митець, 2004. - 116 с.
3. Техшчна мехашка рщини i газу. Курс лекцш. Друге видання, вип. та доп. [Текст] / Уклад. В.М. Халипа, С.О. Вамболь, 1.В. Мщенко, О.В. Прокопов. -Х.: НУЦЗУ, 2012. - 224 с.
4. ГОСТ 9923-80 «Ствол пожарный ручной. Технические условия» [Текст]. - утв. и введ. в действ. 10.03.1980; переутв. 18.10.1985 до 01.01. 1996. - М.: Изд-во стандартов, 1980. - 11 с.
5. ГОСТ 25347-2013 «Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Система допусков на линейные размеры. Ряд допусков, предельные отклонения отверстий и валов» [Текст]. - разраб. и утв. 14.11.2013, введ. в действ. 01.07.2015. - М.: Стандартинформ, 2015. - 54 с.
6. Вамболь С.О. Алгоритм побудови емтричного закону розподшу даних непрямого визначення нелшшних величин на прикладi геометричних характеристик вихщного отвору ручного пожежного ствола [Текст] / С.О. Вамболь, 1.В. Мщенко, О.М. Кондратенко, О.А. Бурменко // Матерiали 17-о! Всеукрашсько!' наук.-практ. конф. рятувальниюв «Сучасний стан цившьного захисту Украши: перспективи та шляхи до Свропейського простору», що проведена в рамках XIV Мiжнар. виставкового форуму «Технологи захисту»/ПожТех-2015» (22-23 вересня 2015р). - Кшв: 1ДУЗЦ, 2015. - С. 65-67.
7. Вамболь С.О. Апроксимащя закону розподшу експериментальних даних за допомогою бета-розподшу. Ч. 1 [Текст] / С.О. Вамболь, 1.В. Мщенко, О.М. Кондратенко, О.А. Бурменко // Вюник Нащонального техшчного ушверситету
«ХП1». Збiрник наукових праць. Сер.: Математичне моделювання в технiцi та технологиях. - Х.: НТУ «ХП1», 2015. - № 18 (1127). - С. 36-44.
ОБОСНОВАНИЕ ФОРМУЛЫ РАСЧЕТА АВТОЦИСТЕРН ДЛЯ ПОДВОЗА ВОДЫ К МЕСТУ ПОЖАРА ИЗ УДАЛЕННЫХ ВОДОИСТОЧНИКОВ
В.Е. Недоцук, начальник кафедры, к.г.н., А.В. Кузовлев, доцент, к.т.н., Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж
Одним из способов доставки воды из удаленных водоисточников к месту пожара является подвоз её автоцистернами.
Заправку автоцистерн водой из водоисточников можно производить различными способами, такими как самостоятельный забор из открытых или пожарных водоемов собственными насосами (рис. 1а), а также путем заправки автоцистерны от мотопомп (рис. 1б), других пожарных автомобилей (рис. 1в), с применением гидроэлеваторов (рис. 1г), пожарных кранов (рис. 1д), пожарных гидрантов (рис. 1е), водонапорных башен и т.п.
Рис. 1. Способы заправки водой автоцистерн Рис. 2. Схемы расхода воды из автоцистерн из водоисточников на месте тушения пожара
Опорожнение емкости прибывшей автоцистерны на месте пожара производится путем непосредственной подачи воды из неё на тушение по уже проложенным рукавным линиям (рис. 2а), а также посредством заполнения емкости автоцистерны, подающей воду на тушение (рис. 2б) или пополнения промежуточной емкости у очага пожара (рис. 2в).
Для определения количества пожарных автоцистерн, осуществляющих бесперебойную подачу воды на тушение пожара путем её подвоза, применяется формула:
