автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.04, диссертация на тему:Проектирование термозащитной одежды на основе создания методов и средств оценки ее специальных свойств

ДйРлЛВНА АКАДЩїЦЯ ЛЕГКОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ УКРАЇНИ

РГБ ОД

" . . На правах рукопису

. УДК Є87.17:620.17

ВАСИЛЬКІВСЬШІІІ Дмитро Веиіаюшович

ІіРОйШВАШИ ТііШОЗАХИСНОГО ОДОУ Н£ ОСНОВІ СТВОРЕНИЙ. І-іпіТ^ЦВ ТА ЗАСОБІВ ОЦІЇ МІ ЯиГО СПЩШЫШ ВЛАСТИВОСТЕЙ

Спеціальність С5.19.04 - "Технологія швейних

виробів”

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата юхнкчцих наук

Київ - 1994

Робота виконана у Державній академії легкої промисловості України.

Науковий керівник

кандидат технічних наук, п.птїесор ЛД.Третякова

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

академік В.'..'.Скатерний

кандидат технічних наук, вкп.цемік А.В.Соколов

Провідна організація - Український науково-дослідний інститут пожеиної охорони, м.Київ.

Захист відбудеться _І994 р. о й. год.

на засіданні спеціалізованої Ради Д СІ. 17.02 при Державній академії легкої промисловості Укр&їни, ауд. .

Адреса: 252І0І, Київ, вул.Немировича-Данченко,2.

З дисертацією міжна ознайомитися в бібліотеці Академії.

Автореферат розіслано < 'ІС' 1994 р.

Вчений секретар спеціалізованої ,

Ради Г.Т.н., професор...------—~ ВЛиіІайовал

І

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми, Існує достатньо широке коло діяльності людини, яке пов"язанв з необхідніста ії перебування в екстремальних теплових умовах (металургія, поженена справа, аварійно-рятувальні робота). Створення спеціального одягу для захисту дядини від дії комплексу теплових факторів середовища (інфрачервоного ( ІЧ) випромінювання, еисокої температур» повітря, полум"я) становить проблему.,при розв"язаин|. якої виявляється недостатність інженерних методів проектування, її вирішення можливе тільки науковими методами: для виявлення потреб та постановки цілей проектування, аналізу та синтезу альтернативних проектних рішень потрібне залучення теорії системного підходу, для оцінки та вибору оптимального рішення необхідне проведення комплексних експериментальних досліджень властивостей елементів едягу (матерізліз, пакетів), а також одягу в цілому.

Розробку методів і засобів лабораторних випробувань спеціальних властивостей термозахйсного одягу можна взяти за 'основу при вирішенні центральної проблеми проектування - забезпечення відповідності одягу, що розробляаться, до мети й умов його експлуатації.

їдета-роботи. Створення спецодягу для роботи в екстремальних умовах дії комплексу теплових факторів на основі досліджень спеціальних властивостей матеріалів за розробленими методиками.Досягнення цієї мети реалізується завдяки вирішенню слідуючих задач:

1) аналіз проблем проектування спецодягу Для захисту людини від теплових діянь середовища;

2) вибір системи цілей проектування термозахйсного спецодягу;

3) теоретичне обгрунтування методу теплових випробувань захисних властивостей елементів одягу;

4) розробка пристроїв і методик теплових апробувань спец;* альних властивостей елементів одягу: захисної спроможності, стійкості та Потенційної безпечності і

б) експериментальні дослідження спеціальній: властивостей матеріалів та пакетів матеріалів При комплексних теплових діях;

6) проектування термозахйсного одягу на прикладі спеціальних

рукавиць для виконання аварійно-рятувальних робіт.

Об'єктами досліцяень е: спецодяг для захисту від теплових діянь середовища, композиційні тепловідбивні матеріали, тканини та наткані полотна з натуральних та термостійких синтетичних волокон, пакети матеріалів. ' ■

Методи та засоби досліджень. При постановці цілей проектування й досліджень використано основні положення системного підходу. У теоретичних дослідженнях використано теорію складного (радіаційно-конпективного^ теплообміну, методи проведення обчислювальних експериментів на математичних моделях. При експериментальних дослідженнях використано створені методи теплових випробувань спеціальних гластивостей матеріалів, а також стандартні методи визначення показників властивостей матеріалів. Реалізацію обчислювального експерименте й обробку результатів багвтофакторних фізичних експериментів проведено за допомогою ЕОМ. . . ■

Наукова новина роботи. Методами системного аналізу побудована багаторівнева система проектних цілей для розробки термоза-хисного одягу. Запропоновано критерії оцінки цільових функцій (спеціальних властивостей): ефектів захисту, стійкості та потенційної безпечності одягу. '

Теоретично обгрунтовано й розроблене пристрої та методики оцінки спеціальних властивостей елементів;тзрмозахисного одягу.

Одержано емпіриііНі математичні моделі взаємозв'язку параметрів зовнішнього теплового режиму (умов експлуатації^ з гзли-чинами критеріїв спеціальних властивостей' пакетів матеріалів одягу. Визначено гранично-припустимі значення.параметрів зовнішніх умов, зй яких гарантується стійкість захисної функції одягу, виготовленого з різноманітних матеріалів..

Практична значущість,- Розроблена структура проектних цілей, що дозволяє оптшізувати'процес'створення спецодягу для роботи людини в екстремальних теплових умовах за рахунок виключення . непродуктивної витрати матеріальних ресурсів та скорочення терміну розробки одягу, '

Опрацьовані методи лабораторних випробувань дозволяють з достатньою достовірністю, оцінювати та прогнозувати комплекс

з

спеціальних властивостей термозахисного одягу, цо проектується, у певних топлсвих умовах його експлуатації, що створює передумови для обгрунтування тактики використання одягу.

Розроблено кокструмсроько-гвхнологічне рішення спеціальних термозахисних рукавиць для виконання аварійно-рятувальних робіт. Виготснлену дослідну партію (2ио пар) впроваджено з Українській воєнізованій частині Міигазпроцу (к.Харків).

Розроблені пристрої та методи випробувань викориеторуаться в Українському ігеуксво-дссяхднсму інституті по порзрсбці хімічних золскон (УкрН/іЯ'.В) гіри створенні аспих матеріалів для бойового одягу підрозділів псивкної охорони України ( акт використання 1992 p.), *

Апробація роботи. основні полсжешя і результати дисертаційної роботи доповідались і отримали позитивну оцінку наукової конференції країн Сі ІД л м.Хмзльницьшлу ( IS93 р.) , науковс-практич-Иі/і конференції в Ужгороді (IS9I p.), щорічних наукових конференцій професорсько-викладацького складу та молодих вчених ДіЛГУ (м.Ли'їп, ID90-I&94 p.p.), po3i:'i]pf;;i0ro наукового семінару кафедри Т.:В (1994 р.) . " . .

публікації. За матеріалами дисертації опубліковано б науко-шх праць.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів з висновками, загальних висновків, списку використаної літератури 5^ найменувань, А, додатків. Роботу виконане на 152 сторінках, вона містить ЗО малюнків, А таблиць.

ШІСЇ РОБОТИ

ГіЄгдііій ухозпіл присвячено аналізу проблем проектування тер-мозахисного спецодягу.

Вивчення і'глов праці та досвіду експлуатації існуемого спецодягу показало, до едніеи з негирішеннх проблем з створення спецодягу для захисту людини від дії комплексу теплових факторів середсвиі’(з ( ІЧ-гипромііп-овання, високої температури повітря, відкритого полум"я). Встановлено, цо основні причини невдоволеності споживачів цього спецодягу полягають у недостатньому рівні захисної спроможності одягу, а такоч у низькій стійкості кате-

ріалів, що використовуються, до дії теплових факторів. Окрім того, в екстремальних ситуаціях ( вимушений локальний контакт з відкритим вогнем) одяг моке ставати чинником додаткової теплової небезпеки для носія в наслідок залишкового горіння матеріалів. Недостатність обсягу і змісту супровідної інформації щодо властивостей одягу, який перебував в експлуатації, не дозволяє споживачам розробляти тактику його використання у конкретних виробничих умовах.

Виходяча із загальної методології системного підходу до проектування спецодягу (В.Є.Ронанов), сформульовано гіпотезу про можливу структуру проектних цілей. Обрана структура проектних цілей мао такі характерні особливості.

Порядок цілей є ієрархічним. Головна функція термсзахисно-го спецодягу - забезпечення теплового комфорту людини - розглядається як проектна ціль 1-го порядку. Мається на увазі, що ос^ повним засобом досягнення цілі 1-го порядку є реалізація в одязі таких функцій: захисного ефекту, ефекту стійкості та ефекту потенційної безпечності (цілі 2-го порядку),-Перелічені функції (ефекти) е складними, ма»ть у структурі ряд простих функцій -цілей 3-го порядку. Виконання простих функцій забезпечується властивостями матеріалів (цілі 4-го порядку).

Обрані засоби досягнення захисного ефекту повинні забезпечити тепловий захист від комплексної дії теплових факторів різного походження; ІЧ-випроміїпзвання та конвективного нагріву.

Під ефектом стійкості розуміють здатність одягу до збереження вихідного рівня тих функцій, від яких залежить його захисний ефект (функції рідбиванн'і, випромінювання та теплоізоляції). .

Ефект Потенційної безпечності одягу виражається мінімізацією можливих внутрішніх джерел теплових ДІЙ в одязі, зокрема, при протіканні екзотермічних процесів у Його матеріалах: залишковому горінні, жеврінні, піролізі, тощо.

У відповідності до запропонованої системи цілей розроблена функціональна модель проектованого одягу, яка відображає техні-ко-технодогічні засоби, обрані для досягнення цілей. Встановлено що реалізація необхідних складних функцій (ефектів) є можливою тільки за рахунок складної структури пакету матеріалів. Запропоновано номенклатуру критеріїв оцінки проектних рішень спецодягу,

яка складається з показників ефектіо захисту, стійкості та потенційної безпечності одягу. .

Аналіз існуючої приладо-методичної бази процесу проектування термозахиеного одягу показав:

1. Критеріальні показники, передбачені у методиках теплових випробувань, с недостатньо інформативними щодо оцінки відповідності проектних рішень одягу до обраної системи цілей.

2. Випробувальна апаратура не дозволяє адекватно моделювати умови експлуатації одягу, що проектується.

3. Відсутність надійних лабораторних методів випробування

проектних варіантів одягу викликає збільшення тривалості розробки, призводить до зниження прогностичної глибини проектних рішень, вимагає непродуктивної витрати матеріалів а разі виготовлення експериментальних зразків одягу для полігонних випробувань, які дорого коштують. '

Таким чиним, виявлена необхідність розробки нових іщуконо-о<5 грунтованих методів лабораторних випробувань захисних елементів одягу, що дозволить підвищити ефективність одягу, а також ошимізувати процес його проектування.

У другому розділі теоретично обгрунтовано методику випробувань захисного ефекту елементів одягу.

Як критерій захисного ефекту обраний внутрішній тепловий рекш, що реалізується в елементах одягу в результаті його 14-опромінення та конвективного нагріву у рухливому повітряному сере дошці. . , '

Поставлено задачу виявлення найбільш значущих факторів складного конвеїстивно-радіаційного теплообміну, які впливають на величину критерію захисного ефекту. Задачу розв"язв{}о шляхом постановки обчислювального експерименту на математичній моделі теплообміну ізотермічних елементів ("вузлів") одягу.

Теплова взаємодія ї-того. вузла одягу з иипромінюичим рух-ли рим повітряним середовищем моїїо бути описана за допомогою рівнянь теплового балансу, які мають вигляд

д'й ЇП£ - маса Г-того елемента, кг; о{- питома теплоємність £*~того елемента, Дж/кг.К; ~ теглерятура 2-того елемента, К;

*£ - час, с; (Ілоглі - потік ІЧ-випромішовання, який поглинула поверхня і-того елемента, Вт; С($ипр" 1Ч-потік, який випромінюй поверхня ї~того елемента, Вт; Оікон8і'т конвективний потік теплз під поверхні І -того елемента оболонки до повітря, Вг;

Цпру “ тепловий ПОТІК, ІДО йце від г-того елемента оболонки до^' -тих елементів внутрішнього пакета ізолюючих матеріалів, з якими І-тий елемент має тепловий эв"язок, Вт.

Щільність теплових потоків визначено з урахуванням ряду прилучень: ’

променистий теплообмін у системі вважався дифузним; спектральний склад падаючого випромінювання, а такок оптичні характеристики теплосприймаючих поверхонь { спектральні поглинаюча здатність т І та ступінь чорноти ЄСЛ)^обчислювалися у сірому наближенні;

поверхня одягу вважалася опуклою, тобто такою, яка не мас ділянок, що обмінюються променястою енергією одна з одною;

описуючи теплові зв"язкн 1-^ -елементів одягу між собою, ибмеясилися аналізом лише концуктивного теплообміну, припускаючи, ідо внутрішні конвекція і радіація у шарах матеріалів оболонки та ізоляції відсутні;

термічний опір ізолюючих матеріалів вважався таким, ідо не залежить від їх температури.

З урахування).! прийнятих припущень рівняння СІ) для г-того елемента оболонки одягу за умовМ усталеного теплового режш.-у ЫТ/сИг*0) мао вигляд: '

. т ]~,~Т

Йі£гихдСО§~~СХ/ (-Тп) ~ ^("п ., ~0 (%■)

де Йі - поглинаюча здатність поверхні;Епа§ - цільність потоку падаючого ІЧ-випромінювання, Вт/м*1; ^ - кут між нормаллю, до

оцінювання! 5г -

ступінь чорноти поверхні елемента; СҐо =5,67,10“® Вт/м^и - сталг величина Больцмана; - температура зовнішньої поверхні г’-того елемента оболонки, К; (К£ - середній коефіцієнт конвективного

£-того елемента та напрямом до дкерела ІЧ-випр

теплообміну міас І-тим елементом і оточуючим середовищем,Вт/і/\ІС;

- температура сточуючого повітря, К; Ту - температура^-тсго елемента внутрішнього пакету матеріалів, К; &У. - еквівалентний термічний опір між |-тим тау~тш,і елементами, м^.К/Вт,

Обчислювальний експеримент на моделі (2) дозволив встанови-■ти багатофакторну залежність температури оболонки пакету матеріалів одягу Ідії від комплексу параметрів, що характеризують як зовнішні умови Єна? , ^ й %(ная.І), так і умови внутрішнього . теплообміну в одязі Ґу та (иап.2). Рівняння (2) рсзв"язано відносно Ті шляхом застосування ітераційного методу січних-хорд, який реалізовано за допомогою НШ. Розрахунки величини 0^ проведено за критеріальним рівнянням, яке описуа теплообмін між циліндром з еліптичним перетином та набігаючим потоком повітря:

,, О в!Р _ /44, у/ V:

ш=оі4а+о,тііе‘ ,ч'^; <3)

де Мі - критерій Нуссельта; Яе - критерій Рьйнольдоа; Ац- коефіцієнт теплопровідності поідтря, Вт/мК; Хі - характерний розмір і-того' елемента, м; Щ - швядйіст'ь руху повітря, м/с;

)})і ~ коефіцієнт'кінематичної в"язкості повіїря, м^/е.

Аналіз здобутих теоретичних кзазі-однофзкторних функцій

£о$ (Епас?) , та ~С / ( І у ) ДОЗВОЛИВ

висунути такі гіпотези. На характер залежності температури оболонки to(£ від щільності ІЧ-опромінення ЕПлд суттаво впливають умови зовнішнього конвективного теплообміні' - температура повітря та швидкість вітру , Найбільш значущим фактором внут~ рішнього теплообміну п одязі в еквівалентний термічний опір шарів тепло ізолюючих матеріалів Яу .

Таким чином, теоретично з"ясованс, що достовірність та обгрунтованість оцінки захисного ефекту одягу за критерієм Іі{ можуть бути забезпечені при дотриманні нижчевказаних умов фізичного (натурного) експерименту:

дія конвєктибних та радіаційних навантажень на об"акт мав бути одночасною (паралельною)}

управління величинами діючих факторів мас бути незалежніш;

Тс

т.

30

IV

■ и—

* ^ Д. — \^m j, , і і-г і

І»"- * 7^ fiPfeb**-» •StB*

■ . і?"*

***\ ^ '' 0 — •>» • <• і-** #

> = —- •-т

1

£

3

4 $ б £„ас//£г//и'‘

і,’;-!.!. Ьплкв парлкетр’Ів пог.їтршого серелогэда на зпяє'ЛіІсть тен-чорат,ури сбодошш одягу бід гаішюсті ГІ-опіогЛивішл .

•— — — нспизрт л і ти.'псрітурі І40°С;

ПОгІї'р.Ч ппі ТСІ.'.ПЬрр.ТурІ ГС'-’С .

Мі)

130

№

4^ 1 г——' г-—к

і 7

*

0,1 0,2 0,3■ 0,4 ОД 06 0,7 ЩЛ/fr

<0

ВО-

ЗІ?

tj,V

!Дал.£. Bn.'uhj умов гаугрігіиього то;иообміну в одязі на теипєратуру Лого оболокгл (яра лостШшх з',тіІ>::пїх теологах уїдогах)

— Епліш температури Биутр1г--пмго тару пакету tf \

•—» Т типів термічного опіру пакету Rij-

за о6"ект випробувань можуть бути обрані тільки такі елементи одягу, які моделюють тепловий захист в цілому С тобто пакети матеріапів).

У третьому розділі подано опис розроблених пристроїв та методик теплових випробувань, наведено результати експериментальних досліджень властивостей різноманітних матеріалів і пакетів матеріалів.

Вибір об"єктів дослідження базується на висновках, які були одержані в результаті аналізу існуючих аналогів функціональних рішень термозакисиого одягу. Ек було встановлено, найбільш раціональним способом організації пасивного теплового захисту в оцязі е використання пакету матеріалів, який складається із зовнішньої тепловідбивної оболонки, декількох шарів теплоізолюичих матеріалів, підкладки.

У таблиці І наведено вихідні альтернативні варіанти вибору матеріалів для оболонки {Пі) та теплоізолюичої прокладки (В у).

Стенд для комплексних теплових випробувань (мая.З) побудовано за блочно-моцульним принципом, завдяки чому забезпечується незалежне керування дівчини факторами.

Задаюча підсистема стенду має у складі такі апаратне манулі: АШЗІ - ''зовнішнє ІЧ-випромінваання"; АШ32 ~ "рухеме повітряне середовище”; АЫ:33 - "відкрите іюлум"я'' та АШЗ'А - "підкос-тюмний простір". Усі Ай—модулі маагь блоки рагулакапня та блоки імітації теплових чинників.

Джерелом ІЧ-випроьіінзванвя в робочій камері стенда о вогньова "стіна”, що утворюється з відкритого полум"я цільової газової горілки І, висота пояум"я у якій рагулюоться газовими вентилями 2. Ііродукти горіння виводяться я камери за допомогою витяжного пристрео 3. Модуль забезпечує можливість керованого опромінення об"акта випробувань стаціонарним тепловим потоком цільністю до 14 кВтДг.

Модуль "рухоме повітряне середовище" складаються з калорифера 4, нагрівний елемент якого підключено до регулювального трансформатора 5. Випрямляч б забезпечує регулювання частоти обертання вентилятора калорифера. Модуль дозволяв стзорювйїн повітряний потік, що обдував об"ект випробувань зі ілпїшіісні до

10 м/с, т.ри цьому температура повітря може задаватися в мехях 50...І50°С.

. Таблиця І

Альтернативні варіанта вибору матеріалів для оболонки (Пі) та теплоіз'олюючої прокладки одягу

При— зна- чення Кед варі- анту Матеріал (пакет матеріалів) Тов- щина, І0*°м Відбивна здат- ність,^? Термічний в опір,л іА/Вт

пі Фенілонова тканина, яку металізовано ІІЕІІ-плівксю 1>,5 и,6.. .0,9

ь* о й П2 Склотканина, яку металізовано ГіЕТФ-плівксю 0,5 и ,8.. Л) ,9 _

сз 8?. ^ о с « о о О пз Ц4 Аебесто-фенілонова тканина АФТ-І, яку металізовано ІіВІФ-плівкою лляна тканина арт.10208, яку металізовано аа ТУ 17-21-193-77 0,7 0,7- 0,8.. ,С ,9 0,7

N т СЬ % Лляна тканина ОГІ неметалі-зована, арт. ІІІ46 0,7 0,2 -

03 а П6 Базальто-фенілонова тканина ТСГі—8/9 УкрИДШВ 1,0 0,5 -

її? Терлонова тканина немата-лісювана 0,5 и,5 -

«*—ч « *и ВІ Фенілонсве голкопроб’-оЯЬ полотно { 2 ш.) П.7 . 0,28

Вторинний тепловий захист С-гепяоізоля в2 Піропслотш (вотіа з &нтй-пірєнакш) Підкладка (бавовна) Фенілонове голкопробивне полотно . .Підкладка (бавовна) 9,4 - 0,19

Ідал.З. С:;емз стзкдс? для дослідження теплового режиму елементів одягу. _

Апаратні тдулії І - "зовнішнє І'і-ЕкпронІнюваїшя";

II - "рухоме ловітріте середовище"; Ш - "відкрите полум"я";

17 - "пїдкостюмішіі простір".

4-Ш

~2Ш

Модуль "відкрите полум"я" представлено модифікованою газо-но» горілкою Бунзена 7, подання газу до якої регулюсться за допомогою вентиля в. Для встановлення сопли горілки у заданному положенні відносно еб"вктв випробувань застосоване набір кронштейнів.

Модуль "підкостюмний*простір" розташовано на відкидному люді робочої камери, гін становить собою панель 9, у якій по спиралевидному контуру циркулює вода. Ьа панелі укладено натуральну шкіру Ііу. Постійність умов теплообміну в "підкосгомному просторі" забезпечується за дспомзгою водяного термостата II, вода з якого по трубках надходять до панелі 9.

Вимірююча підсистема стенді’ паз у складі модулі вимірювання параметрів зовнішнього тєплоесго реяіиму (А!.І:ИІ) та внутрішнього теплового режиму в сб"окті випробувань (АШИ2). Цільність ІЧ-по-току контролюється за допомогою актинометра 12, температура полум'я - пирометра ІЗ, швидкість руху повітря - чаркового анемометра 14, температура повітря - екранованого термометричного датчика 15 та мілівольтметра 16. Температури ізотермічних шарів пакету матеріалів, що підлягає випробуванням, реєструються за допомогою термоелектричних датчиків, які підключено до багатоканального самописного потенціометра IV.

Дослідження захисного ефекту. За мету експерименту взято перевірку гіпотез, ідо були висунуті за результатами обчислювального експерименту на математичній моделі. Розв"язано задачу встановлення залежності величини критерій захисного ефекту від комплексу діючих теплових факторів! цільності ІЧ-спромінення Епад (факте,р ХІ>’ температури повітря ^ (фактор Х^) та швидкості вітру 1/п (фактор Хд).

Випробування різноманітних варіантів пакетів материалов Сдив.тебл.ї) проведено з використанням статистичних методів планування багатофакторних експериментів. На мал.4 наведено адеква'в-ну псліноміольну модель Іс$ Хд) та ії графічну інтер-

претацію., шо отримані для варіанту ГІ^В^. Значущі ефекти взаємодії ^13 та 8 2з свідчать про те, ідо однофакторні залежності Ірії~/СЕлад) та І(?(> = які звичайно використовуються

для оцінки захисного ефекту одягу, що проектується, не можуть однозначно визнача.ти зв"язок величини критерію з умовами експлуата-

ІЗ

Z-*

і А

Н .* Р2 r.J

о

г~ , г* па

к f.J

Ц О ♦ V'-J Рі

И ^ г TJ О

О о !Н Q ..

Ь*

.1-4 t-t f-"l

Сі О c:

Рі г-^ ■р •4 ?;') 6*

Ю •’3 »м с tfi cs

ti

с* У Сі ••—t

3 П

ції одягу, які розглядаються у роботі.

Ступінь впливу фпкторів ка температуру оболонки пакету оцінено за еєличикою нмікення значення У квазіоднойактор-них моделях , які отримано у випадку стабілізації рззти лу на рівнях екстремумів то Ґс5ІМІІХ) ,

а також у центрі факторного простору. Встановлено, що у різних ..глян:сах факторного простору ранги' фахтсрів міняються, що свідчить про неможливість виділення домінуючого фактора в радіацій-но-коігеоктивкс:,!у сеплзсбміні елементів одягу в означених уловах.

• Твюш чином,- експериментально доведена можливість доотовср--ного прогнозу захастиої ефективності одягу в передбачуваних умовах його експлуатації на основі резукьтьтів лвС«раїорних випробувань , в яких ;лодєл:оєїься вось комплекс тепловій дій.

Дослідження ефекту потенційної безпечності. За мету експерименту було обрано оцінку теплової нейез-пеки для даднки, що т;и— ходить від елементів одягу у разі іх самостійного ( заяшжопого)

' горіння. Ба критерії"; оцінки обрано темперо турки й ре»ш тильного пару иак&еіп матеріалів при ЙО-секундній вогньовій дії чь їх оболонку.

Розрощено методику трьохстахіВних зогиьових випробувань, які відрізнялися улезама їх проведення. Ьериз ти друга стадії випробувань проводияяея без іЧ-опромінення- пакетів, при ябрухо-йоиу повітрі з теилературом 20°С. Йкщо у першому випробуванні після зовнішньої ЙС-секундної ястньсвої дії спостерігалося залишкове горіння матеріалів, воно примусово .ліквідувалося. Залишкова горіння, яке з"являлося у другому випробуванні, проходило вільно.

Порівняльний аналіз термограм першої та другої стадій випробувань ( мал.6) дозволяв виділити такі субфакгпри у загальному факторі теплової небезпеки для людини, який виникає під час вогньової дії на ії одяг; субфактор•"зовнішньої теплової небезпечності”, обумовлений дією зовнішнього теплового джерела (по-'лум"я)| субфактор "внутрішня теплова небезпека", обумовлений тепловими ефектами залишкового горіння саме елементів одягу. Кількісно еубфактор потенційної, "внутрішньої теплової небезпечності" ноже бути оцінений різницею та,мів росту температур у пакеті при пер-лоіф та другеє випробуваннях. Якщо відмінності у топмограмах

UJ

и;

щ ffl яв жт %с ify т ієо ' ш 2-10 з№ г/ ц т по т м аш ггс

. у

Ыал.6. ТешературыС регии тильпога шару .пакетів кагерізлів пі-;: гО-седудаІч юі’н:,огІЛ дії на-‘оболонку в uepcuay (криза І) ,, друхюілу (іцава 2) та третьої (кг::ез 5) вкпробуьзкнях: а) вакат варіанту П^; йї пахат варішіту П2В2' ^'иакет зарЬк-іу БлВ,;.

першої та .другої стадії випробувань статистично незначущі, то проектні варіанти оцінюються як потенційно безпечні.

На третій стадії вогньових випробувань вивчено вплив 14-випрокінюзання на розвиток аалииковогс пріння матеріалів пакеті для чого умови вогньових шпрсбувань «сповнені безперервним оп-прсиінвннкм сб"0Ктів (Влад =5»о кВт/м'"). Встановлено, ідо матеріали, які не мали залишкового горіння на попередніх стадіях випробувань, можуть запалюватися при паралельній дії ІЧ-вішромі-нв'занш то відкритого полум"я. В цих випадках температурний ре-кіїм пакетів (кризі 3 кал.6} залежить не тільки еід вогнезахи-іценості матеріалів, айв і: від їх захисних властивостей щодо дії ІЧ-випрсмігавання та здатності зберігати ці захисні властивості після вогньової дії.

Отже, результаті третьої стадії випробувань можуть бути основою для прогнозу потенційної теплової безпечності одягу під час тривалої роботи ладиш у вкарснхнаяцог^г і'сЬітрянсму середі— вичі з короїкочасаш їшлийом відкритого всйум"я.

Дослідження ефекту стійкості. Метою дослідження було визначення граккчко-лрплустиміц: уноь експлуатації розробленого одягу за яких гарантується усталеність захисної здатності її матеріал щодо ІЧ-випромігеовакня. ііати досягнуте шляхом послідовного роз-в"язанкя таких задач; .

' І. Визначення ділянки критичних температур матеріалів, на якій відбувається зниження підбивної здатності їх поверхні.

Z. Визначення зовнішніх теплових умов середовища, за.яких температура матеріалів досягне своїх критичних значень. ■

ДлЯ'розй"язвння першої задачі розроблене иетод оптике-дифе ренціальнсго аналізу процесу нагрівання матеріалів! Для реаліза ції методу використано прилад (м&л.7), у яко у модулем генерува та ви.мірюваш.я світлоакх потоків е лзесмєтр Березненко іі.Гі. , Ор ловсьпого Б.В. та Левицьксгс ІЗ.і). Для вимірювання та регуязваш; теїлпературк матеріалу, що нагрівається І, додано модуль, як'.Я містить нагрівальну дластиііу 2 із вмонтованим осердям з ніхроме бої спіралі, регулювальний трансформатор 3, термоелектричний до щік, який підключено до мілівольтметра 4.

іетодика експерименту: на світловимірювальні площадки & і

а)

1 1

1 ї ї

1 | Лг \ц

1 1,1 " Г‘ і 1\ \|\

1

! \\

•

“т і

і

50 № №

£0 4й(? ікр £60 ~£,'0

Ьіол.в. Праві оп«и«>-даО.5ренгіалг.і:огз аиаяід? процесу

ішгрі.т’";п;;і погйлізоваил? г-ятріеліз» •

л) яс<їрсто~( онілоіго^а тканина Луї’-Г; б) склоткякпна.

закріпляли'відповідно контрольну пробу та пробу, ще підлягає випробуванню, з одного а того к матеріалу. Світловий потік від джерел 00—І та 00-2' через лінзи потрапляє на проби. Кут падіння промені8 на проби може варіюватися, Відбиті частки світлового потоку фіксуються за допомогою "датчиків V та 6 та мостового ви-мірюгаяьного ланцага. 'пробу,- цо піддягез випробуванню, нагрівав», із заданою изкдкістз(5 К/хв). В оптичнс-вимірювальному ланцюгові -рівновага зберігаоться до того часу, поки світлоеі потоки, іде відбиті від контрольної (холодної) та нагрітої проби, ріпні. Поява струьу розСалансу мостового лакцяга І , який є прспорціо* НЕЛЬНИІЛ різниці величин відбитих світлових потоків, свідчить пре амікенкя Еідбивн.'ї вдатності нагрітої проби відносно контрольно’] проби.

На мак.8 кавадено ряди еиріЕвдктих кривих сптико-диференці-ольнсго аналізу процесу нагрівання різноманітних металізованих (кокпоаиційккх) .матеріалів. Криві відповідають певним кутам падіння світлових проданій на проби. Для кожного з досліджених матеріалів визначено критичні ділянки температур» за яких-відбуваються безповоротні вихни відбивної здатності верхнього метало-Екіщуачого иицру. '

ДСДаТКСЮ досяідкейо звлекність і-їцності на розрив композиційних матеріалів від температури їх нагріву.. Встановлено, що .ці помітного з.нккзіі'.и ПІДК.-СТІ всього матеріалу потрібні більш висс кі температури, пія для г>к'л«ш-:ня відбивної здатності метоловмі-ідуачого иару (ряяятон складає матеріал з напівлляноо тканинною основою). 8рахсзу»чк 4уняціскальпе призначення тталізораних матеріалів, зроблено висновок, цо оцінка їх стійкості за традиційним крнїзріз.ч втрати міцності иоке виявитися кетрормативною для обгрунтування пркяузтииих температурних границі-' використання композиційних матеріалі?.

Визначено гр&кично-лрилустакі значення параметрів саредовии: експлуатації одягу, г\о виготовлений з різних матеріалів. За деяс . ногою використання. полікоміальних моделей, які отримано при дослідженні захисного ефекту пакетів, розв"язано екстраполяційну задачу ЕІдхуканпя ютом значень факторів Хр Х*> та Х^, за яких температура оболонок п/.кеті'р може досягнути критичної (для їх захисної функції ) ділянки. Графічне ріже'ння задачі наведене'на мал.5. ’

ІЗ

У четвертому розділі наведено результати практичного вико-' :истання ношіх методіэ випробувань при розробці захисного одягу пля бійців аяарійнсї служби Мінгазпрому Україк».

Порівняльний аналіз топографії зносу різних предметів тер-мозахиснсго одягу дозволив обгрунтувати вибір еидового «сорти--.гііту спецодягу для прс.адтугяння. Встановлено, гр найбільш типо-гий комплекс теплсшіх рплішів зазнають вироби, які призначені для захисту рук. Рядіаційно-конвекти«ні навантаження характерні для тильної сторони рук, кондуктирнс-конвективні навантаження -для долонної сторони рук, п дія відкритого пояум"я в яонливоа як для тильної, так і -для долонної сторони рук. Таким чином, визначено дсрв'шісгь апробації методів комплексних теплових випробувань нз прикладі проектування засобів захисту рук.

Не ссігззі результатів експериментальних досліджень спеціальних зластизсстей пакетів матеріалів вирішзио окремі задачі виберу оптимального варіанту їх складу для різних ділянок 313 рук (з урахуванням встановлених відмінностей у топографії діючих факторів). Піапгдені торбина та цупкість обраних пакетів, а також відмінності у технологічних властивостях матеріалів, 'до входять в один пакет, зумовили необхідність створення оригінального конструкторсько-технологічного рішення 313 рук. На основі базової конструкції КШСО розроблено нову конструкція термоаахиснїіх рукавиць дгохнапалкорого типу, яка забезпечуй необхідний рівень їх ергономічних властивостей, технологічності та ргімонтопридатнойтаі (мал. 9,).

Статична відповідність руяаййці До фермі» руки лйдмкіі путо оа рахунок виточок по :азу з"зднййнй тильних палще?ої та кистьової частин, а також ластовщі (стрілки) на'палкіз вказівного та середнього пальців. Динамічна відповідність конструкції до характеру робочій рухіл руки людини досягається за рахунок в^др^і. дення верхівки напалку великого пальця у долонних пальцевій та кистьовій частинах. .. '

- Оригінальність технології виготовлення полягте у тоілу, ф: тепловідбивна оболонка рукавиці та вТіуїрі'ігйя' тойдоізолаюча укладка повиваються окремо; для з'єднання деталей тегїлоізолюючої укладки застосовано зшивні шви ”иа ребро", які виконуються зигздгд-піїдібноя строчкою, завдяки чому припуски швів водночас служать "розпорками”, до забезпечать повітряний прошарок між оболонкою та

?л

кладкою. Де підвкщуп еєнтишіємість рукавиць та їх теплоізолюючу цатність.

Запропонований комплектний ?інт псбудогп рукавиць забезпечує ьжхипість заміни' сїелуиск» що зноіауиться, при багаторазовому икористанні тешюізсл.оювдх укладок.

Експериментальні зразки терм'.'захисних руказкць прсйили на-урні рипробування в реальних умовах палаючого газового фонтану а полігоні ГПУ "Шебелінкагазпрои" Харківської області. Результа-и полігонних випробувань підтвердили достовірність прогнозу, . кий стртано під час лабораторія» випробувань захисної спромого» ості, стійкості та потенційної безпечності виробів.

Виготовлене дослідну партію рукавиць (20і) пар) для Україн-ьксї воєнізованої частини іДінгазпрому (м.Харків). Економічний 4>ект рід використання рукавиць у комплекті з костимом "Бриз" розробка КІШ> 1989 р.) визначене у сумі 106,7 гис.руб. у цінах ?90 р.

Розроблені методи теплових вкпрсбузань використовуються УкрІІДІПЗ під час створення нових базальто-феніленових матеріа-ІВ ДЛЯ бРЙО'.'СГО пцягу підрозділів ЯСІГ.ЗЖНОЇ схорони України.

ШіиВіЦ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЗИСНСВНИ

І. Аналіз досвіду використання існуючого тєрмозахисного пзцо.дягу показав, що шлсрсзв"язаноз проблемою е забезпечення фектишюго захисту людини від комплексної дії теплових чинників: ’і-випромінюваши, високої температури повітряного середовища, ;олум"я. '

Я, За допомогою системного підходу до проектування та еиго~ овдення спецодягу встановлено, що одним з резервів відвищения кості одяїу та скорочення строків його розробки с удосконаленая методичної бази процесу оцінки та вибору проектних рішень.

3. Ціляхсїі функціонального моделювання система "середовище-' . даг-лпдииа" побудовано багаторівневу систему проектних цілей, іоказаио, що необхідно» умовей забезпечення фізіологічно приПняф-юго теплового стану людини а реалізація в о,фізі ряду спеціальній ілзстнвсстей: захисного' ерііту» ефекту стійкості гатаріаліва до дії •епяоивс ЧИННИКІВ та ефекту потенційної Сезііечності,

4. Аналіз існуючих експериментельних методів оцінки спеціальних вяастизостей елементів одягу показав, ако критеріальні показники, які зиксристсвуаться в методиках, недостатньо інформативні для оцінки відповідності проектних варіантів одягу до обраної системи цілей, а. дослідна апаратура не дозволяє адекватно моделювати умова вкоияуат&ції одягу, який проектується.

5. Обчислювальний вкслерідаент на математичній моделі процесу спільної дії 1Ч-БИпро:.цгесітшй та рисокотешературного рухливого повітряного середовища на елементи одягу показав, що вплив радіаційних та кенвьктивиих назантакекь на пцутршній тепловий режим в одязі о взаємозалежним. З урахуванням цього обгрунтовано та сформульовано вимоги до апаратури та методики проведення випробування аахиселх властивостей елементів спецодягу.

6. Розроблено засоби випробувань спеціальних властивостей елементів спецодягу ь умовах дії комплексних (радіаційно-коьрек-тивних^ напантажень. Обгрунтоване критеріальні показники та мете дики для с-цхніаі ефектів захисту, стійкості та потенційної бєзвеч пості, які реалізуються у проектних саріантах одягу,

?. Ьа основі багатофакторних експериментів одержано поліпо-иіальді медалі, які характеризують зе".їзоі; параметрів оерйдевкца експлуатації одягу (ІЧ-рипромшованая, температури та швидкості иі?РУ^ а величиною арит&рія захисної ефективності різних варіантів пакетів штеріаяів. Результати експериментів підтвердили гіпотезу про необхідність одночасного моделювання означеного комплексу факторів під час випробування захисних властивостей пакеті матеріалів.

8. Експериментально досліджено потенційну безпечність пакетів- матеріалі» одягу в умовах паралельної дії відкритого лолум”я та ІЧ-опромінашія, Визначено умови, за яких захисні елементи одя моасуть ставати джерелом додаткової теплової небезпеки для людини Встановлено, що ІЧ-олромінення матеріалів суттєво впливе®, на їх

- аепеїаьаність та на розвиток залишкового горіння.

9. Досліджено стійкість захисних властивостей композиційних металізованих матеріалів да дії теплових «пшиків. Визначено кри ткчні ділянки температур матеріалів, в яких відбувається безпово роїае ьнииення БІДбИВНОЇ здатііості їх поверхні; для фе^ідоноього

зтеріалу (металізованого ШЖі-плівкою} печатей-.критичної ділян— і становить І75°С, склотканини - 220°С, напічлляної- тканини -Ю°С, асбесто-фенілснової тканини - І60°С.

Побудовані діаграми, за допомогою яких могаа визначити ранйчію-лрипуегимий комплекс параметрів умов експлуатації, яких гарантується стії'жість захисної функції одягу, ідо містить зсліджені пакети матеріалів.

10. Методи, досліджень спеціальних властивостей спецодягу, кі були розроблені, апробовано під час проектування бойового цягу з базальтс-фенілонсвих матеріалів (УкрКДІПЗ) для підрозді-ів пажежної охорони України та спеціальних їермозахкених рука-иць для бійці? аварійної служби Мінгазпрсму України.

З урахуванням особливостей топографії діючих теплових фанері з обрано раціональні пакети матеріалів. Розроблено оригі-альні конструкторсько-технологічні рішення тзрчззахисних рука-иць, які забезпечують необхідний рівень ергономічних Еластипсс-ей, технологічності та ремонтопридатності виробів.

11. Результати полігонних випробувань тврмозахисних рукавиць

відчать про мот.липість застосування розроблених методів випробу-ань для об"активної оцінки та достовірного прогнозування спеці-льних властивостей термезахисного одягу. Створені рукавиці за-езпечумть надійний захист рук людини в умовах ІЧ-опромінення ільністіо до 20 кВт/м*’, температури повітря ІО0°С, контакту з ро-ІГрІТНМИ де 3',.'0°С поверхнями. . ■

Економічний ефект від використання-дослідної партії рукавиць 200 пар) у комплекті зі спецодягом визначено у сумі 106,7 тис. уб. у цінах 1990 року. . .

Основний зміст дисертації опубліковано в роботах:

І. Виснльковский Д.В., Третьякова Д.И. Экспериментальна.. . ценка уровня безопасности проектных вариантов термоэащитной спец-дежды // Якість і конкурентна здатність товарів шрокого вжитку: аукові праці учасників науково-технічної конференції країн СНД. мельницький, 1993.

2* Васильківський Д.В., Третякова Л,1'. ідентифікація тепло-ого режиму спецодягу // легка промисловість, 1992, # 3,

3. Третьякова Л.И., Васильковский Д.В,, Постников Й.А. Разра-

ботка и исследование спецодежды для защиты от высоких температур: Тезисы докладов >. II научной и X научно-методической конференций профессорско-преподавательского состава, посвядекных бО-летию основания института, 17-24 апреля г, - К.: КТИЛІ, 1£Ш..

4.Васильковский Д.В., Третьякова Л,И. Проблемы сценки комплексного влияния факторов внешней среда на материалы спецодежда / Новое в технике, технологии и организации производства швейных изделий: Тезисы'докладов' научно-практической конференции, 5-7 иан 1991 г., г,Ужгород. - К., 1£91.

5. Васильковский Д«В., Третьякову Л.И. Идентификация теплового рекиыа сягцо.цезды; Тезисы докладов 44-й иауицоВ и 12-й научно-методической конференций профессороко-прелсдайм-ельского состава института, 14-24 апреля 1&/2 г, - і£.| К?ЖМ 1952.

6. 'Васикьксвский Д.В. СсБерлайстьов-ылв методический базы процесса проектирования слеиодокда для защиты от сверхвысоких тепловых воздействий: Тезисы докладов научной конференции молодых

.ученых'И студентов, 20-27 апреля 1593 г. - К.; ГАЛЛУ, 1993.

■ л і; к о т л и л я

Ьгсалытсж: Д.В. Про£Ктарошле терлэгсшатьо:: одездц па основе создагля истодов а сссдстз опенки еіі спе;г;’сльан:: сео"ств. /дссерташя ка солскшіе ученой' стєпсіш паЕдодата технически:: паук по сяа:днаяы:остд 05.10.04 - технология ивві'жіт. лздєлд:;, Государственная акадешя легко;! пг-ошяг.кшоста Украі-иш, 1&ев, 1394. Работа содержат тгоротнчеаше г. экспзршюкїальїше после гаванця за-еїікшостп ііоказстелеГі внутреннего тзплового режида с одед:дз от ус Л02ІЛЇЇ среда её эксллуотасля (ПК-лэдглетя, теиперятурп и скоростп гетра, Гілаиена). /ствкоалек кошлзксшіС характер блуянля ког.век-тпвкых а рдааетоншж газдеистЕйіІ і:а показатели Бзігдтіагс сео'Лстз влементоЕ оде;да. Показано, что ЯК-ойпучеїте материалов пошпает ах восплоыешшлосм». Осуцествлено Екедрете опйтео:-: партии терко-зшдагкой одезди і'- разрвботанык методов оценки спегаїельикх свойств їлатерзвлов.

' Ключові слом: спекїальнпГ. одягг тепловії:" захист^ шшроо?-ванпя властлгсстеі';.

ANNOTATION •

isilknvsky D.V. Designing of therKoprotective clothas on the 3sls of creation of (ten »*lhoi'9 .1ml amahs' of estisatlon of Its cental properties. ■ ■

lesis for obtaining tfri sc i ant if i c grade of the candidate of schnlcal sciences on the speciality 05,19.04.-50utna technology, 19 Stats Acaderi'y of the Light Industry of the Ukraine, Kiev, 394.

nis work includes theoretical -3nd experimental researches of thfe spendence of inner thermal conditions en the explotation nviror.aent (Infra-red radiation, temperature, wind speed.flaae). he /:yapl9X nature of influence of convective and radiational actors on the indexes of protective properties of clothes was pteruined.lt «as shown that infra-red radiation influence, on aterinis increases their inflaneabllity. The Installation of the xperiuentai batch of theraoprotective clothes andof developed ethods of estimation of special properties of aaterlals uas err led out. •

/5'

Піяп. до друку 7. ЫЛМр, Формат 60x04 І/І6. Папір

оук JW. Друк офс^тдай,' Уч-от. дт*. ярк. 1,63,/мовй. ійарЯо-відб. 1,74. Ослін.-вид. ярн. 1,27, ‘ Тираж 120. £ям. 26Б, Бвягигатно,

Дільниця оперативної поліггя^ії itptf -Д«ряявній академії легкої промисловості Унраїті. .

252011', Київ—II, вуя* Heuitflosim-AftffWHKO, 2.

• Безплатно