автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Разработка мобильного комплекса по оперативному восстановлению готовности пожарных подразделений за счёт термовакуумной сушки рукавов

На правах рукописи

Елфимова Марина Владимировна

РАЗРАБОТКА МОБИЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ПО ОПЕРАТИВНОМУ ВОССТАНОВЛЕНИЮ ГОТОВНОСТИ ПОЖАРНЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ЗА СЧЁТ ТЕРМОВАКУУМНОЙ СУШКИ РУКАВОВ

05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (транспорт)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 НАР 2013

Санкт-Петербург - 2013

005051118

005051118

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Архипов Геннадий Федорович

Официальные оппоненты: Ложкин Владимир Николаевич,

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России», профессор кафедры пожарной, аварийно-спасательной техники и автомобильного хозяйства

Облиенко Алексей Владимирович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры пожарной и аварийно-спасательной техники ФГБОУ ВПО «Воронежский институт ГПС МЧС России»

Ведущая организация: Санкт-Петербургский филиал Федерального

государственного учреждения «Всероссийский ордена «Знак почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны» (ВНИИПО) МЧС России

Защита состоится «28» февраля 2013 г. в 14.00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 205.003.01 при Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149, тел. 389-69-73).

Автореферат разослан ^ » января 2013 г.

Ученый секретарь , Ц

диссертационного совета Д 205.003.01, !( ^ / О

кандидат технических наук / V сМ-у '' д.н. Саратов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы: Успешное проведение действий по тушению пожаров и ликвидации отдельных аварий с использованием пожарных автомобилей с их расчётами во многом определяется степенью оснащённости этой техники пожарно-техническим вооружением и оборудованием. В техническом оборудовании пожарных автомобилей большое значение уделяется напорным пожарным рукавам (НПР). При всей простоте своего устройства НИР имеют решающее функциональное значение во всём процессе пожаротушения: чем больше вероятность исправного и полноценного состояния HTTP - тем больше уверенность в успехе тушения пожара, чем больше пропускная способность НПР - тем оперативнее осуществляется тушение пожара и снижается вероятность его распространения на близлежащие объекты, т.е. повышается их пожаробезопасность. Отказы НПР могут свести на нет всё техническое совершенство пожарных автомобилей и чреваты негативными последствиями пожаротушения.

Одним из важных элементов в системе обслуживания пожарных рукавов является их сушка после каждого использования. Это наиболее продолжительный, трудоемкий и энергоёмкий процесс. При этом производители сушильного оборудования, для обеспечения полного просушивания в нормативный срок, зачастую завышают температуру в сушильной камере до 60 °С и выше. Нарушения температурного или временного режима приводит к необоснованному старению материалов, рукава пересыхают, значительно сокращается срок их службы. Не все подразделения оборудованы современными установками или башнями для сушки рукавов. На сегодняшний день строительство рукавных башен нерентабельно из-за дороговизны строительных материалов, а также связано со значительными расходами на содержание и эксплуатацию данных сооружений.

Таким образом, проблемы, связанные с обслуживанием и эксплуатацией рукавного оборудования, совершенствованием соответствующей техники и технологии, являются важными и насущными для большинства пожарных частей всех видов пожарной охраны не только в Российской Федерации, но и во многих зарубежных странах. Всё это делает актуальной научную задачу теоретического и

экспериментального обоснования конструкции мобильного комплекса для сушки пожарных рукавов в составе рукавного пожарного автомобиля.

Целью диссертационной работы является разработка мобильного комплекса по оперативному восстановлению готовности подразделений ГПС МЧС России и научное обоснование способа термовакуумной сушки напорных пожарных рукавов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

1. Обосновать технические требования и разработать конструкцию мобильного комплекса в составе рукавного пожарного автомобиля.

2. Разработать математическую модель процесса термовакуумной сушки пожарных рукавов, позволяющую рассчитать оптимальные параметры процесса сушки.

3. Создать экспериментальную установку и провести комплекс исследований по определению оптимальных теплофизических параметров процесса сушки пожарных рукавов и их влиянию на эксплуатационные характеристики пожарных рукавов.

Объект исследования: технологический процесс сушки напорных пожарных рукавов в составе рукавного пожарного автомобиля и реализующая его мобильная установка термовакуумной сушки.

Предмет исследования: теплофизические закономерности процесса термовакуумной сушки пожарных рукавов на мобильном комплексе рукавного пожарного автомобиля.

Методы исследования: экспериментальные и расчетные методы исследования процесса сушки, статистические методы обработки экспериментальных данных, математическое моделирование, оценка экономической эффективности предлагаемых решений.

На защиту выносятся основные научные результаты:

1. Технические требования к мобильному комплексу в составе рукавного пожарного автомобиля.

2. Математическая модель, позволяющая исследовать процессы термовакуумной сушки пожарных рукавов.

3. Экспериментальные исследования по определению оптимальных теп-лофизических параметров процесса сушки пожарных рукавов и их влияние на эксплуатационные характеристики.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

1. Обоснованы технические требования к мобильному комплексу в составе рукавного пожарного автомобиля.

2. Разработана математическая модель процесса термовакуумной сушки пожарных рукавов, позволяющая рассчитать оптимальные параметры процесса сушки для всех типов пожарных рукавов при различных режимах.

3. Проведены экспериментальные исследования по определению оптимальных теплофизических параметров процесса термовакуумной сушки пожарных рукавов и их влияние на эксплуатационные характеристики.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

1. Обоснована целесообразность использования мобильных сушильных установок в составе пожарного рукавного автомобиля.

2. Предложенные технические решения позволили улучшить качество сушки напорных пожарных рукавов, продлить срок их эксплуатации, а также повысить надежность рукавного оборудования и сократить время постановки рукавного оборудования в расчет.

3. Предложенные технические решения позволяют эксплуатировать напорные пожарные рукава в условиях низких температур, а также использовать ваку-умно-температурную установку в подразделениях, где нет условий для строительства башенных сушилок.

Достоверность и обоснованность основных положений диссертационного исследования подтверждается значительным объемом экспериментальных исследований, использованием современных и апробированных математических методов, согласованностью полученных результатов с известными данными других исследований, достаточной апробацией научных результатов.

Апробация исследований: Основные научные результаты исследования докладывались и обсуждались на международных конференциях. В их числе: «Деятельность правоохранительных органов и Государственной противопожарной

службы в современных условиях: проблемы и перспективы развития» XV Международная научно-практическая конференция, Иркутск, 2010 г., ФГОУ ВПО «Восточно-Сибирский институт МВД России»; XIV Международная научная конференция, посвященная памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева, Красноярск, 2010 г., Сибирский-государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева; «Наука. Технологии. Инновации» Всероссийская научная конференция молодых ученых, Новосибирск, 2010 г.; «Современные техника и технологии» XVII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных, Томск, 2011 г.; «Физико-математические и естественные науки» I Международная научно-практическая конференция, Таганрог, 2011 г.; «Решет-нёвские чтения» XIV Международная научная конференция, посвященная памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева, Красноярск, 2011 г.; «Научное творчество XXI века» V Международная научно-практическая конференция, Красноярск, 2012 г.; «В мире научных открытий» III Международная научно-практическая конференция, Таганрог, 2012 г.; I Международная научная конференция, Штутгарт, Германия European Applied Studies: modern approaches in scientific researches, 1st International scientific conference. ORT Publishing. Stuttgart. 2012.

Публикации. По теме диссертации опубликовано шестнадцать научных работ, в том числе три работы в научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Реализация результатов исследования:

- создана экспериментальная установка для сушки напорных пожарных рукавов, конструкция которой защищена Патентом РФ на полезную модель № 105415, MITK8,F26B9/06P от 11.01.2011;

- экспериментальная вакуумно-температурная установка установлена в помещении рукавной базы Специальной пожарной части № 1 и принята в эксплуатацию решением комиссии ГУ «Специальное управление ФПС № 2 МЧС России» 19 мая 2008 г.;

- результаты диссертационного исследования внедрены в практическую дея-

тельность ФГКУ «Специальное управление ФПС № 2 МЧС России», а также в учебный процесс Сибирского института пожарной безопасности - филиала Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, в рамках изучения дисциплин: «Пожарная техника» и «Начальная профессиональная подготовка».

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы, состоящего из 130 литературных источников и 12 приложений. Работа изложена на 131 странице машинописного текста, содержит 34 таблицы и 38 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы выбор темы диссертации, её актуальность, цель, научная задача, объект и предмет исследования, приведены методы исследования, отражены научная новизна, практическая значимость, а также сведения о реализации результатов диссертационного исследования.

В первой главе «Анализ современных методов и способов технического обслуживания рукавного оборудования пожарных автомобилей» приведен анализ организации эксплуатации напорных пожарных рукавов, входящих в комплектацию пожарных автомобилей. На сегодняшний день в системе ГПС МЧС России существует две системы эксплуатации напорных пожарных рукавов: децентрализованная и централизованная. Большинство централизованных рукавных гарнизонных баз ликвидировано, и функции обслуживания напорных пожарных рукавов возлагаются непосредственно на каждое пожарное подразделение. Децентрализованная система эксплуатации пожарных рукавов имеет свои недостатки: во-первых, в каждой специальной пожарной части, согласно нормативам, необходимо иметь более чем двукратный резервный запас пожарных рукавов и комплект технологического оборудования для их обслуживания; во-вторых, технологическое оборудование по обслуживанию пожарных рукавов используется крайне неэффективно вследствие его малой загрузки; в-третьих, замена использованных пожарных рукавов осуществляется только после возвращения подразделений в пожарную часть, что снижает их оперативную готовность. Анализ оборудования, применяемого для сушки рукавов в Российской Федерации

и зарубежных странах, показал, что не все подразделения оборудованы современными установками для сушки рукавов или башнями для сушки рукавов. Установки для сушки напорных пожарных рукавов российского и зарубежного производства устанавливаются стационарно в помещениях и действуют по принципу продувки пожарных рукавов теплым воздухом, что требует большой площади помещения или специальной оснастки для размещения рукавов. Из сказанного следует необходимость создания высокопроизводительного, мобильного, энергетически эффективного комплекса для сушки пожарных рукавов. Среди существующих методов сушки наиболее эффективным является метод термовакуумной сушки пожарных рукавов, который основан на принципе интенсивного испарения жидкостей при повышенной температуре в условиях пониженного давления окружающей среды. Создание мобильного комплекса на основе указанной технологии сушки явилось целью настоящей работы.

Во второй главе «Моделирование процесса сушки пожарных рукавов» рассмотрены методики определения теплофизических параметров процесса, удаления и испарения влаги, и проведён их сравнительный анализ. Для определения теплофизических параметров процесса сушки разработана экспериментальная вакуумно-температурная установка, предназначенная для проведения сушки напорных пожарных рукавов. Установка состоит из корпуса, вакуумно-откачной системы, системы нагрева, системы управления, отжимного устройства, специальной оснастки. Принципиальная гидравлическая схема вакуумно-температурной установки представлена на рисунке 1. Основные технические характеристики установки приведены в таблице 1.

Принцип работы установки заключается в проведении вакуумно-температурной сушки напорных пожарных рукавов при определённых величинах давления и температуры. Порядок работы установки заключается в следующем: напорные пожарные рукава проходят процесс мойки и отжима по специальной технологии, размещаются на выдвижных поддонах, подвергаются термовакуумной сушке в течение времени, порядка двух часов, по разработанной автором технологии.

Таблица 1 - Технические характеристики вакуумно-температурной установки

№ Наименование Единица измерения Величина

1 Рабочий объём вакуумной камеры м3 2

2 Минимальное давление в рабочем объёме установки мм рт. ст. (Па) < 30 (4000)

3 Электропитание систем установки В Гц 380/220 50

4 Общая потребляемая мощность кВт 5,5

5 Размеры полезного объёма вакуумной камеры мм 1300 х 1230 х 1200

6 Габаритные размеры установки мм 2100 х 2150 х 2400

7 Вес установки кг 2200

1. - термобарокамера; 2. - пожарные рукава; 3. - датчик температуры; 4. - специальная оснастка; 5. - вакуумметр; 6. - нагреватели; 7. - вентиль вакуумный ручной КВР-25; 8. - маслоотделитель; 9. - насос вакуумный ADS; 10. - клапан вакуумный электромагнитный КВЭ 25 Рисунок 1 - Схема принципиальная пневмогидравлическая вакуумно-температурной установки для сушки пожарных рукавов

Конструктивно корпус установки состоит из двух корпусов: внешнего и внутреннего (рабочий объём установки).

Корпус внутренний (рисунок 2) представляет собой цельносварную конструкцию прямоугольной формы из нержавеющей стали. Пространство между

внутренним и внешним корпусами заполнено утеплителем из минеральной ваты. Через корпус внешний к внутреннему подведена магистраль для откачки влажного воздуха и контроля давления в рабочем объёме. Боковые и нижние панели внутреннего корпуса являются теплоизлучающими панелями. На внутренней стороне теплоизлучающих панелей установлены ленточные нагреватели. К внутреннему корпусу через гермоплаты подведены кабели управления нагревателями и измерения температуры в рабочем объёме.

Вакуумно-температурная сушка является сложным технологическим процессом, зависящим от большого количества факторов, знание которых существенно для анализа и расчёта процесса.

Математическая модель этого процесса строится на основе материального и теплового баланса влаги в материале пожарного рукава. Дпя произвольного элементарного объёма в однородном слое гигроскопичного материала уравнение баланса влаги имеет вид:

где IV - относительная влажность материала; м>т, м> ш- интенсивность испарения влаги, соответственно, за счет конвективного теплообмена с воздухом, кг/кг-с; у)с - интенсивность поступления влаги за счет сорбции из воздуха,

кг/кг-с; м>ви - интенсивность поступления влаги из внешних источников, кг/кг-с.

Рисунок 2 - Внешний вид внутреннего корпуса установки

^Т^ = (0 + (0 + ^(0 + (0,

(1)

Слагаемые в правой части уравнения (1) являются функцией времени, параметров внешней среды и состояния материала. Поэтому в каждый конкретный момент времени некоторые из этих слагаемых могут обращаться в нуль.

При конвективном теплообмене материала с воздухом интенсивность потери влаги (м>ир) отлична от нуля при IV > \Урп, где IV - равновесная влажность при

заданных параметрах воздуха. В этом случае, величина пропорциональна разности температур воздуха и поверхности материала:

„ Л-^-ГЛпри^, (2)

[0, при IV <№рв.

Здесь введены следующие обозначения:

а - коэффициент теплоотдачи от воздуха к материалу, Вт/м2 град; д -удельная поверхность частиц материала, 1/м; р — плотность материала, кг/м3; йи -теплота испарения влаги, Дж/кг; Г - температура воздуха, град; Тп - температура поверхности частиц материала, °С.

Рассмотрим выражение для коэффициента теплоотдачи. Как известно, при конвективном теплообмене между воздухом и материалом коэффициент теплоотдачи определяется формулой:

а = — Ми, (3)

где Л - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м град; (¡е - характерный размер частицы слоя. Для слоя, состоящего из частиц цилиндрической формы (нитей), можно принять с!е=4 /8 м; Ыи — критерий Нуссельта:

Ке = — = — - критерий Рейнольдса;

и иЗ

V - скорость потока воздуха, обдувающего частицы слоя, м/с; и — кинематическая вязкость воздуха, м2/с; л, п - коэффициенты, зависящие от величины Яе.

Рг - критерий Прандтля для воздуха.

Температура поверхности частиц материала Тп сложным образом зависит

от стадии сушки, влагосодержания и температуры материала, параметров воздуха. Поэтому при расчете процесса сушки используется температура точки росы воздуха Тр и вводится поправочный множитель в коэффициент теплоотдачи:

а{Т,-Тп) = а^{Те-Тр), (4)

где ц/ = - безразмерный множитель («кривая скорости сушки»),

показывающий изменение движущей силы процесса сушки в зависимости от разности IV

Кривые скорости сушки различных материалов являются важными характеристиками их свойств, определяемыми, как правило, экспериментально. Поэтому расчет функций ц/ для различных пожарных рукавов подробно рассмотрен в третьей главе работы.

Интенсивность испарения влаги за счет радиации определяется выражением:

=Л£± (5)

где

8 — удельная поверхность облучаемого материала, м2/м3; с — коэффициент поглощения излучения материалом; ^ - поток энергии, Вт/м2.

Слагаемое м>с, определяющее интенсивность сорбции влаги материала из воздуха, отлично от нуля только при IV < IV^, где IV/к. — равновесная влажность процесса сорбции.

Если движущую силу процесса сорбции выразить через разность 1¥рс - IV, то и>с можно представить в виде:

Д^-И'), при»'^, (6)

О, при IV > \¥рс.

где р — коэффициент массопередачи, с"1 . Этот коэффициент может быть определён по формуле:

Р = ^Ми, (7)

д - эквивалентный коэффициент диффузии влаги из воздуха внутрь частиц материала, м2/с; величины <1е и М/ пояснены выше; 1УС - зависящее от температу-

ры максимальное гигроскопическое влагосодержание материала в процентах.

Коэффициент De может быть рассчитан на основе экспериментальных данных по кинетике сорбции влаги материалом.

Рассмотрев модели процессов сушки пожарных рукавов, отметим, что эти процессы достаточно сложны и требуют для своих расчётов знания большого количества параметров, определение которых представляет задачу самостоятельного исследования, которое не входит в задачи настоящей работы, а явится ее продолжением. На данном этапе расчетные модели процесса сушки пожарных рукавов различных типов строились на основе экспериментальных данных, полученных автором при исследовании термовакуумной сушки напорных пожарных рукавов.

Мобильный комплекс включает в себя установку термовакуумной сушки пожарных рукавов и автономный источник электроэнергии, в качестве которого выступает дизельная электростанция Р30Р1 международной торговой марки FG Wilson. Комплекс устанавливается на прицепном мобильном компоненте СЗАП-8357-02 с унифицированным узлом. В качестве «тягача» для мобильного комплекса принят рукавный автомобиль АР-2, выполненный на базе шасси КАМАЗ-43114. Автопоезд, состоящий из рукавного автомобиля АР-2 и мобильного комплекса с термовакуумной установкой для сушки напорных пожарных рукавов, должен обладать требуемыми тягово-динамическими характеристиками, близкими к характеристикам рукавного автомобиля, продольной и поперечной устойчивостью. Поверочный расчёт на устойчивость мобильного комплекса показал, что для достижения требуемых динамических характеристик автопоезда, близких к характеристикам рукавного пожарного автомобиля, предлагается модернизировать «тягач», оснастив его дизельным двигателем КАМАЗ-740.50-360 (Euro-3) и девятиступенчатой коробкой передач ZF Ecomid 9S 1310. При этом максимальная скорость движения составит 90 км/ч, максимальный угол подъема автомобиля a = i7° расход автомобиля в литрах 76 л / 100 км, при увеличении коэффициента сопротивления качения/- 0.02 перерасход составит 4,8 %.

Продольная устойчивость мобильного комплекса определялась отсутствием продольных колебаний прицепного компонента, описываемых системой диффе-

ренциальных уравнений Лагранжа второго рода, что позволяет определить критическую скорость движения автопоезда, до которой поперечные колебания мобильного комплекса будут устойчивы. При заданных геометрических параметрах прицепа максимальная скорость движения автопоезда не должна превышать 90 км/ч.

Третья глава «Результаты экспериментальных исследований»

посвящена экспериментальным исследованиям процесса испарения и удаления влаги. В главе описана методика проведения экспериментальных исследований, а также представлены результаты экспериментальных исследований и их обработки.

Таблица 2 - Данные динамики потери массы латексированного пожарного рукава

Тип пожарного рукава латексированный

Покрытие пожарного рукава синтетические нити

Диаметр пожарного рукава, мм 77

Температура сушки, °С 50

Время прогрева установки, мин. 20

Масса сухого пожарного рукава, кг 10,115 + 0,015

Масса мокрого пожарного рукава, кг 12,120 + 0,015

Масса пожарного рукава после отжима, кг 11,815 + 0,015

Масса пожарного рукава на начальном этапе, кг 11,815 + 0,015

Масса пожарного рукава на 1 этапе, кг (время сушки 1 ч.) 11,5 ± 0,015

Масса пожарного рукава на 2 этапе, кг (время сушки 1,5 ч.) 10,94±0,015

Масса пожарного рукава на 3 этапе, кг (время сушки 2,0 ч.) 10,1 + 0,015

Масса пожарного рукава на 4 этапе, кг (время сушки 2,5 ч.) 9,7 ±0,015

Экспериментальные исследования процесса сушки напорных пожарных рукавов были проведены для восьми типов рукавов.

В качестве примера описан эксперимент по сушке латексированного пожарного рукава с покрытием из синтетических нитей, длиной 20 м, диаметром 77 мм. Данные исследований динамики потери массы приведены в таблице 2.

Экспериментальные исследования проводились при температурах сушки 40, 50 и 60 °С. Сводные данные экспериментальных исследований при температурах сушки 40, 50 и 60 °С приведены в таблице 3 и на рисунке 3.

На графике, представленном на рисунке 3, видно, что при прогреве внутреннего объёма опытной установки масса пожарного рукава не меняется и равна массе рукава после отжима. Скорость процесса сушки при времени 0,5 ч. практически низкая, и масса рукава меняется незначительно. При времени сушки от 0,5 ч. до 2 ч. активно происходит процесс испарения влаги. При времени сушки 2 ч. масса пожарного рукава близка к массе пожарного рукава при взвешивании в сухом виде. При времени сушки 2,5 ч. пожарный рукав продолжает терять массу, и можно сделать вывод о том, что он уже пересыхает, что может привести к потере прочности материала и быстрому износу.

Таблица 3 - Результаты проведения испытаний латексированного ПР с покрытием из синтетических нитей 077 мм при температуре 40, 50 и 60 °С

Время сушки Масса рукава Масса рукава Масса рукава

Ч. при Т const 40 °С при Т const 50 °С при Т const 60 °С

0 11,8 + 0,015 11,8 + 0,015 11,8 ±0,015

0,5 11,8± 0,015 11,8± 0,015 11,779±0,015

1,0 11,524±0,015 11,5 ±0,015 11,388 + 0,015

1,5 11,06 + 0,015 10,94+0,015 10,63 ±0,015

2,0 10,497± 0,015 10,1 ±0,015 9,815 + 0,015

2,5 10,116 ± 0,015 9,7± 0,015 9,415 + 0,015

3,0 9,8 ±0,015 9,1 ±0,015 8,9 ±0,015

При температуре 40 °С процесс сушки пожарных рукавов продолжается более двух часов. При температуре сушки 50 °С масса пожарного рукава близка к массе пожарного рукава при взвешивании в сухом виде.

При температуре 60 °С процесс испарения влаги проходит намного быстрее. Время сушки варьируется от 1,5 до 2 часов, но при этом повышаются расходы на электроэнергию, и такая сушка неблагоприятно влияет на структуру материала.

Таким образом, экспериментальным путем было определено оптимальное время сушки напорных пожарных рукавов, независимо от типа и диаметра, которое составляет около двух часов.

О 1

Рисунок 3 — Зависимость потри массы напорного пожарного рукава от времени сушки при температурах 40, 50 и 60 °С

Во время проведения экспериментальных исследований использовались следующие средства измерений: для измерения массы — настольные электронные весы; для измерения давления - вакуумметр; для измерения температуры -прибор цифровой Р-7702, термометр контактный цифровой ТК-5.11, терморегулятор КТР.

В главе представлена методика оценки теплофизических параметров по данным экспериментальных исследований на опытной установке. График снижения массы образцов целесообразно взять в качестве основы математической модели. Для выбора адекватной математической модели процесса сушки пожарных рукавов был опробован ряд аппроксимирующих выражений: линейные, степенные, показательные. Наиболее подходящей для описания имеющихся экспериментальных кривых оказалась функция Гаусса, имеющая вид:

М(0 = а,-ехр(-А:-Г2), (8)

где /- время, ч., а, кг; к, 1/ ч.2 - параметры модели, подлежащие определению.

Подобная аппроксимация при описании процессов сушки пожарных

рукавов предложена автором. Для определения неизвестных параметров был использован метод наименьших квадратов. С этой целью модель была приведена к линейной форме путем логарифмирования обеих частей уравнения (8) и введения новой переменной:

1п М{г) = Ъ-к-г, (9)

где Ь = \па, г-х2.

Параметры модели (9) были определены с помощью стандартной процедуры метода наименьших квадратов, а затем пересчитаны для исходной модели (8). Вычисления были проведены для всех типов пожарных рукавов при всех экспериментальных режимах.

Кроме того, были построены модели зависимости коэффициента к от температуры в виде к = т + п(Т- 40), где коэффициенты тип также определялись по методу наименьших квадратов для каждого типа рукавов.

Оценка достоверности модели проводилась по критерию Фишера:

(10)

где - остаточная дисперсия модели (9) относительно экспериментальных данных, - табличное значение критерия. Полученное значение числа F для каждого образца сравнивалось с табличным значением для числа степеней свободы Л,=р-1 = 5,,Я2=р-д = 4, где р = 6 - число экспериментальных точек, ц = 2-число определяемых параметров. При доверительной вероятности от = 0,95и имеющихся степенях свободы значение /^=5,19. Если полученное при расчете значение F больше или равно табличному, то различие дисперсий считается существенным, и модель соответствует экспериментальным данным с вероятностью а. Математические модели процесса сушки представлены в таблице 4, из которой видно, что модели для всех типов адекватны экспериментальным данным.

Таблица 4 - Математические модели процесса сушки рукавов

Тип рукава Темпера тура сушки Параметры модели M(t) = a-exp(-k-t2) Аппроксимация коэффициентов к И а

а к F

Латекс синтетика 77 мм 40 11,800 0,026 75,583 к = 0,0266 + 0,00064(Г - 40) а = 11,800

50 11,825 0,034 54,868

60 11,774 0,039 38,083

Латекс синтетика 51 мм 40 10,847 0,012 18,604 к = 0,01259 + 0,00061(7"- 40) а = 10,803

50 10,798 0,019 14,346

60 10,762 0,024 14,133

Латекс полимер 77 мм 40 9,122 0,007 33,384 к = 0,00655 + 0,00065(7" —40) а = 9,098

50 9,094 0,012 35,700

60 9,077 0,020 40,485

Латекс полимер 51 мм 40 5,528 0,015 40,454 Аг = 0,01832 + 0,00185(Г-40) а = 5,424

50 5,483 0,044 21,091

60 5,260 0,052 7,762

Термостойкий 77 мм 40 9,388 0,013 29,111 /г = 0,01331 + 0,00073(Г-40) а = 9,290

50 9,321 0,022 13,420

60 9,161 0,027 8,082

Термостойкий 51 мм 40 9,461 0,012 24,756 Аг = 0,01271 + 0,00072(7"-40) о = 9,362

50 9,394 0,021 11,07,

60 9,233 0,027 7,006

Лён 77 мм 40 13,477 0,023 4,889 к = 0,02332 + 0,00116(Г-40) а = 13,251

50 13,278 0,036 5,431

60 13,029 0,046 4,834

Лён 51 мм 40 12,347 0,032 6,151 А = 0,03318 + 0,00121(7" — 40) а = 12,136

50 12,207 0,047 6,976

60 11,825 0,057 5,994

Дальнейшая обработка экспериментальных данных состояла в оценке динамики влагосодержания рукавов. Для каждого типа рукавов известна масса так называемого воздушно-сухого рукава, то есть его масса при атмосферном давлении и температуре 20 °С. Обозначим ее M. Тогда содержание влаги в образце при сушке в условиях постоянной температуры Т в момент t равно M(t) - Л/;и, а относительная влажность IV(t) в соответствии с моделью (1) определится формулой:

Mit)-M а-М ,

W<f> = L = • t2). (11)

M рв M

Полученная зависимость позволяет построить так называемую «кривую

сушки», то есть зависимость скорости сушки от влажности вида IV'и) = 1//(IVи)), которая играет важную роль при расчете процессов сушки.

Таким образом, полученные модели в целом адекватны экспериментальным данным и могут использоваться в практических расчётах при эксплуатации разработанной установки и проектировании новых установок данного типа.

На основе полученных моделей, описывающих изменение массы рукавов, можно получить формулы для расчёта их влажности при других режимах сушки.

Вид графика зависимости для одного из рукавов показан на рисунке 4. На этих графиках время ? является параметром, его значения нанесены на кривые.

1. - «Кривая сушки» при температуре (Т) = 60 °С; 2. - «Кривая сушки» при температуре (Т) = 50 °С; 3. - «Кривая сушки» при температуре (Т) = 40 °С. Рисунок 4 - «Кривые сушки» для рукава типа латекс синтетика 77 мм

Формула:

с1\¥ Г Л а - М „„ ,1) = у ' = -2к(Т)С-— ехр( -к(Т) ■ I ) = -2к(Т)И¥ (О (12)

л М р,

может рассматриваться как дифференциальное уравнение, которое позволяет вычислять изменение относительной влажности изделия IV (/) при произвольном заданном законе изменении температуры во времени Т(1) и заданных начальных условиях:

М(0)-М а-мп IV0 = IV(0) = - " ~ р

рв рв

Уравнение (12) можно, либо пошагово решать одним из численных методов, либо представить решение в виде интеграла:

W{t) = W0-2а~Мрв \[т + п(Т(т)-40)]гехр[-(от + п(Т(т)-40)г2]dr, (13)

Мре 0

который также может быть вычислен, либо аналитически, либо одним из известных численных методов. Использование моделей (12), (13) позволяет рассчитывать режимы сушки рукавов, которые обладают дополнительными свойствами, например, сохранением прочностных характеристик рукавов.

В третьей главе также приведена оценка экономической эффективности предложенного технического решения. Согласно проведённому укрупнённому расчёту экономической эффективности внедряемой вакуумно-температурной установки для сушки напорных пожарных рукавов, годовой эффект составит около 726 тысяч рублей в год по сравнению с затратами по строительству рукавной башни.

В заключении изложены основные результаты диссертационного исследования, перечисляются научные и практические результаты, их значимость для теории и практики.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Выполнен аналитический обзор организации эксплуатации рукавного оборудования, входящего в комплектацию пожарного автомобиля, анализ оборудования, применяемого для сушки напорных пожарных рукавов в таких странах как Россия, Германия, Франция, Китай, Украина, США, Австрия.

2. Проведен анализ существующих методов вакуумной сушки, рассмотрены методы и методики определения теплофизических параметров процесса сушки пожарных рукавов. Для проведения экспериментальных исследований параметров теплофизических процессов разработана опытная установка, конструкция которой защищена патентом Российской Федерации.

3. Разработана методика проведения экспериментальных исследований.

4. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования по определению теплофизических параметров процесса сушки пожарных рукавов. Отработан технологический процесс вакуумно-температурной сушки пожарных рукавов.

5. На основе экспериментальных данных разработана математическая модель, которая позволяет вычислять изменение относительной влажности изделия W{t) при произвольном заданном законе изменения температуры во времени 7X0 и заданных начальных условиях.

6. Разработана конструкция мобильного комплекса термовакуумной сушки напорных пожарных рукавов. Произведен поверочный расчет на устойчивость мобильного комплекса.

7. Произведена оценка экономической эффективности предложенного технического решения.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Елфимова М.В. Вакуумно-температурная установка для сушки пожарных рукавов / М.В. Елфимова, Г.Ф. Архипов // Проблемы управления рисками в техносфере. 2011. № 4 (16). - (0,4/0,2 пл.).

2. Елфимова М.В. Актуальные проблемы обслуживания пожарных рукавов / М.В. Елфимова, Г.Ф. Архипов // Проблемы управления рисками в техносфере. 2011. №3(19).-(0,4/0,2 п.л.).

3. Елфимова М.В. Исследование удаления влаги при термовакуумной сушке пожарных рукавов / М.В. Елфимова, Г.Ф. Архипов // Проблемы управления рисками в техносфере. 2012. № 2 (22). - (0,4/0,2 п.л.).

Статьи в иных научных изданиях:

4. Елфимова М.В. Обслуживание пожарных рукавов / М.В. Елфимова // Вестник Восточно-Сибирского института МВД России. 2010. № 3 (54). - (0,4 п.л.).

5. Елфимова М.В. Вакуумно-температурная сушка пожарных рукавов / М.В. Елфимова, A.B. Малыхин / Мат. XV межд. научно-практ. конф.

«Деятельность правоохранительных органов и государственной противопожарной службы в современных условиях: проблемы и перспективы развития». Ч. II. Иркутск: ФГОУ ВПО «Восточно-Сибирский институт МВД России». 2010. -(0,4/0,2 пл.).

6. Елфимова М.В. Исследования удаления влаги из текстильных материалов узлов и элементов КА / М.В. Елфимова / Мат. XIV межд. научн. конф., посвящ. памяти генер. конструктора ракет.-космич. систем акад. М.Ф. Решетнева, 10-12 ноября 2010 г., г. Красноярск. Ч. I. Красноярск; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. 2010. - (0,1 пл.).

7. Елфимова М.В. Исследования удаления влаги из текстильных материалов / М.В. Елфимова, Г.Ф. Архипов / Мат. всерос. научной конф. молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации». Ч. 1. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. - (0,06/0,06 пл.).

8. Елфимова М.В. Исследования удаления влаги при термовакуумной сушке / М.В. Елфимова, Г.Ф. Архипов / Сборник трудов XVII межд. научно-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Современные техника и технологии». Т. 2. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. -(0,2/0,1 пл.).

9. Установка для сушки пожарных рукавов / М.В. Елфимова, В.В. Христич / Патент РФ на полезную модель № 105415, МПК8, Е26В 9/06. Опубл. БИПМ 10.06.2011.Бюл.№ 16.

10. Елфимова М.В. Вакуумно-температурная установка для сушки пожарных рукавов / М.В. Елфимова / Мат. I межд. научно-практ. конф. «Физико-математические и естественные науки», 30 июля 2011 г., г. Таганрог. М.: Изд-во «Перо», 2011.-(0,2 пл.).

11. Елфимова М.В. Эффективность внедрения технологий ГЛОНАСС в системе МЧС России / М.В. Елфимова / Мат. XIV межд. научн. конф., посвящ. памяти генер. конструктора ракет.-космич. систем акад. М.Ф. Решетнева, 10—12 ноября 2011 г., г. Красноярск. 4.1. Красноярск; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. 2011. -(0,1 пл.).

12. Елфимова М.В. О чрезвычайных ситуациях, их видах, причинах,

последствиях / М.В. Елфимова / Мат. всерос. научно-практ. конф. «Гуманистические аспекты обеспечения безопасности», 21 ноября 2011 г., г. Красноярск-Железногорск. Красноярск, Юрид. ин-т СФУ; Сиб. ин-т пожарной безопасности, 2011. - (0,2 пл.).

13. Елфимова М.В. Об эффективности новых технологий в системе МЧС России / М.В. Елфимова / Мат. V межд. научно-практ. конф. «Научное творчество XXI века», январь 2012 г., г. Красноярск, 2012. — (0,3 пл.).

14. Елфимова М.В. Инженерная методика оценки теплофизических параметров на основе экспериментальных данных на опытной установке / М.В. Елфимова / Мат. III межд. научно-практ. конф. «В мире научных открытий», 30 марта 2012 г., М.: Изд-во «Спутник +», 2012. - (0,4 пл.).

15. Елфимова М.В. Математическое моделирование процесса сушки пожарных рукавов / М.В. Елфимова// Наука Красноярья. №4 (05). 2012. -(0,8 пл.).

16. Marina Elfimova. On the effectiveness of mo-unstable complex for operational the restoration of ready-of firefighters sub-divisions / M.V. Elfimova // European Applied Studies: modern approaches in scientific researches, 1st International scientific conference. ORT Publishing. Stuttgart. 2012. P. - (0,5 пл.). Елфимова, М.В. Об эффективности мобильного комплекса по оперативному восстановлению готовности пожарных подразделений / М.В. Елфимова // I Мат. межд. науч. конф., Штутгарт, Германия, 2012 г. - (0,5 пл.).

Подписано в печать Печать цифровая

25.01.2013 Объём 1 пл.

Формат 60x84 1/16 Тираж 100 экз.

Отпечатано в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России 196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149

Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России

На правах рукописи

ЕЛФИМОВА Марина Владимировна

РАЗРАБОТКА МОБИЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ПО ОПЕРАТИВНОМУ ВОССТАНОВЛЕНИЮ ГОТОВНОСТИ ПОЖАРНЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ЗА СЧЁТ ТЕРМОВАКУУМНОЙ СУШКИ РУКАВОВ

05.26.03 - пожарная и промышленная безопасность

(транспорт)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Архипов Г.Ф.

Санкт-Петербург 2013

СОДЕРЖАНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 5

ВВЕДЕНИЕ 6

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ И СПОСОБОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ РУКАВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОЖАРНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ 12

1.1 Организация эксплуатации напорных пожарных рукавов, входящих в комплектацию пожарных автомобилей 12

1.2 Основные принципы и особенности технического обслуживания напорных пожарных рукавов пожарных автомобилей 14

1.3 Анализ статистических данных технического состояния пожарных рукавов в подразделениях ГПС МЧС РФ 26

1.4 Анализ методов сушки и оборудования, применяемого для сушки пожарных рукавов в Российской Федерации и зарубежных странах 31

1.5 Выводы по главе 46

2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ПОЖАРНЫХ РУКАВОВ 47

2.1 Обоснование технических характеристик мобильного комплекса тер- 47 мовакуумной сушки пожарных рукавов

2.2 Технология термовакуумной сушки напорных пожарных рукавов 57

2.3 Математическая модель процесса сушки пожарных рукавов 68

2.4 Разработка мобильного комплекса термовакуумной сушки пожарных рукавов 74

2.5 Поверочный расчёт на устойчивость мобильного комплекса термовакуумной сушки пожарных рукавов 80

2.6 Выводы по главе 89

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 90

ЗЛ Методика проведения экспериментальных исследований процесса сушки напорных пожарных рукавов 90

3.2 Средства измерения и контроля технических параметров мобильного комплекса термовакуумной сушки напорных пожарных рукавов 95

3.3 Экспериментальные исследования процесса потери массы рукавов 97

3.4 Методика оценки теплофизических параметров по данным экспериментальных исследований на опытной установке 104

3.5 Оценка экономической эффективности предложенного технического решения 112

3.6 Выводы по главе 117

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 120

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Сводка по оснащению пожарных частей Российской Федерации пожарными рукавами 132

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Данные по напорным пожарным рукавам, находящимся в постоянной эксплуатации в ГПС МЧС России 137

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Техническое состояние оборудования рукавных постов ГПС МЧС РФ 157

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Предложения и замечания по вопросам эксплуатации напорных пожарных рукавов 173

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Перечень возможных неисправностей мобильной вакуумно-температурной установки для сушки пожарных рукавов и меры их устранения 186

ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Результаты экспериментальных исследований процесса сушки напорных пожарных рукавов 187

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Результаты экспериментальных исследований

определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве 195

ПРИЛОЖЕНИЕ И. Математическая модель процесса удаления влаги

на основе экспериментальных данных 205

ПРИЛОЖЕНИЕ К. Программа для ЭВМ 206

ПРИЛОЖЕНИЕ Л. Акт внедрения 212

ПРИЛОЖЕНИЕ М. Патент на полезную модель 214

ПРИЛОЖЕНИЕ Н. Акт внедрения в учебный процесс 218

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

АР - автомобиль рукавный;

ПА - пожарный автомобиль;

ВТУ - вакуумно-температурная установка;

ПР - пожарный рукав;

ТО - техническое обслуживание;

ЛОПР - линия обслуживания пожарных рукавов;

ТП - технологический процесс;

Т - температура;

КМ - магнитный пускатель;

КРВ - реле времени;

ТК - термометр контактный;

АЦ - автоцистерна;

ПТВ - пожарно-техническое вооружение;

КВЭ - клапан вакуумный электромагнитный;

КВР - вентиль вакуумный ручной;

ЦР - цифровой индикатор температуры;

КТР - терморегулятор;

ТЭН - теплоэлектронагреватель;

ТМ - температурный датчик;

М (ш) - масса;

Р (р) - давление;

ЗВЛ - зонд влажности;

ЭНГЛ - ленточный нагреватель;

( СО ) - влажность; и - влагосодержание.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время, по данным статистики, количество пожаров в Российской Федерации за период с января по сентябрь 2012 года составляет 115713 единиц [120]. Пожарные автомобили являются основным техническим средством, обеспечивающим доставку сил и средств к месту пожара, ведение действий по тушению пожаров, спасению людей и материальных ценностей [52,62,69].

Пожарным напорным рукавам (ПНР) в оборудовании пожарных автомобилей принадлежит особая роль. Пожарные напорные рукава - это гибкие трубопроводы, по которым осуществляется подача огнетушащих веществ в очаг горения для ликвидации пожаров. Абсолютное большинство пожаров при использовании пожарных автомобилей тушат, используя для подачи огнетушащих веществ пожарные напорные рукава. В общей номенклатуре пожарно-технического вооружения они по количеству занимают первое место. Для ликвидации пожаров на вооружении в ГПС МЧС России находится большое количество пожарных рукавов, стоимость которых значительна по сравнению с другими видами пожарной техники. На сегодняшний день стоимость одного пожарного рукава в среднем составляет: диаметром 51мм - 2283 рубля, диаметром 66мм - 2901 рубль, диаметром 77 мм - 3494 рубля, диаметром 89 мм - 5556 рублей, диаметром 100 мм - 8871 рубль. Финансирование расходов по данной статье ограничено.

Установлено, что на пожарах напорные рукава используются значительно чаще, чем другие виды пожарного оборудования. При этом 85% отказов пожарной техники приходится на долю пожарных рукавов. Поэтому обеспеченность подразделений ГПС МЧС России напорными пожарными рукавами и их техническое состояние в значительной степени определяют готовность и оперативность подразделений МЧС России [7,47-49,67,77].

Каждая автоцистерна укомплектовывается 12 пожарными напорными рукавами различного диаметра [7,67,77]. Количество напорных пожарных рукавов

6

разного диаметра применяется на пожарах неодинаково. Так, напорные пожарные рукава диаметром 51 мм используются на 75-78% пожаров, напорные пожарные рукава диаметром 77 и 66 мм - на 12%. Большинство централизованных гарнизонных рукавных баз в настоящее время ликвидировано, и функции обслуживания пожарных рукавов возлагаются непосредственно на каждое пожарное подразделение [1,65].

Существующая система обслуживания напорных пожарных рукавов требует значительного времени для постановки пожарных рукавов в расчет. Слабым звеном в существующей системе обслуживании является сушка пожарных рукавов. Это наиболее продолжительный, трудоёмкий и энергоёмкий процесс. Для полного высыхания рукавов в сушилке башенного типа в зимний период требуется до трёх суток, в летний период - в зависимости от погоды и влажности - регулярный визуальный контроль. Для обеспечения сушки двух рукавов в сушилке барабанного типа от одного часа до трёх требуется соответственно от 8 до 24 кВт электроэнергии только для работы калориферов. При этом производители сушильного оборудования для обеспечения полного просушивания в нормативный срок зачастую завышают температуру в сушильной камере до 60° и выше, что противоречит требованиям «Методического руководства по организации и порядку эксплуатации пожарных рукавов».

Нарушения температурного или временного режима приводит к необоснованному старению материалов, рукава пересыхают, значительно сокращается срок их службы [96]. Не все подразделения пожарной охраны оборудованы современными установками или башнями для сушки рукавов.

На сегодняшний день строительство рукавных башен нерентабельно из-за дороговизны строительных материалов, а также связано со значительными расходами на содержание и эксплуатацию данных сооружений [42]. Для поднятия пожарных рукавов на высоту в башенных сушилках, как правило, применяются грузоподъемные механизмы, управляемые с пола (электрические тали), что

требует проведения специальной подготовки личного состава подразделений в

7

организациях, имеющих лицензию на данный вид обучения. При эксплуатации данных механизмов увеличивается риск получения травм личным составом подразделений.

Особая ситуация возникает при сложных многодневных и удалённых пожарах, когда нет возможности доставлять пожарные рукава в подразделения для сушки на стационарных установках. В этих случаях единственным выходом для поддержания рукавного оборудования в рабочем состоянии является сушка его на месте пожара, что возможно только при наличии мобильных сушильных установок, перевозимых вместе с рукавными автомобилями.

Таким образом, проблемы, связанные с обслуживанием и эксплуатацией рукавного оборудования, совершенствованием соответствующей техники и технологии, являются важными и насущными для большинства пожарных частей всех видов пожарной охраны не только в Российской Федерации, но и во многих зарубежных странах [8,9,98-100,119].

Всё это делает актуальной научную задачу теоретического и экспериментального обоснования конструкции мобильного комплекса для сушки пожарных рукавов в составе рукавного пожарного автомобиля.

Рассмотренные проблемы укладываются в формулу научной специальности 05.26.03 «Промышленная и пожарная безопасность (транспорт)»:

п. 6. Исследование и разработка средств и методов, обеспечивающих снижение пожарной и промышленной опасности технологических процессов, предупреждения пожаров и аварий, тушения пожаров;

п. 12. Разработка и совершенствование способов повышения безопасности производственного оборудования, технологических процессов, вспомогательных операций и условий труда работников;

п. 14. Совершенствование методов обеспечения безопасности при техническом обслуживании, ремонте и эксплуатации транспортных средств, разработка методических принципов сертификации транспортных средств по критериям безопасности.

Целью диссертационной работы является разработка мобильно комплекса по оперативному восстановлению готовности подразделений ГПС МЧС России и научное обоснование способа термовакуумной сушки напорных пожарных рукавов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

1. Обосновать технические требования и разработать конструкцию мобильной установки в составе рукавного пожарного автомобиля.

2. Разработать математическую модель процесса термовакуумной сушки пожарных рукавов, позволяющую рассчитать оптимальные параметры процесса сушки.

3. Создать экспериментальную установку и провести комплекс исследований по определению оптимальных теплофизических параметров процесса сушки пожарных рукавов и их влиянию на эксплуатационные характеристики пожарных рукавов.

Объект исследования-, технологический процесс сушки напорных пожарных рукавов в составе рукавного пожарного автомобиля и реализующая его мобильная установка термовакуумной сушки.

Предмет исследования: теплофизические закономерности процесса термовакуумной сушки пожарных рукавов на мобильном комплексе рукавного пожарного автомобиля.

Методы исследования: экспериментальные и расчетные методы исследования процесса сушки, статистические методы обработки экспериментальных данных, математическое моделирование, оценка экономической эффективности предлагаемых решений.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

1. Обоснованы технические требования к мобильному комплексу в составе рукавного пожарного автомобиля.

2. Разработана математическая модель процесса термовакуумной сушки пожарных рукавов, позволяющая рассчитать оптимальные параметры процесса сушки для всех типов пожарных рукавов при различных режимах.

3. Проведены экспериментальные исследования по определению оптимальных теплофизических параметров процесса термовакуумной сушки пожарных рукавов и их влиянию на эксплуатационные характеристики.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

1. Обоснована целесообразность использования мобильных сушильных установок в составе пожарного рукавного автомобиля.

2. Предложенные технические решения позволили улучшить качество сушки напорных пожарных рукавов, продлить срок их эксплуатации, а также повысить надежность рукавного оборудования и сократить время постановки рукавного оборудования в расчет.

3. Предложенные технические решения позволяют эксплуатировать напорные пожарные рукава в условиях низких температур, а также использовать вакуумно-температурную установку в подразделениях, где нет условий для строительства башенных сушилок.

Реализация результатов исследования:

- создана экспериментальная установка для сушки напорных пожарных рукавов, конструкция которой защищена патентом Российской федерации №105415 от 11.01.2011 года;

- экспериментальная вакуумно-температурная установка установлена в помещении рукавной базы Специальной пожарной части №1 и принята в эксплуатацию решением комиссии ГУ «Специальное управление ФПС №2 МЧС России» 19 мая 2008 года;

- результаты диссертационного исследования внедрены в практическую деятельность ФГКУ «Специальное управление ФПС №2 МЧС России» 19 апреля 2012 года, и в учебный процесс Сибирского института пожарной безопасности - филиала Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России - в рамках

ю

изучения дисциплин «Пожарная техника» и «Начальная профессиональная подготовка».

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы, состоящего из 130 литературных источников, и двенадцати приложений. Работа изложена на 131 странице машинописного текста, содержит 34 таблицы и 38 рисунков.

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ И СПОСОБОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ РУКАВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ПОЖАРНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

1.1 Организация эксплуатации напорных пожарных рукавов, входящих в комплектацию пожарных автомобилей

В Федеральной противопожарной службе существуют две системы эксплуатации пожарных рукавов: децентрализованная и централизованная. Децентрализованная система эксплуатации предполагает проведение технического обслуживания, ремонта, хранения запаса (два комплекта на каждый пожарный автомобиль, укомплектованный рукавами) и учета пожарных рукавов в каждой пожарной части. Ответственность за организацию эксплуатации пожарных рукавов возлагается на начальника подразделения. Однако децентрализованная система эксплуатации пожарных рукавов имеет некоторые недостатки: во-первых, в каждой пожарной части, необходимо иметь более чем двукратный резервный запас пожарных рукавов и комплект технологического оборудования для их обслуживания; во-вторых, технологическое оборудование по обслуживанию пожарных рукавов используется крайне неэффективно вследствие его малой загрузки; в-третьих, замена использованных пожарных рукавов осуществляется только после возвращения подразделений в пожарную часть, что снижает их оперативную готовность [7,8,12,20,21,24,45].

Наиболее эффективной считается централизованная система эксплуатации пожарных рукавов, которая, как правило, организуется в гарнизонах пожарной охраны или крупных объектов при наличии нескольких специальных пожарных частей (независимо от их ведомственной принадлежности). При этом в гарнизонах пожарной охраны с числом пожарных частей четыре и более создаются центральные рукавные базы, а в гарнизонах с меньшим количеством пожарных частей - рукавные посты.

Суть централизованной системы эксплуатации пожарных рукавов заключается в том, что в оперативных пожарных подразделениях имеется только один комплект рукавов на пожарных автомобилях. Кроме того, личный состав пожарных подразделений освобождается от работы по обслуживанию, ремонту и хранению напорных пожарных рукавов. Данный вид работ, включая доставку чистых пожарных рукавов, для замены использованных при выполнении действий по тушению пожаров, выполняет личный состав рукавной базы. Доставка чистых пожарных рукавов к месту пожара и возвращение использованных напорных пожарных рукавов осуществляется специальным рукавным автомобилем, имеющимся в штате рукавной базы гарнизона.

В зависимости от числа используемых на пожарах (занятиях, учениях) напорных пожарных рукавов замену их выполняют по одному из перечисленных вариантов.

Вариант 1. При использовании четырех и более пожарных рукавов руководитель тушения пожара вызывает рукавный автомобиль с рукавной базы. Чистые и сухие напорные пожарные рукава, доставленные к месту ведения действий по тушению пожара, выдают пожарным подразделениям в обмен на использованные рукава с соответствующей отметкой в обменной ведомости.

Пожарное подразделение после выполнения действий по тушению пожара или учебной задачи возвращается в пожарную часть, а рукавный автомобиль - на рукавную базу. В случае необходимости пожарные подразделени