Автореферат (Применение робототехнических средств для тушения пожаров на объектах энергетики), страница 3

Замеры значений токаутечки по струям воды и смеси производились на расстояниях 0,5 м, 1 м, 2 м,3 м при напряжениях 10 кВ, 20 кВ, 30 кВ на каждом из расстояний.За исходный параметр тока утечки принимали значение 0,5 мА, при котором человек начинает воспринимать болевые ощущения.В результате проведенного экспериментального исследования был получен массив данных, при математической обработке которого были выведеныматематические зависимости, позволяющие определить значения возникающихтоков утечки в зависимости от расстояния и напряжения на мишени для воды исмеси.9– для воды:24,05  U 0,9I;(1)L0,95– для смеси воды и абразива:8,17  U 1,1I,(2)L0,8где I – возникающий ток утечки, мкА, U – напряжение на мишени, кВ,L – расстояние от ствола до мишени, м.По полученным зависимостям были определены расстояния, при которыхвозможно применение установок пожаротушения с гидроабразивной резкойличным составом пожарно-спасательных подразделений при тушении пожаровэлектрооборудования под напряжением (рисунок 1).12001–Ток утечки, мкА10008002–600–3400200000,511,522,533,5Расстояние до мишени, мРисунок 1 – Значения тока утечки для воды и смеси при напряжении 30кВ:1 – зависимость тока утечки для воды; 2 – зависимость тока утечки для смеси;3 – значение тока утечки, ощутимое для человекаПо рисунку 1 отчетливо наблюдается, что значения токов утечки по смеси меньше значений, полученных по воде.

Связано это с возникновением перколяционных эффектов, характеризующих протекание электричества черезсмесь воды и абразивных частиц. В виду того, что абразив представляет собойсмесь частиц ((Fe)2SiO4; SiO2; Fe3O4), обладающих худшей электропроводностьюпо сравнению с водой, а их процентное содержание в смеси составляет 4% пообъему от общего количества, то полученная в результате смесь воды и абразивных частиц хуже проводит электрический ток, по сравнению со струей тонкораспыленной воды, что и было получено в ходе проведения экспериментального исследования.Исходя из тактических соображений, а также учитывая требования правил охраны труда, наиболее оптимальным вариантом подачи огнетушащих веществ при тушении пожаров на электрооборудовании при использовании личным составом установок пожаротушения является расстояние не менее 3 м, что10позволяет также учесть обратную реакцию струи. Робототехническое средство,оснащаемое стволом установки пожаротушения, может проводить работы потушению пожаров с расстояния 0,5 м, при этом в его конструкции необходимопредусмотреть защиту от возникающих токов утечки.Разработка робототехнического средства для объектов энергетики подразумевает его применение не только на открытых площадках, но и практическиво всех помещениях электростанции, что может быть достигнуто уменьшениемгабаритных размеров и полной массы.

В связи с этим робототехническое средство не будет иметь собственного запаса огнетушащих веществ, а обеспечениелафетного ствола огнетушащими веществами будет осуществляться через рукавные линии.Процесс прокладки рукавных линий сопровождается возникновениемсил, препятствующих свободному перемещению рукава по различным поверхностям, основной из которых является сила трения.Механизм трения рукавов о поверхность, по которой он транспортируется, достаточно сложен, в виду того, что в трении участвуют два совершенноразных материала – металл и полимер. Имеются три основных отличия тренияполимеров от трения металлов. Первым отличием является то, что площадь соприкосновения трущихся поверхностей зависит от геометрии этих поверхностей и от нагрузки, что влияет на силу трения. Второе отличие выражается втом, что деформационная составляющая может составлять большую часть силытрения, проявляясь в форме упругого гистерезиса.

Третьим отличием являетсято, что в виду вязкоупругих свойств полимеров трение зависит от скорости итемпературы. Но исходя с практической точки зрения рассматривалась полнаясила трения, возникающая при прокладке рукавных линий, являющейся суммойсил трения полимеров и металлов о твердые тела.Основу напольного покрытия на объектах энергетики составляют наливные полы, представляющие собой эпоксидное покрытие для бетона, плитка иасфальт. В ходе проведения экспериментального исследования по определениювозникающей силы трения, которую необходимо преодолеть при транспортировке рукавных линий рассматривались именно эти поверхности.

Рукавная линия состояла из пожарных рукавов общего исполнения.В результате проведенного исследования был получен массив данных посилам трения, которые возникают при перемещении рукавных линий различных диаметров по рассматриваемым напольным покрытиям, при обработке которого расчетным методом были получены коэффициенты трения, характеризующие трение рукавных линий о рассматриваемые поверхности.Таблица 1 – Значение коэффициентов трения рукавов для трех поверхностейДиаметр условногопрохода рукава, мм506580Наливной полВид поверхностиПлиточное покрытиеАсфальт0,270,360,5811При проведении экспериментального исследования наблюдались скачкообразные перемещения рукавной линии при малой скорости относительно исследуемой поверхности. Это явление характеризуется автоколебательным процессом, в результате которого динамометр показывает скачкообразные значения силы трения.Для более точной оценки тактических возможностей мобильной робототехники при прокладке рукавных линий, а также учитывая возникновение автоколебательных явлений был получен коэффициент запаса 1.1.С учетом коэффициента запаса, формула для определения возникающихсил трения приобретает вид:F  1,1   m0  N  g ,(3)где μ – коэффициент трения; m0 – масса рукава, кг; g – ускорение свободногопадения, м/с2, N – количество рукавов, шт.При сравнении экспериментальных данных с расчетными было установлено, что экспериментальные данные находятся в заданном интервале, а их погрешность не превышает 10%.250МодельВерхняя граница интервалаНижняя граница интервалаЭкспериментальные данныеВозникающая сила F, H200150100500012345количество рукавов, штРисунок 2 – Сравнение расчетных данных по силе тренияс экспериментальными для рукавов с диаметром условного прохода 50 мм,полученных для асфальтированной поверхностиДля оценки тяговых характеристик, которыми должно обладать разрабатываемое робототехническое средство, были рассмотрены тактические приемыподачи огнетушащих веществ в зависимости от расхода огнетушащего вещества и способа прокладки рукавной линии.

Наиболее рациональным способомявляется подача огнетушащих веществ с расходом 15 л/с на расстояние около230 м при использовании рукавной линии с диаметром условного прохода1280 мм. Количество рукавов в линии составляет 14 шт., для перемещения которых требуется создать усилие равное 964 Н.Следовательно, для перемещения рукавных линий, различных диаметров,конструкция разрабатываемого робототехнического средства должна обладатьтяговыми усилиями не менее 1000 Н (~100 кг), что обеспечит эффективное перемещение РТС с рукавными линиями при выходе на позицию подачи огнетушащих веществ.В третьей главе диссертации «Исследование тактических особенностейустановок пожаротушения с гидроабразивной резкой при подаче огнетушащихвеществ» рассмотрены особенности, влияющие на предельную дальность подачи огнетушащих веществ, разработан измерительный комплекс и приведенырезультаты расчетного и экспериментального определения потерь напора, влияющего на дальность подачи.Тактические возможности установок пожаротушения во многом зависятот предельной дальности подачи огнетушащих веществ, в особенности еслипланируется их использование совместно с мобильной робототехникой.

Предельная дальность подачи огнетушащих веществ определяется в зависимостиот напорно-расходных характеристик средств тушения и потерь напора притранспортировке огнетушащих веществ.Потери напора принято разделять на местные и линейные потери. Линейные потери напора hл возникают при транспортировании огнетушащих веществ по трубопроводу в результате трения потока жидкости о стенку трубы(чехол рукава) и между собой. Местные потери напора hм возникают в местахдеформации потока. Общая же величина потерь напора представляет собойсумму местных и линейных потерь напора.hобщ  hл   hм .(4)Основной же формулой, для расчета потерь напора по длине при установившемся движении потока для круглых труб, является формулаДарси-Вейсбаха, которая имеет вид:l v2hл    ,(5)d 2gгде  – коэффициент гидравлического трения; l – длина трубопровода, м;d – диаметр живого сечения, м; v – средняя скорость потока жидкости, м/с;g – ускорение свободного падения, м/с2.Основным критерием, характеризующим потери напора при транспортировке огнетушащих веществ, является коэффициент гидравлического трения λ.До недавнего времени считалось, что  является величиной постоянной,но позже было установлена ее зависимость от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости стенок    d (где  – абсолютная шероховатость,равная средней высоте выступов шероховатости, а d – диаметр трубопровода).Существующие на сегодняшний день формулы для определения коэффициента гидравлического трения были получены, а позже и апробированы экспериментальным путем при определенных условиях.