Диссертация (Применение робототехнических средств для тушения пожаров на объектах энергетики), страница 9

Тепловизор необходим для обнаружения очага пожара или поисканаиболеепрогретыхогнетушащихвеществ.участковконструкций,Вентиляторнаякудаустановкапланируетсяобеспечиваетподачаудалениепродуктов горения и газов пиролиза из зоны горения после работы установки, чтообеспечивает комфортные условия для работы пожарных подразделений [90, 91].Применениерассматриваемыхсистемсовместносробототехникойпозволит создать образец принципиально нового робототехнического средствапожаротушения. Интеграция ствола установки в конструкцию мобильного роботапозволит добиться выполнения функций не только пожаротушения, но иаварийно-спасательных работ за счет резки конструкций потоком смеси воды иабразива. Отсутствие собственного запаса огнетушащих веществ в виде воды, вслучае как с лафетным стволом, так и с установками пожаротушения позволяетговорить о том, что эффективным будет применение пожарных автоцистерн,оборудованныхустановкамипожаротушениясгидроабразивнойрезкой,совместно с разрабатываемой робототехникой.

Это условие позволит сократитьколичество привлекаемых автомобилей.57Благодаря возможностям гидроабразивной резки возможно проведениеработ в зонах, где могут возникать взрывоопасные концентрации. Оснащение РТСроботизированным манипулятором-схватом обеспечит выполнение тактическихприемов при резке и пожаротушении, а также транспортировку разрезанныхконструкций или оборудования в зону утилизации.В случае с чернобыльской аварией для целей резки и транспортировкиконтрольно-измерительныхприборовспециальнобылоизготовленодистанционно-управляемое устройство «Тросоход» [18].Применение же установок пожаротушения с гидроабразивной резкой притушении пожаров электрооборудования под напряжением требует проведенияисследований. Необходимо, прежде всего, оценить значения возникающих токовутечки при подаче огнетушащих веществ в виде воды и смеси воды и абразива,которые могут возникать при тушении пожаров электрооборудования.

Оценитьвлияниевозникающихосуществляющеготоковподачунаконструкциюогнетушащихвеществ,мобильногоатакжеробота,рассмотретьвозможности безопасного применения установок пожаротушения личнымсоставом подразделений при тушении пожаров электрооборудования поднапряжением.Отдельно необходимо исследовать возможности транспортировки и подачиогнетушащих веществ в виде воды и смеси воды и абразива, установитьпараметры, характеризующие потери напора при транспортировке и подачеогнетушащих веществ, и на основании полученных результатов установитьпредельные расстояния для подачи огнетушащих веществ, при которыхсохраняются расходно-напорные характеристики установок пожаротушения. Этиусловиявомногомподразделений,пожаротушения.оказываютэксплуатирующихвлияниенамобильныетактическиевозможностиробототехническиесредства582.2 Определение значений тока утечки по струе воды и смеси водыи абразива при тушении пожаров электрооборудования под напряжениемДля определения значений тока утечки по струям воды и смеси воды иабразива, формируемым установкой пожаротушения с гидроабразивной резкой,было проведено экспериментальное исследование, в результате которого былполучен массив данных, отраженных в приложении А.Исследование проводилось на специально разработанном сотрудникамиАкадемии стенде по определению значений тока утечки по струям различныхсредств тушения (рисунок 2.8) по методике, отраженной в [92].Рисунок 2.8 – Принципиальная схема стенда по определению тока утечки:1 – мишень; 2 – мультиметр; 3 – ствол установки пожаротушения;4 – опора с изоляторами для установки исследуемого средства тушения;5 – аппарат испытания диэлектриков «АИД-70М»; 6 – компьютер для приема данныхВ качестве мишени, на которую осуществлялась подача огнетушащихвеществ, была применена стальная сетка, закрепленная на изоляторах ИОС-110400 с металлическими основаниями, препятствующими опрокидыванию мишени.Использование стальной сетки позволило решить проблему удаленияотработавших огнетушащих веществ.59Источником высокого напряжения выступал аппарат для испытаниядиэлектриков «АИД-70М», который соединялся силовым кабелем со стальнойсеткой.

Аппарат для испытания диэлектриков «АИД-70М» может формироватьвыходные напряжения постоянного и переменного тока в диапазонах от 10до 70 кВ, и от 10 до 50 кВ соответственно, и предназначен для испытания идиагностирования изоляции силовых кабелей, твердых диэлектриков илиопределения значений тока утечки по струям огнетушащих веществ [93].Исследованиям подвергалась установка пожаротушения с гидроабразивнойрезкой, основные параметры которой отражены в таблице 2.3.Таблица 2.3 – Характеристики установки пожаротушения с возможностямигидроабразивной резкиПараметрРабочее давление, МПаРасход воды, л/минРасход абразива при резке, кг/минСкорость воды на выходе из ствола, м/сЗначение параметра30,0604,2200Замеры тока утечки осуществлялись с расстояний от ствола до мишени0,5 м, 1 м, 2 м, 3 м, при напряжениях на мишени на каждом из расстояний 10 кВ,20 кВ и 30 кВ (рисунок 2.9).Рисунок 2.9 – Определение тока утечки по струе огнетушащего веществана расстоянии 2 м при напряжении на мишени равном 30 кВ60Проходящие по струе огнетушащего вещества токи утечки фиксировалисьмультиметром (2) и передавались на персональный компьютер.Было установлено, что полученные значения токов утечки по воде заметнобольше значений, полученных по смеси.

Связано это с возникновениемперколяционных эффектов, характеризующих протекание электричества черезсмесь воды и абразивных частиц. В виду того, что абразив представляет собойсмесь частиц ((Fe)2SiO4; SiO2; Fe3O4), обладающих худшей электропроводностью посравнению с водой, а их процентное содержание в смеси составляет 4% по объемуот общего количества, то полученная в результате смесь воды и абразивныхчастицхужепроводитэлектрическийток,посравнениюсоструейтонкораспыленной воды.Полученныймассивданныхнеобходимобылообработать,чтобыустановить верхние предельные значения возникающих токов утечки по струеогнетушащего вещества, защиту от которых необходимо предусмотреть вконструкции РТС, а также определить условия для возможного применениярассматриваемых систем личным составом пожарно-спасательных подразделенийпри тушении пожаров электрооборудования под напряжением.В связи с этим для полученных экспериментальных данных былиопределены их статистические оценки: математическое ожидание (Х) истандартное отклонение (σ).В результате обработки экспериментальных данных было установлено, чтодлядостижениянадлежащегоуровнядостоверностиполученныхэкспериментальных данных целесообразнее рассматривать не только средниезначения, но и их доверительные оценки.Основываясь на том, что экспериментальные данные распределенынормально и могут рассматриваться как совокупность значений случайнойвеличины, была определена доверительная оценка значений тока утечки дляуровня значимости α=0,001 [94], которая рассчитывалась по формуле (2.3):X p max  X  3,3   .(2.3)61Значения статистических оценок и доверительного интервала приведены втаблице 2.4.Таблица 2.4 – Статистические оценки экспериментальных данныхЗначение параметра в зависимости от расстояния, мОТВ0,5ПараметрВодаАбразивXXmaxXXmax10311,21,3315,6110,41,4114,920570,91,5576,1371,01,6376,31,030971,31,3975,6610,71,3614,91067,11,070,646,50,849,22,03,0при напряжении, кВ2030102030102030112,4 280,5 58,3 72,0 111,1 51,4 59,0 77,50,91,71,0 1,21,81,1 0,8 0,9115,3 286,1 61,6 75,9 116,9 55,2 61,5 80,590,5 190,4 38,7 55,1 72,6 31,8 47,8 57,71,21,10,8 1,21,10,9 0,9 0,994,4 194,0 41,3 59,0 76,2 34,9 50,8 60,6Для возможности обоснованного использования значений доверительнойоценки тока утечки без ущерба для полученной структуры данных произведенавизуализациясреднихзначенийтокаоценок (рисунки 2.10, 2.11).а)утечкиидоверительных62б)Рисунок 2.10 – Графическое отображение данных математического ожиданиятока утечки по воде (а) и по воде с абразивом (б)а)63б)Рисунок 2.11 – Графическое отображение данных доверительного интервалатока утечки по воде (а) и по воде с абразивом (б)Полученные графические отображения данных позволяют говорить о том,что их структура при использовании доверительных оценок не изменилась в видудостаточно небольших значений стандартного отклонения по отношению ксредним значениям, следовательно, для всех данных может быть полученаматематическая зависимость одного вида.Опираясь на результаты исследований [74] задавались условиями, чтозависимость значений тока утечки от расстояния до мишени и напряжения на нейявляется степенной.

Для оценки степени аппроксимации экспериментальныхданных был использован коэффициент детерминации R2.Результаты аппроксимации экспериментальных данных представлены нарисунке 2.12 на примере значений тока утечки при напряжении на мишени 30 кВ.64Рисунок 2.12 – Зависимость значений тока утечки от расстояния до мишенипри напряжении на мишени 30 кВПолученные коэффициенты степенной зависимости значений тока утечкиот расстояния и напряжения приведены в таблице 2.5.Таблица 2.5 – Коэффициенты уравнений регрессииВид струиВодаСмесьНапряжение намишени, кВ1020301020I = 120 L-0,916, R2=0,78I = 184,8 L-1,205, R2=0,88I = 332,3 L-1,397, R2=0,99I = 63,5 L-0,631, R2=0,88I = 137,3 L-1,096, R2=0,9030I = 220,2 L-1,322, R2=0,98Степенная зависимостьАнализ значений коэффициента детерминации R2 позволил установить, чтовозникающие значения тока утечки при вариации расстояния до мишени инапряжения на ней хорошо будут аппроксимированы степенной функциейрегрессии вида:I  I 0  L  U  ,(2.4)где I 0 – свободный член модели, мкА (ток утечки); L – расстояние до мишени, м;(L = 0,5; 1; 2; 3); U – напряжение на мишени, кВ;  ,  – эмпирическиекоэффициенты модели.65На основании анализа коэффициента детерминации R2, значения котороговарьируются в интервале от 0,78 до 0,99, для определения коэффициентовстепенной регрессии использовали доверительную вероятность 95%.Исходные данные для построения модели представлены в таблице 2.6.Таблица 2.6 – Исходные данные для построения моделиВодаL, м0,50,50,5111222333I, мкА315,6576,1975,670,6115,3286,161,675,9116,955,261,580,5U, кВ10,020,030,010,020,030,010,020,030,010,020,030,0I, мкА114,9376,3614,949,294,4194,041,359,076,234,950,860,6АбразивL, м0,50,50,5111222333U, кВ10,020,030,010,020,030,010,020,030,010,020,030,0Обработка экспериментальных данных осуществлялась в программе ExcelMS Office по методике, отраженной в [95], которая позволила определитькоэффициентыстепеннойрегрессиисдоверительнойвероятностью95% (таблица 2.7).Таблица 2.7 – Результаты регрессионного анализаПараметрКоэффициентI0αβ20,57–1,1730,775I0αβ7,791–1,0200,955Нижние 95%Вода20,29–1,600,45Смесь5,59–1,050,92Верхние 95%Ст.