Разработка методов и устройств оптимального обнаружения очагов загораний тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.01, кандидат технических наук Медяник, Юрий Михайлович

• Медяник, Юрий Михайлович
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Медяник, Юрий Михайлович

В в е д е н и е.

Глава I. Анализ методов и средств обнаружения тепловых очагов загораний.

§ I.I. Область применения тепловых пожарных извещателей.

§ 1.2. Анализ характеристик ТПИ.

§ 1.3. Анализ методов обнаружения тепловых очагов загораний.

Выводы.

Глава 2. Разработка теоретических основ оптимального обнаружения тепловых очагов загораний в помещении.

§ 2.1. Математическая модель время-пространственного распределения избыточной температуры, создаваемой тепловым очагом загорания, применительная к задачам обнаружения.

§ 2.2. Математическая модель обнаружения тепловых очагов загораний точечными ТПИ.

§ 2.3. Математическая модель обнаружения тепловых очагов загораний с помощью оптического луча.

§ 2.4. Математическая модель обнаружения тепловых очагов загораний ультразвуковыми устройствами.

§ 2.5. Разработка критерия оптимального обнаружения теплового очага загорания.

Выводы.

Глава 3. Экспериментальные исследования время-пространственного распределения изоыточной температуры в помещении, создаваемой в начальной стадии развивающимся тепловым очагом загорания.

§ 3.1. Постановка задач экспериментальных исследований.

§ 3.2. Комплекс измерительных устройств и аппаратуры для проведения экспериментальных исследований.

§ 3.3. Методика проведения экспериментов и обработки экспериментальных данных.

§ 3.4. Результаты экспериментальных исследований.

Выводы.

Глава 4. Принципы построения устройств для обнаружения тепловых очагов загораний.

§ 4.1. Разработка исходных требований к входным характеристикам ТЛИ.

§ 4.2. Особенности построения точечных ТЛИ.

§ 4.3. Принцип построения устройств обнаружения тепловых очагов загораний с помощью оптического луча.

Выводы.Иб

Глава 5. Математические модели оптимального размещения ТЛИ.

§ 5.1. Критерии оптимального размещения ТПИ.

§ 5.2. Математическая модель размещения точечных ТПИ.

§ 5.3. Математическая модель размещения устройств обнаружения тепловых очагов загорания с помощью оптического луча.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов и устройств оптимального обнаружения очагов загораний»

Современный этап социально-экономического развития СССР, основные направления которого утверждены на ХХУ1 съезде КПСС /I/, характеризуется широким размахом капитального строительства, увеличением насыщенности объектов материальными ценностями, возрастающим объемом производства, увеличением энергонасыщенности производств. Все более сложной становится проблема защиты материальных ценностей от пожаров.

Как показывает практика, одним из эффективных способов предотвращения материальных убытков от пожаров является внедрение противопожарной автоматики, использующей современные технические средства /6,10/ раннего обнаружения загораний. Практически любое загорание сопровождается вьщелением тепла. Именно по этой причине наиоолее широкое применение в противопожарной автоматике получили тепловые извещатели, реализующие в своей основе различные физико-технические методы преобразования избыточной температуры в электрический сигнал.

Наиболее перспективными из них являются устройства, оолада-ющие пространственным обнаружением температурного возмущения окружающей среды с помощью оптических лучей, ультразвукового поля.

Вместе с тем практическая реализация в реальных условиях как точечных тепловых пожарных извещателей, срабатывающих за счет теплообмена с окружающей средой, так и устройств пространственного обнаружения, срабатывающих за счет возмущения активных оптического и ультразвукового полей, в значительной степени затруднена в связи с отсутствием теоретической основы для расчетов время-пространственного распределения избыточной температуры в помещении, создаваемой маломощным очагом горения и отсутствием научно оооснованных критериев оптимального обна^^жния загораний. Кроме того, отсутствуют научно обоснованные требования к техническим параметрам реальных устройств обнаружения, что ограничивает эффективность их применения в реальных условиях, а также проектирование новых, более перспективных устройств.

Цель данной работы: разработка методов и устройств оптимального обнаружения тепловых очагов загораний.

Для достижения указанной цели ставились следующие задачи исследований:

- установить закономерности и разработать математическую модель время-пространственного распределения избыточной температуры, создаваемой тепловым очагом загорания, применительно к задачам обнаружения;

- разработать математическую модель обнаружения избыточной температуры, создаваемой тепловым очагом загорания, точечными ТЛИ максимального и дифференциального действия;

- разработать математическую модель обнаружения тепловых очагов загораний с помощью оптического луча;

- разработать математическую модель пространственного обнаружения тепловых очагов ультразвуковым методом;

- разработать критерий оптимального обнаружения тепловых очагов загораний;

- разработать комплекс измерительных устройств и провести натурные испытания по проверке разработанных математических моделей;

- разработать научно обоснованные требования к входным характеристикам ТПИ;

- разработать принципы построения новых точечных ТЛИ дифференциального действия;

- разработать принципы построения устройств обнаружения тепловых очагов загораний с помощью оптического луча;

- разработать критерий оптимального размещения ТПИ;

- разработать математическую модель размещения фотолучевых

ТПИ;

- разработать методику расчета размещения ТПИ.

Научная новизна результатов исследований:

- установлены закономерности и разработана математическая модель время-пространственного распределения избыточной температуры, применительная к задачам обнаружения;

- разработана математическая модель обнаружения избыточной температуры, создаваемой очагом загорания, точечными ТПИ максимального и дифференциального действия;

- разработана математическая модель обнаружения избыточной температуры, создаваемой очагом загорания с помощью оптического луча;

- разработана математическая модель пространственного обнаружения очагов загораний ультразвуковыми устройствами;

- разработан критерий оптимального обнаружения очагов загораний;

- разработаны принципы построения новых точечных ТПИ дифференциального действия и оптико-лучевых устройств обнаружения очагов загораний.

Практическая ценность результатов работы:

- полученные расчетные формулы время-пространственного распределения избыточной температуры, создаваемой очагом загораний, позволяют определить условия эффективного обнаружения загораний ТПИ в конкретных случаях;

- разработанные математические модели обнаружения тепловыми пожарными извещателями очагов загораний по создаваемой избыточной температуре, позволяют определять исходные требования к входным характеристикам ТПИ при их разработке;

- разработанный принцип построения устройств обнаружения тепловых очагов загораний с помощью оптического луча, выполненный на уровне изобретений (а.с. № 552630, а.с. № 641476) реализован в конкретном изделии "Квант-2У", освоенном в промышленном производстве ПО "Виброприбор" (г. Кишинев). Фактический годовой экономический эффект от внедрения извещателя "Квант-2У" составляет 72148 руб. при годовом выпуске 142 изделия;

- использование критерия оптимального обнаружения позволяет на основе разработанных математических моделей обнаружения ТПИ очагов загораний разрабатывать методики оптимального размещения ТПИ на конкретных объектах;

- разработанные методики и алгоритмы расчета размещения ТПИ в помещениях, учитывающие параметры помещения, характеристики горючего материала и параметры ТПИ, позволяют проектировщикам систем пожарной сигнализации оптимальным образом выбирать решения применительно к конкретным объектам.

Результаты диссертационных исследований докладывались на научно-практической конференции по проблемам пожарной безопасности объектов Министерства легкой промышленности в г. Москве (1983 г.); на научно-практической конференции в ВИПТШ МВД СССР (г. Москва, 1984 г.), обсуждались на заседаниях кафедры специальной электротехники и связи ВИПТШ МВД СССР; на межкафедральном заседании в ВИПТШ МВД СССР с участием представителей ВНИИПО МВД СССР.

По материалам диссертации опубликованы научные статьи /53, 55.57, 62/, получены авторские свидетельства на изобретения /63, 64/.

Работа выполнена на кафедре специальной электротехники и связи ВИПТШ МВД СССР.

На защиту выносятся:

- математическая модель время-пространственного распределения избыточной температуры, образованной очагом загорания, примени-тельная к задачам обнаружения;

- математические модели обнаружения избыточной температуры, создаваемой очагом загорания, точечными, оптико-лучевыми и ультразвуковыми пожарными извещателями;

- критерий оптимального обнаружения развивающихся загораний;

- принцип построения новых точечных дифференциальных и оптико-лучевых устройств для обнаружения загораний по создаваемой избыточной температуре;

- математические модели и методика инженерного расчета оптимального размещения ТПИ.

Заключение диссертации по теме «Охрана труда (по отраслям)», Медяник, Юрий Михайлович

ВЫВОДЫ :

1. Для оптимального размещения ТПИ необходимо применять ограничивающий или минимизирующий критерий.

2. Применение ограничивающего критерия обеспечит обнаружение очага загорания, характеристики которого в момент обнаружения не превышают заданных.

3. Применение минимизирующего критерия обеспечивает минималь' ные потери, наносимые очагом загорания при минимальных затратах на его обнаружение.

4. Полученная математическая модель размещения точечных ТПИ при использовании ограничивающего и минимизирующего критерия позволяет приводить расчет оптимального размещения точечных ТПИ в помещении.

5. Полученная математическая модель размещения устройств обнаружения тепловых очагов загорания с помощью оптического луча при использовании ограничивающего и минимизирующего критерия позволяет проводить расчет их оптимального размещения в помещении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Из анализа состояния исследуемой проблемы вытекает, что до настоящего времени отсутствовали данные о закономерностях время-пространственного распределения избыточной температуры, создаваемой очагом загорания и теоретическая основа оптимального обнаружения его в начальной стадии развития, что препятствовало как эффективному использованию существующих ТПИ, так и проектированию новых, более перспективных ТПИ.

2. В результате выполненного комплекса аналитических и экспериментальных исследований установлены закономерности и разработана теоретическая основа время-пространственного распределения температуры в помещении для начальной стадии развития очага загорания, что обеспечило построение математических моделей оптимального обнаружения загораний, доведенных до инженерных расчетов.

3. Разработанные критерии и методика оптимального обнаружения загораний ТПИ позволяют оптимизировать размещение ТПИ в реальных условиях с учетом предполагаемого ущерба, наносимого очагом загорания и затрат на его обнаружение.

4. Разработана теоретическая основа для определения требований к входным характеристикам точечных ТПИ, реализующих максимальный и дифференциальный принцип действия.

5. Предложенные принципы построения точечных тепловых пожарных извещателей дифференциального действия обеспечили наиболее рациональную структуру построения и получения необходимой равномерности динамической чувствительности в заданном температурном диапазоне.

6. Показано, что для эффективного обнаружения тепловых очагов загораний с помощью оптического луча наиболее рациональным является использование метода ИК-локации, сущность которого состоит в регистрации возмущений интенсивности ИК-излуче-ния при взаимодействии его с температурной неоднородностью, создаваемой очагом загорания.

7. Разработанный принцип построения теплового пожарного извещателя, использующего для обнаружения загораний оптический луч, выполненный на уровне изобретений (а.с. № 552630 и а.с. № 641476), реализован в конкретном изделии "Квант-2У", освоенном в серийном производстве на производственном объединении "Виброприбор" (г. Кишинев). Фактический годовой экономический эффект от внедрения извещателя "Квант-2У" составляет 72148 рублей при выпуске 142 изделий в год. Извещатель "Квант-2У" обладает высокими тактико-техническими характеристиками, позволяющими производить обнаружение пожара на значительной охраняемой площади различных объектов, в том числе и временных, а также в помещениях с агрессивной средой.

8. Разработанные математические модели оптимального размещения тепловых пожарных извещателей положены в основу разработки методики выбора и оптимального размещения пожарных извещателей, алгоритм расчета которой учитывает теплотворную способность горючих материалов, характер возможного развития загораний, характеристики помещения и пожарных извещателей.

9. Разработанная методика позволяет осуществить проектное решение по выбору и размещению пожарных извещателей, обеспечивающее оптимальное обнаружение загораний в зависимости от функционального назначения помещения, содержащихся в нем материальных ценностей, условий тушения и тем самым предотвратить значительный материальный ущерб от пожара.

147

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Медяник, Юрий Михайлович, 1984 год

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1.81-1985 годы и на период до 1990 года. М., Политиздат, 1981-95 г.

2. Об увеличении производства пожарной техники и средств противопожарной защиты. Постановление Совета Министров СССР № 655 от 15 июля 1977 г.

3. Юрченко Д.И. Проблемы защиты от пожаров объектов народного хозяйства средствами пожарной автоматики. В сб.: Состояние и пути дальнейшего совершенствования разраоотки, внедрения и эксплуатации средств пожарной автоматики. М., ЕНИИПО, 1979 г. - с 7-19.

4. Обухов Ф.В. Широкое внедрение пожарной автоматики одна из главных задач органов МВД. - Пожарное дело, № 7, 1974 г.

5. Обухов Ф.В. Пожарная безопасность М., Недры, 1975 г., с 240.

6. Бубырь Н.Ф., Иванов А.Ф., Бабуров В.П., Петров В.К., Тере-хин А.А. Пожарная автоматика. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1977 -296 с.

7. Шаровар Ф.И. Пути развития автоматических средств эффективного обнаружения загораний. В сб.: Состояние и пути дальнейшего совершенствования разработки, внедрения и эксплуатации средств пожарной автоматики. М.: ВНИИПО, 1979 г. - с 41-50.

8. Шаровар Ф.И. Устройства и системы пожарной сигнализации - Мл Стройиздат, 1979 - 271 с.

9. Шаровар Ф.И. Принципы построения устройств и систем автоматической пожарной сигнализации. М.: Стройиздат, 1983 -335 с.

10. Радэ А.А., Борисов B.C., Рыжов A.M. Определение времени срабатывания извещателей, реагирующих на повышение температуры в помещении. В сб.: Пожарная техника и тушение пожаров. М., ШИИПО, 1974 г.

11. Абдурагимов И.М., Говоров В.Б., Макаров В.Е. Физико-химические основы развития и тушения пожаров. М: ВИПТШ, 1980 -255 с.

12. Романенко П.Н., Кошмаров Ю.А., Башкирцев М.П. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. М.: ВИПТШ, 1977 - 415 с.

13. Иванов Е.Н. Автоматическая пожарная защита. М.: Стройиздат, 197I г.

14. Михайлов С.В., Танлевский Л.Т. Определение инерционности тепловых пожарных извещателей, применяемых на судах морского флота СССР. В сб.: Пожарная защита судов. М.: ШИИПО, 1980.

15. Шаровар Ф.И. Перспективы развития пожарной и пожароохранной сигнализации. М.: ЕНИИПО, 1972.

16. Шаровар Ф.И., Бычков О.В. Анализ энергетических зависимостей при ультразвуковом методе обнаружения. В сб.: Пожарная и охранная сигнализация. М.: ШИИПО, 1974 г., с 12-22.

17. Шаровар Ф.И., Маляев Б.Л., Бычков О.В. Выбор и обоснование построения ультразвуковой системы селективного обнаружения пожара и человека в помещении. В сб.: Пожарная и охранная сигнализация. М.: ШИИПО, 1974 г., с 23-36.

18. Радэ А.А., Рыжов A.M., Яйлиян Р.А. К вопросу о рациональном размещении тепловых извещателей в помещении. В сб.: Автоматическое тушение пожаров. М., ВНИИПО, 1975 г.

19. Комов В.Ф., Гришин В.В., Попов П.С. Размещение тепловых и дымовых пожарных извещателей. В сб.: Проблемы горения и тушения. М.: ШИИПО, 1973 г.

20. Рыжов A.M., Радэ А.А. К вопросу обоснования способа определения допустимых расстояний между тепловыми извещателями автоматической пожарной защиты. В сб.: Автоматическое тушение пожаров. М., ШИИПО, 1975 г.

21. Рекомендации по применению электрической пожарной сигнализации. М.: ШИИПО, 1971 г.

22. Бабуров В.П. Исследование динамических свойств и условий размещения тепловых автоматических пожарных извещателей. В сб.: адъюнктов и соискателей. М.: ВИПТШ, 1973 г.

23. Паюсов А.А., Аболенцев Ю.И. Методика и некоторые результаты статистического исследования эффективности средств пожарной автоматики на объектах народного хозяйства. В сб.: Противопожарная защита зданий и сооружений. М.: ВИПТШ, 1976 г.

24. Сон Э.Г., Волохов В.В. Статистические данные о пожарах в жилых домах. В сб.: Пожарная профилактика. М.: ШИИПО, 1981, с I04-117.

25. Яйман Р.А. Динамика развития и тушения пожара. В кн.: Пожарная охрана, т. 3. М.: ШИИТИ, 1979 г., с 50-86.

26. ГОСТ 12.1.004-76. Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования. М.: Издательство стандартов, 1976 г.

27. Лыков О.В., Елизатор М.П. О выборе и размещении технических средств пожарной сигнализации. В сб.: Состояние и пути дальнейшего совершенствования разработки, внедрения и эксплуатации средств пожарной автоматики. М.: ШИИПО, 1979 г.

28. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М., Физматиздат, I960, 715 с.

29. Попов B.C., Стрельчук Н.А. Исследование тепло- и газообмена при пожарных в бесфонарных промышленных зданиях. М.: Строй-издат, 197I, 120 с.

30. Сергель О.С. Прикладная гидродинамика. М.: Машиностроение, 1981, 374 с.

31. Кузьмина Л.В. К определению основных параметров тепловых струй. Сб. научных работ институтов охраны труда ВЦСПС, № 4. М.: Профиздат, 1962 г.

32. Шепелев И.А. Теория свободных воздушных потоков и ее приложения к решению вентиляционных задач. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, 1961 г.

33. Эльтерман В.М. Закономерности тепловых струй. Сб. научных работ институтов охраны труда ВЦСПС, вып. I, М.: Профиздат, I960 г.

34. Эльтерман В.М. К вопросу о закономерностях тепловых струй. Сб. научных работ институтов охраны труда ВЦСПС, вып. 6. М.: Профиздат, 1963 г.

35. Скоррер Р. Аэродинамика окружающей среды. М.: Мир, 1980, 552 с.

36. Турбулентность. Принципы и применение, п-р Фроста У. Моулде-на Т. М., Мир, 1980, 536 с.

37. Решетар Я. Исследование граничных условий для расчета огнестойкости строительных и технологических конструкций, омываемых пламенем при пожаре. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. М.: ВИПТШ, 1980, 166 с.

38. Воротынцев Ю.П. Исследование конвективных потоков над очагом горения. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: ВИПТ, 1970, 228 с.

39. Яковлевский О.В., Секундов А.Н. Течение внетурбулентной струи. В сб.: Теория и расчет вентиляционных струй. Л.,1965 г.

40. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М., Наука, 1976 г., 888 с.

41. Гомозов А.В. Исследование граничных условий теплообмена для расчета огнестойкости плоских горизонтальных строительных конструкций в условиях пожара. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: ВИПТШ, 1983, 249 с.

42. Шаровар Ф.И., Беляев В.И., Кузнецов В.А. Исследование распределения избыточной температуры в помещении для начальной стадии пожара. В сб.: Пожарная и охранная сигнализация. М.: ШИИПО, 1975, с. 33-53.

43. Кузнецов В.А. Закономерности распространения дыма в помещении в начальной стадии развития загораний и разработка фотолучевых устройств его обнаружения. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: ВИПТШ, 1984 г.

44. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. М.: Советское радио, 1976 г.

45. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. М., Наука, 1967 г., 779 с.

46. Татарский В.И. Теория флуктуационных явлений при распространении волн в турбулентной атмосфере. М., Изд-во АН СССР, 1959 г.

47. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М., Наука, 1967 г.

48. Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. М., Наука, 1966 г.

49. Кон А.И., Татарский В.И. О флуктуациях параметров пространственно-ограниченного пучка света в турбулентной атмосфере. Изд. вузов СССР, Радиофизика, 1965 г., т. 8, № 5.

50. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере (в условиях помех), М., Советское радио, 1977, с. 368.

51. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М., Наука, 1965, с 512.

52. Шаровар Ф.И., Беляев В.И., Кузнецов В.А., Медяник Ю.М. Теоретические аспекты метода инфракрасной локации в системах обнаружения человека и пожара. В сб.: Пожарная и охранная сигнализация. М., ШИИПО, 1976, с. 55-63.

53. Шутилов В.А. Основы физики ультразвука. J1., Изд-во Ленинградского университета, 1980, с 280.

54. Шаровар Ф.И., Беляев В.И., Кузнецов В.А., Медяник Ю.М., Исследования характеристик отражения в устройствах обнаружения методом инфракрасной локации. В сб.: Пожарная и охранная сигнализация. М., ШИИПО, 1976, с 71-77.

55. Шаровар Ф.И., Медяник Ю.М. Математическая модель время-пространственного распределения температуры в начальной стадии развития очага загорания. Рукопись депонирована в ГНИЦУИ МВД СССР, 1983 г., № 69Д.

56. Шаровар Ф.И., Медяник Ю.М. Оптимизация обнаружения очага загорания точечными пожарными извещателями. Рукопись депонирована в ГНИЦУИ МВД СССР, 1983 г., № 72Д.

57. Зайдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. Л., Наука, 1968, 96 с.

58. Мелентьев П.В. Приближенные вычисления. М.: Физматиз,1962.

59. Шовинский А.Н., Жовинский В.Н. Инженерный экспресс-анализ случайных процессов. М., Энергия, 1979, 112 с.

60. ОСТ 25563-79, Технические средства автоматической, охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации. Типы. Основные параметры.

61. Шаровар Ф.И., Беляев В.И., Кузнецов В.А., Медяник Ю.М., Сухих С.Н. Оптико-электронные приборы квазипространственного обнаружения. В сб.: Пожарная и охранная сигнализация. М., ШИИПО, 1979.

62. А.С. 552630 (СССР). Устройство для охранно-пожарной сигнализации. Шаровар Ф.И., Беляев В.И., Кузнецов В.А., Медяник Ю.М. В бюл.: Открытия, изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки. 1977, № 12.

63. А.С. 641476 (СССР). Приемное устройство для систем охранно-пожарной сигнализации. Беляев В.И., Кузнецов В.А., Медяник Ю.М., Шаровар Ф.И. В бюл.: Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки. - 1979, № I.

64. Шаровар Ф.И., Беляев В.И., Кузнецов В.А., Медяник Ю.М. Выбор режима работы приемо-передающего тракта оптико-электронных устройств обнаружения с синхронным импульсным детектированием. В сб.: Пожарная и охранная сигнализация. М., ШИИПО, 1978 г.

65. Дюбин Г.Н., Суздаль В.Г. Введение в прикладную теорию игр., М., Наука, 1981 г.1. Xr />./>.69. /rtJ^Ja-d'f. ^^^u^ry^f Ж J. УАг1. Sy /ал^е ЛлЛё

66. Се/пЖ&йе/г. Jcisue /^л^^рри1. Jffb-^^^f/tf/u ж? j^ie frltLj JtU'^UL .teubts/iaU&iMate. J IfA?f 3&. ОебсЛ***** л/.а Jbbte^

67. X^&^-J^SZ- JP. У- /^fr'sz^? 30/M />./>. Я1. МшР&р/г. Jp, У. Л ^сг^

68. У, AW Jp/tf. M&., Mtf. S/fJ, %/> /flfj- /Of?.1. Ma$> /ХгfO ЗРси^Ам, ^Of&U fist ш-г г^1. Jugus* -/PP&^.f. ЗМ-З/Я