CC BY
8
НЛТУ
УКРЛ1НИ
t ,
Hl/IUB
Науковий bIch и к НЛТУУкраТни Scientific Bulletin of UNFU
http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40270922 Article received 08.11.2017 р. Article accepted 28.11.2017 р.
УДК 621.838
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
[^1 Correspondence author Yu. Yu. Dendarenko [email protected]
Ю. Ю. Дендаренко, В. I. Дивень, О. Д. Блащук
Черкаський тститут пожежноI безпеки iм. Герогв Чорнобиля Нацюнального утверситету цивыьного захисту Украши, м. Черкаси, Украта
ЕФЕКТИВН1СТЬ РАД1АЛЬНОГО ВОДЯНОГО СТРУМЕНЯ-ЕКРАНА В ЗОН1 ТЕПЛОВО1 ДН ДИФУЗ1ЙНОГО ФАКЕЛА ПОЛУМ'Я
Встановлено можливють застосування радiальних водяних струмешв-екрашв у вертикальнiй площиш - для захисту вiд теплового потоку дифузшного факела полум'я, а також у горизонтальнш площиш - для гасшня низових лiсових пожеж. Роз-глянуто рiзнi насадки-розпилювач^ яю застосовують пiд час виршення проблеми створення вертикального водяного екрана для захисту ввд теплового потоку резервуарш об'емом вiд 500 м3 до 2000 м3, а також для створення радiального водяного струменя в горизонтальнш площиш для гасшня лгсових пожеж з низовим характером поширення. З'ясовано, що за детального розгляду компактного та розпиленого водяних струмешв можна спостерггати наявнiсть двох фаз: компактно! (активно!) та розпилено! (пасивно!). У всiх випадках застосування цих струменiв для охолодження, зрошення та захисту фiзичних об'екттв вiд теплового впливу факела полум'я використовують тшьки активну фазу, оскшьки тiльки ця фаза струменя е су-цiльним потоком i тому повнiстю виконуе функцiю охолодження чи поглинання (екранування) теплово! енергi!. Шд час га-сiння низових люових пожеж цей фактор виршального значення не мае, тому активно використовують радiальний водяний струмiнь на повну довжину з максимальним сектором розпилення води.
Ключовi слова: тепловий потж; резервуар; насадок; струменi.
Вступ. За сучасного тдходу до гасiння пожеж на складах нафти i нафтопродукпв (СНН) захист палаючо-го та суадшх з ним резервуaрiв з нафтопродуктом за-безпечують подаванням на верхнш пояс стiнок резервуара компактних водяних струменiв для iнтенсивного охолодження !хшх поверхонь, що перешкоджае виник-ненню температурних напружень металу з подальшою втратою конструктивних пaрaметрiв (несних огороджу-вальних властивостей) досить тонких стшок резервуара.
Внаслвдок проливання велико! кiлькостi води (близько 15-180 л/с) (Ivannikov & Klius, 1987), всереди-нi обвалування групи резервуaрiв створюеться значний шар води, який згодом не дае змоги ефективно манев-рувати особовому складу, а у рaзi виникнення екстре-мально!' ситуацп - швидко залишити небезпечну зону (Dendarenko, 2004).
Шд час гасшня пожеж i здшснення захисних дiй (створення водяних заыс) на об'ектах рiзного призна-чення застосовують турбiннi та щiлиннi насадки-розпи-лювaчi на пожежнi стволи: нaсaдки-розпилювaчi вiяло-вого типу (РВ-12) - кошчний насадок, що сходиться, з металевим екраном на виходi струменя для отримання водяно! зaвiси - та нaсaдки-розпилювaчi турбiннi (НРТ-5, НРТ-10, НРТ-20) - насадки Вентург Насадки-розпи-лювaчi НРТ-5, НРТ-10 та РВ-12 встановлюють на ручнi стволи РС-70 зaмiсть насадков для створення компак-
тних водяних струмешв. Насадок-розпилювач НРТ-20 ставлять заметь насадка компактного струменя на лафетний ствол ПЛС-20П (ПЛС-20С).
Стволи з насадками НРТ-5, 10, 20 створюють розпи-лений струмiнь на великий ввдсташ, але незначного дь аметра (кута розкриття). Окрiм цього, на максимальнш вiдстaнi вiд зрiзу насадка водяний струмшь втрачае силу шерцп потоку i максимально розпилюеться (для НРТ-20 ця вщстань дорiвнюе « 25 м), що не дае змоги досягти потрiбноl iнтенсивностi охолодження борту резервуара (0,2 л/с-м) (Ivannikov & Klius, 1987). Пропо-нуемо зaмiсть охолодження стiнок резервуара компак-тними водяними струменями створити певний тепло-вий екран, який забезпечить ефективний термiчний захист металевих стшок резервуара в зош теплового впливу дифузшного факела полум'я феМагепко, 2004).
Матерiали та методи дослщження. Практикою встановлено, що за умовами ефективного використання компактного водяного струменя активно бере участь у гaсiннi та охолодженнi фiзичного об'екта приблизно третя частина довжини струменя (Ivannikov & Klius, 1987, р. 161).
На рис. 1 представлено схему компактного водяного струменя з активною I та пасивною II фазами. Нероз-рившсть або суцшьшсть потоку забезпечуеться тшьки в компактнш чaстинi струменя. У роздробленш чaстинi
1нформащя про aBTopiB:
Дендаренко Юрий Юрьевич, канд. техн. наук, доцент кафедри пожежно! тактики та аварШно-рятувальних po6iT.
Email: [email protected] Дивень Валентин 1ванович, канд. ^ор. наук, доцент кафедри пожежно-профтактично! роботи. Email: [email protected] Блащук Олександр Дмитрович, завщувач вщдшення заочного навчання. Email: [email protected] Цитування за ДСТУ: Дендаренко Ю. Ю., Дивень В. I., Блащук О. Д. Ефектившсть pадiального водяного струменя-екрана в зонi
теплово! дм дифузiйного факела полум'я. Науковий вiсник НЛТУ Укра!ни. 2017. Вип. 27(9). С. 104-106. Citation APA: Dendarenko, Yu. Yu., Dyven, V. I., & Blashchuk, O. D. (2017). Efficiency of the Radial Water Jet-Screen in the Heat
Influence Zone of the Diffusion Torch-Like Flame. Scientific Bulletin of UNFU, 27(9), 104-106. https://doi.org/10.15421/40270922
струменя вщбуваеться його розрив на велик! водяш фрагменти, суцiльнiсть струменя порушуеться i стру-мшь розширюеться. У краплиннш частинi струменя водяний потiк складаеться з безлiчi крапель i струмiнь вже представляе краплинно-водяний факел. Таку харак-терну трансформацш струменя розглядають у пдравль щ (Chugaev. 1982).
Рис. 1. Схема компактного водяного струменя з активною I та пасивною II фазами
Причиною тако! трансформацп водяних струмешв у повiтрi е порушення стшкосп руху струменя внаслвдок дп сил шерцп i грузлих сил. Шзерно малi збурювання на поверхнi струменя при виходi iз сопла створюють по-перечнi коливання, що тд дiею сил поверхневого натягу i в'язких сил будуть збiльшуватися. За переважного впливу поверхневого натягу i малого впливу сил в'яз-косп збурювання на поверхш струменя зростають, стру-мiнь розширюеться й у шнцевому пiдрахунку розби-ваеться на краплi. Якщо в'язшсть значна i пiд час руху струменя 11 тертя об повиря на поверхнi превалюе над поверхневим натягом, збурювання на поверхш струменя стае синусо1дальним i руйнування струменя пришвид-шуеться в Mipy збшыпення швидкосп випкання.
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
HK M У"
У ✓ ✓
2 ✓
\ /
/ / 1
/
✓ ■ — •---'
V3
A, м
О^м цього, робочий натр на стволi з урахуванням втрат напору по горизонталi (долання водяного потоку сил тертя по пожежних рукавах) i вертикалi (долання сил земного тяжшня швидк1сним напором струменя на висоту верхнього поясу резервуара з нафтопродуктом для охолодження) необхiдно тримати у межах 7080 м вод. ст. (Ivannikov & Klius, 1987, table 3.25).
Встановлення водяних заыс у виглядi розпилених водяних струмешв-екрашв перед ствольниками не мае ефективносп через незначну для те! ситуаци висоту !х створення. Згiдно з тактико-технiчними характеристиками насадкiв-розпилювачiв турбiнного та щiлинного типiв, найвищу висоту водяно! завiси створюе щшин-ний розпилювач вiялового типу РВ-12-8 м, а висота по-лум'я на пожеж1 може досягати 30 м. Окрш цього, теп-ловий потш вiд факела полум'я на суадш РВС падае у такш площинi, за яко! захист вщ нього можливий тшь-ки в разi точно визначених гiдравлiчних i геометричних параметр1в водяно! завюи-екрана (рис. 3).
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Рис. 2. Залежшсть Нк ввд Н0 для круглого струменя з лафетного ствола з dН = 25 мм: 1 - фактичш дат; 2 - з урахуванням тшьки сил поверхневого натягу; 3 - з урахуванням тшьки сил в'язкоста (Sherenkov & Dendarenko, 2002; Agroskin, Dmitriev & Pikalov, 1964)
На рис. 2 представлено залежшсть довжини компактного водяного струменя Нк з лафетного ствола ПЛС-20П ^аметр насадка dН = 25 мм) вщ напору на стволi Но. Данi рис. 2 тдтверджують, що досягти максимально! довжини компактного водяного струменя ~ 48 м (крива 1) за останшми краплями можна тiльки за напору 100 м. Враховуючи зазначене вище, компактний во-дяний струмшь ефективно дie у межах 1/3 свое! довжини, тобто 16 м, хоча для розрахуншв сил i засобiв гли-бина гасшня hг для лафетних стволiв приймаеться 10 м. У жодному з цих випадшв вiддiлення на пожеж-нiй автоцистернi вийти на оперативну позицiю на таку вiдстань до палаючого резервуара не в змозi через кну-вання теплового бар'еру вщ суцiльного фронту полум'я за ним.
Рис. 3. Принципова схема захисту резервуара з нафтопродук-том ввд теплового потоку факела полум'я за допомогою водяно! завюи-екрана
На рис. 3 показано, що вщносно повне поглинання енергп теплового випромшювання вiдбудеться тiльки пiсля точного геометричного розрахунку встановлення ПЛС-20П вiдносно рiвня землi та гiдравлiчного розрахунку параметрiв водяно! завiси-екрана.
Результата дослщження та 1х обговорення. Отже, встановлено, що водяною завюою, яку створюе спець альний насадок на лафетний ствол, встановлений тд кутом 43,5° на вщсташ 6,3 м вщ резервуара та висотi 2,5 м, за довжини струменя 30 м i кута розпилення 47°, можна створити вертикальний водяний екран мiж пала-ючим та сусiднiм резервуарами для збертання нафти i нафтопродукпв. У цьому випадку такий екран зможе захистити найбшьш небезпечну зону резервуара об'емом до 2000 м3 вщ дi! теплового впливу дифузшно-го факелу полум'я палаючого резервуара за ввдсгат мiж ними 12,6 м.
Остаточний висновок про ефектившсть застосуван-ня радiального водяного струменя-екрана пiд час захис-ту резервуара з нафтою або нафтопродуктом можна ро-бити тшьки тсля проведения моделювання взаемодi! елементiв системи "палаючий резервуар - радiальний водяний струмiнь - суаднш непалаючий резервуар" та порiвняння результатiв цих розрахунк1в з результатами експерименпв, що е матерiалом наступних публiкацiй.
На рис. 4 показано запропоновану авторську схему розташування сил i засобiв пожежно-рятувальних тд-роздiлiв пiд час виконання операцiй теплового захисту резервуарiв з нафтою чи нафтопродуктом вщ потоку теплово! енергi! дифузiйного факела полум'я палаючо! мiсткостi № 1. У цьому випадку резервуари № 2 i 3 е суадшми, аваршними, тобто тi, як1 тддаються дi! теплового потоку, тому вертикальш водянi завiси-екрани,
тсля встановлення необх1дних пристрош немае потреби у присутносл персоналу.
2. Встановлено, що цей спосiб (див. рис. 3, 4) дае змогу скоротити кшьюсть персоналу тдроздшш пожежно-рятувально! служби, який залучають до створення сис-теми водяного захисту, i витрати води в середньому в 4,5 i 4,6 раза в1дпов1дно, що на 77 та 78 % менше, нж за традищйною методикою охолодження резервуарiв.
3. Радiальний водяний струмiнь-екран, встановлений як вертикальна водяна завiса вiялового типу, у разi пере-орiентування у горизонтальну площину, спроможний дiяти на палаючу площу низово! люово! пожежi на дов-жину до 30 м iз сектором розпилення 47°.
Перелж використаних джерел
Agroskin, I. I., Dmitriev, G. T., & Pikalov, F. I. (1964). Gidravlika.
Moscow-Leningrad: Energiia. 368 p. [in Russian]. Chugaev, R. R. (1982). Gidravlika. Leningrad: Energoizdat. 672 p. [in Russian].
Dendarenko, Yu. Yu. (2004). Radialni vodiani strumeni-ekrany dlia protypozhezhnoho zakhystu. Candidate Dissertation for Technical Sciences (05.23.16 - Hydraulics and engineering hydrology). Khar-kivskyi derzh. tekhn. un-t bud. ta arkhit. Kharkiv. 121 p. [in Ukrainian].
Ivannikov, V. P., & Klius, P. P. (1987). Spravochnik rukovoditelia
tusheniiapozhara. Moscow: Stroiizdat. 288 p. [in Russian]. Sherenkov, I. A, & Dendarenko, Yu. Yu. (2002).Veernye svobodnye vodianye struy dlia teplozashchyty pry pozharakh. Naukovyi zbirnykbudivnytstva, 18, 293-297. [in Ukrainian].
Ю. Ю. Дендаренко, В. И. Дивень, А. Д. Блащук
Черкасский институт пожарной безопасности им. Героев Чернобыля Национального университета гражданской защиты Украины, г. Черкассы, Украина
ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАДИАЛЬНОЙ ВОДЯНОЙ СТРУИ-ЭКРАНА В ЗОНЕ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОТОКА ДИФФУЗИОННОГО ФАКЕЛА ПЛАМЕНИ
Установлена возможность использования радиальных водяных струй-экранов в вертикальной плоскости с целью защиты от теплового потока диффузионного факела пламени, а также в горизонтальной плоскости для тушения низовых лесных пожаров. Рассмотрены различные насадки-распылители, которые используются при решении проблемы создания вертикального водяного экрана для защиты от теплового потока резервуаров емкостью от 500 м3 до 2000 м3, а также для создания радиальной водяной струи в горизонтальной плоскости для тушения лесных пожаров с низовым характером распространения. Выяснено, что при детальном рассмотрении компактной и распыленной водяных струй можно наблюдать существование двух фаз: компактной (активной) и распыленной (пассивной). Во всех случаях применения этих струй для охлаждения, орошения и защиты физических объектов от теплового воздействия факела пламени используют только активную фазу, поскольку только эта фаза струи является сплошным потоком и поэтому полностью выполняет функцию охлаждения или поглощения (экранирования) тепловой энергии. При тушении низовых лесных пожаров этот фактор решающего значения не имеет, поэтому активно используется радиальная водяная струя на полную длину с максимальным сектором распыла воды.
Ключевые слова: тепловой поток; резервуар; насадок; струи.
Yu. Yu. Dendarenko, V. I. Dyven, O. D. Blashchuk
Cherkasy Institute of Fire Safety named after Chornobyl Heroes of National University of Civil Defense of Ukraine, Cherkasy, Ukraine
EFFICIENCY OF THE RADIAL WATER JET-SCREEN IN THE HEAT INFLUENCE ZONE
OF THE DIFFUSION TORCH-LIKE FLAME
The possibility of using radial water jet-screens in the vertical plane in order to protect the diffusion torch-like flame from the heat flow, as well as in the horizontal plane when extinguishing ground forest fires is defined. The authors have studied different nozzles for spraying, which are used to solve the problem of creating a vertical water screen for protection of reservoirs capacity from 500 m3 to 2000 m3 against heat flow, as well as to create a radial water jet in the horizontal plane when extinguishing ground forest fires. We have also investigated a spray jet with a certain opening angle of the water torch can be used when the metal wall of the reservoir is irrigated in case of a heat flux affecting it, which occurs when the burning tank is in the same group with other non-burning containers, and the descending heat flux simultaneously acts on the breathing apparatus and the vertical metal wall of the reservoir with oil. We have found that in a detailed examination of compact and spray water jets two phases may be observed: compact (active) and spray (passive). In all cases, the active phase of using these jets for cooling, irrigation and protection of physical objects from the thermal effect of the torch-like flame is applied, since only this jet phase is a continuous stream and therefore completely performs the function of cooling or absorption (shielding) of thermal energy. This factor does not matter decisively when extinguishing ground forest fires. Therefore, the radial water jet is actively used at full length with maximum spraying water sector. Such a method of extinguishing with the use of a radial water jet can also be used in case of a fire of a spilled oil product over the area. But in this case, the pressure on the barrel is reduced by half in order to prevent the increase in the energy of the jet, which contributes to the division of the fire area into separate combustion sites with the increase of the total burning area.
Keywords: heat flow; tank; nozzle; water monitor jet.
що встановлеш м1ж резервуарами № 1 i 2, а також м1ж № 1 i 3 е водяними завюами, яю поглинають тепловий полк вщ факела полум'я резервуара № 1.
Рис. 4. Розташування сил i засоб!в 1з захисту двох РВС Висновки
1. Використання методу поглинання та екранування теплового потоку за допомогою радаальних водяних стру-менш-екрашв дало змогу запропонувати новий споаб захисту сусвдтх з палаючим резервуар!в, який, на в1д-м1ну в1д традицшного способу, дае змогу здшснити операцп 1з захисту без залучення персоналу, осюльки
