CC BY
19
methods for various kinds of timber are determined. Physical basis of conductive heating and drying of wood are proposed. The influence of heating surface temperature on the heating process dynamics and kinetics of the drying process is identified. It is researched that early conductive heating of wood heat in the material is transferred by heat conductivity, and further the bulk of the heat flow is transmitted by vapor stream, which enthalpy is larger than the enthalpy of liquid. The influence of the force of pressing the heating surface to the material and material thickness on the intensity of conductive heating and drying is investigated.
Keywords: wood, convection, vaporization, evaporation, temperature, enthalpy, temperature gradient, heat treatment, drying.
УДК667.637.4:666.3.135 Доц. В.В. Артеменко, канд. техн. наук;
ст. викл. Р. С. Яковчук, канд. техн. наук; проф. О.В. 'Миллер, канд. екон. наук;
доц. А.1. Харчук, канд. пед. наук - Львгвський ДУ БЖД
П1ДВИЩЕННЯ МЕЖ1 ВОГНЕСТ1ЙКОСТ1 МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦ1Й ВОГНЕЗАХИСНИМИ РЕЧОВИНАМИ
Дослщжено проблему шдвищення вогнестшкост та довговiчностi металевих конструкцш в умовах високотемпературного нагр]вання шляхом нанесения на i'x повер-хню захисних покритт]в. Розробленню вихщш склади для захисних речовин i3 умов от-римання за високих температур максимального вмюту температуростшких силшапв алюмшвд i циркошю. Введення до складу покриття 1-3 мас. % TiÜ2 сприяе синтезу на-ведених вище фаз та знижуе температуру 1х утворення на 50-60°. Виконано розрахунок межi вогнестшкост металевоi колони, виготовленоi з двотавра № 24, захищеного роз-робленою вогнезахисною речовиною, i встановлено, що межа вогнестiйкостi централь-но-стиснутоi захищеноi колони в 3 рази вища, нiж у не захищено!
Ключовi слова: вогнестшюсть, межа вогнестiйкостi, температура, вогнезахисна речовина, композидiя, захисний шар.
Вступ. На сьогоднi металевi конструкцл широко застосовують у будiв-нищга. Але за дп високих температур та вогню вони втрачають сво'' експлуата-цiйнi властивостi внаслiдок окиснення i'x поверхнi та зниження мехашчних характеристик. Збiльшити довговiчнiсть та вогнестшюсть металевих конструкцш в умовах високотемпературного нагршання можливо шляхом нанесення на 1х поверхню захисних покритв.
Постановка проблеми. Головною причиною зниження ефективносп ви-користання металевих конструкцш за дц високих температурах е втрата 'х нес-но'' здатносп, i як наслiдок - руйнування. Дiя високих температур i мехашчних навантажень створюе у конструкцiяx деформацц теплового розширення за раху-нок великого значения термiчного коефiцiента лшшного розширення i повзучос-тi. У конструкщйних матерiалаx з нанесеними на них покриттями у процесi наг-рiвания i в разi довготривало'' до високих температур, на 'х довговiчнiсть ктот-но впливае фазовий склад i структура покриття, яка змшюеться шд час термооб-роблення через рiзницю термомеxанiчниx 'х властивостей. Напруження, якi ви-никають на межi контакту покриття-конструкцiйний матерiал внаслщок температурного градiента пiд час нагршання, можуть призвести до його руйнування.
Покриття на основi силжатних матерiалiв доцiльно використовувати для захисту конструкцшних матерiалiв рiзноl ххшчно! природи вiд високотемпера-
турно!' корози. Пiдбiр рацiонального складу вихвдних композицш для вогнеза-хисних покриттiв та можливкть регулювання !'х структури i фазового складу дають змогу шдвищити ефективнiсть !'х захисту за значних термiчних наванта-жень, i е актуальним науковим досладженням.
Аналiз останшх дослщжень та публiкацiй. Для формування вогнеза-хисних покриттiв варто використати композицп на основi наповнених силщш органiчних зв'язок оксидними i силжатними наповнювачами [1, 2]. Аналiз зас-тосування таких покриттiв показав, що матрично-керамiчнi композицiйнi пок-риття не шддаються окисненню, мають високi показники жаростшкосп i мо-жуть використовуватись у широкому iнтервалi температур [3]. Недолшом ввдо-мих складав захисних покриттш е значна пористiсть i низька адгезiйна мiцнiсть у температурному iнтервалi термоокисно!' деструкцл зв'язки.
Взаемод1я компонент захисного покриття мiж собою i матерiалом шд-кладки ктотно впливае на !х експлуатацiйнi властивосп [2, 3]. Надiйнiсть i дов-говiчнiсть захисту залежить вiд складу вихщних компонент, способу !х отри-мання i характеру корозiйного середовища, а також температурного штервалу експлуатацц. Створення вихвдних композицiй для захисних покриттш потребуе вивчення механiзму i кiнетики процесу в лабораторних та промислових умовах, а також 'х поведiнки в умовах високотемпературного нагршання.
Мета роботи. Оцiнити стутнь впливу покриттш на основi наповнених силщш-елементооргатчних сполук на вогнестiйкiсть конструкцiйних метале-вих матерiалiв в умовах високотемпературного нагревания.
Експериментальна частина. Утворення первинно!' композицшно!' структури полягае в Ыцшованому механiко-хiмiчному прививаннi полiалюмоси-локсашв до мiнерального наповнювача iз шдвищенням фiзико-механiчних па-раметрiв та теилостшкосп.
Вихiднi склади для захисних речовин вибирали iз умов отримання за ви-соких температур максимального вмкту температуростiйких силiкатiв алюмь нiю i цирконiю. Найбiльш оптимальною е вогнезахисна речовина (ВЗР) складом № 4. Необхвдно зазначити, що введення до складу композицш для захисних покриттш каолшу, каолiнового волокна та оксиду титану шдвищують показник адгезiйноí мiцностi завдяки зменшенню показника пористостi в iнтервалi температур 200-300 °С i особливо за 400 °С [2, 3].
Склади вихвдних композицш наведено у табл. 1.
Табл. 1. Склади вихгдних композицш для захисних речовин на основг наповненого
пол1алюмосилоксану (КО-978)
№ з/п Вмют КО-978 мас. % Вмют наповнювачiв, мас. %
Л1203 гг02 Каолш Каолшове волокно ТЮ2
1 20 40 35 - 5 -
2 30 30 36,5 - 3,5 -
3 30 40 11,5 15 3,5 -
4 30 30 22 12,5 3,5 2
5 35 25 25 10 2,0 3
Сумщення оксидних i силшатних наповнювачiв iз полюрганосилоксана-ми найбiльш повно вiдбуваеться шд час механiко-хiмiчного диспергування у
кульових млинах i характеризуеться процесами фiзичноi адсорбцц, руйнування кристалiчноi гратки оксидiв i прививаниям полiмеру до noBepxHi наповнювача. Вмкт привитого полiалюмосилоксаиу перебувае в межах 5,2-6,8 мас. %.
Експериментальними дослiджеииями встановлено оптимальиi показни-ки текучосп вихвдних композицiй та визиачеио максимальне значения мжрот-вердостi (257,2-106 Н/м2), яке досягаеться нагршаниям до температури 473 К або витримуваниям за юмнатно1 температури протягом 24 год, а введения до складу композиций каолiну зменшуе показник ix мiкротвердостi на 10-12 % та збшьшуе значения покривно!' здатностi на 10-14 %.
Пiд час нагршания наповненого каолiиовим волокном Al2O3 i ZrO2 поль алюмосилоксану в iнтервалi температур 573-1083 К вiдбуваеться деструкция зв'язки з утворениям високодисперсиого аморфного кремнезему Al2O3. Нагрь вання покригпв вище 1193 К супроводжуеться кристалiзацiею силiманiтомулi-тово1 фази, а подальше нагршания покриття вище вiд 1523 К веде до утворения в його склада цирконово!' фази у виглядi пластинчастих кристалш [2]. У компо-зищях полiалюмосилоксан-наповнювач (Al2O3, ZrO2, каолiнове волокно, каолш глуховецький) в iнтервалi температур 823-1073 К вщбуваеться дегiдратацiя ка-олшу, а в разi подальшого названия до 1253 К у системi з'являеться мулiт, який стабiлiзуе кристалiчну структуру покриття.
Встановлено, що введения каолшу до складу покриття у кшькосп 1020 мас. % збшьшуе тшьки вмiст мулiтосилiманiтовоi та цирконовано!' фази на 614 мас. %, а введения до складу покриття 1-3 мас. % TiO2 на 20-25 % збшьшуе вмкт силiманiтомулiтовоi та на 10-12 % цирконово!' фаз, на 60 ° знижуе температуру синтезу мули,осилшаштово1 та на 50 ° - цирконово1 фаз [2]. У складi розроблених покриттiв силiманiт та мулгт отримують iз вихвдних складових пiд час нагршания, особливо штенсивно цей процес вiдбуваеться у суммах каолiну Al2O3 за присутностi мiнералiзатора.
Проведеними дослiджениями покриття на основi системи "полiалюмоси-локсан - Al2O3 - ZiO2 - каолiн - каолшове волокно - TiO2" встановлено, що на початковш стадii взаемодц у складi покриття утворюеться сил1машт, який у разi подальшого названия переходить у мулiт.
Розрахунок захищених металевих конструкций на вогнестiйкiсть виконано згiдно з бврокодом 3. Проектування сталевих конструкций. Частина 1-2. Основш положения. Розрахунок конструкцш на вогнестшккть (EN 1993-1-2:2005, IDT). Загалом для розрахунку межi вогнестiйкостi металевих конструкцш необх1дно розв'язати теплотеxиiчну задачу прорву перерiзiв металевих конструкцiй за стандартного температурного режиму та виконати розрахунок за несною здатшс-тю металевих конструкцш в умовах стандартного температурного режиму.
Момент часу впливу пожежi т„ за якого несна спроможнкть конструкцп доршиюватиме величинi ддачого нормативного навантажения буде фактичною межею вогнестшкосп конструкцii за втратою ii несно1 спроможностi - R. При-ркт температури Ава, t за промiжок часу At за рiвномiрного розподалу температури в поперечному перерiзi захищено1 сталево1 конструкцii визначають з виразу
= А Лр (qg,t -qa,t) At _ (j _ !)a0 (1)
, V dpPaPa (1 + j/3) ' ' g
(але Ава,, > 0, якщо Ава , > 0)
= СрРр dp 4_, (2)
СаРа V
де: А/V - коефiцieнт перерiзу сталевих конструкций, що вкритi вогнезахисним матерiалом; Ар - вiдповiдна площа вогнезахисного матерiалу на одиницю дов-жини конструкцií, м2/м; V- об'ем конструкцл на одиницю довжини, м3/м; са -питома теплоемнкть сталi, що залежить вiд температури, Дж/кг К; ср - питома теплоемнкть вогнезахисного матерiалу, що не залежить вщ температури, Дж/кг К; "р - товщина вогнезахисного матерiалу, м; Аt - Сервал часу, с; ва, , - температура сталi в момент часу ,, °С; в&, - температура навколишнього середовища в момент часу ,, °С; Ава ,- прирiст температури навколишнього середовища за промiжок часу А,, К; к_ - теплопровщнкть системи вогнезахисту, Вт/м2; ра -густина стал^ кг/м3; рр - густина вогнезахисно1 речовини, кг/м3.
Для двотавру, обробленого по всiй поверхш вогнезахисною речовиною, коефiцieнт перерiзу визначаеться залежнiстю
А_ _ 2Н + 2Ь + (2Ь - ") (3)
V ~ V '
Несну здатнiсть стиснуто1 колони в момент часу г за поздовжнього згину ^ь, д ,, я", виконано! iз двотавру № 24, нагретого рiвномiрною температурою ва, визначають з виразу
Nь, _ Х;рАку,в/у / ум, а , (4)
де: х? - коефшдент зниження для втрати спйкосп при згинаннi для розрахунку на вогнестшккть; ку,е - коефiцiент зниження границ текучостi сталi за температури ва, що досягаеться в момент часу ,.
Значення х? приймають як менше зi значень х, а та х, д що визначають з
виразу
1
ХА _-Г"—~, (5)
1
> +\Д2 -яв
де: фв_—1 + аЯе + 1е та а_ 0,65^/235/ Ау . (6)
Вiдносна гнучкiсть Яв за температури ва визначають з виразу
Яв _ Яв [ку,в / кв,е ]0,5, (7)
де: куе - коефщент зниження границi текучостi сталi за температури ва, що досягаеться в момент часу ,; кЕ в - коефiцiент зниження тангенса кута нахилу ль нiйноí пружно1 дшянки за температури сталi ва, що досягаеться в момент часу ,.
Залежнiсть несно1 здатностi металево1 колони вiд часу нагрiву показано на (рис.).
Поршняння межi вогнестшкосп металево1 колони, не захищено1 та захи-щено1 розробленим вогнезахисним покриттям, показано в табл. 2.
N kHA 600 —
450
300
150
10 20 30 40 50 tiXB Рис. Залежмсть несно'13damHocmi металево'1 колони eid часу Hazpisy
Табл. 2. Тривайсть втрати neaioi здатиосту металевог колони
Металева колона, двотавр № 24 Межа вогнестшкосл, хв
Металева колона, захищена вогнезахисною речовиною на 0CH0Bi наповненого полiалюмосилоксану товщиною 0,6 мм, склад № 4 46
Не захищена металева колона 17
Межа вогнестшкосл для захищено'' металево'' колони, виготовлено'' i3 двотавра № 24, становить 46 хв (див. табл. 2), що у 3 рази бшьше, шж у не захищено'1 металево'1 колони.
Висновки: Встановлено, що пiд час нагршання вихiдних композицiй на основi наповненого Al2O3, ZiO2, каолiном, та каолшовим волокном полiалюмо-силоксану у складi покриття утворюються температуро- i вогнестшю силмаш-томулiтова та цирконова фази. Введення до складу покриття 1-3 мас. % TiO2 сприяе синтезу наведених вище фаз та знижуе температуру ix утворення на 50-60 Розробленi склади композицiй можна використовувати як вогнезаxиснi покриття для металевих конструкцiй. При цьому, зпдно з проведеними розра-хунками, межа вогнестшкосл колони, оброблено'' розробленою вогнезахисною речовиною товщиною покриття 0,6 мм, збшьшуеться в 3 рази.
Лггература
1. Гивлюд М.М. Високотемпературш захиснi покриття поверхонь MeTaniB на 0CH0Bi напов-нених полiaлюмосилоксaнiв / М.М. Гивлюд, В В. Артеменко // Пожежна безпека : зб. наук. праць. - Л^в, 2009. - № 15. - С. 46-50.
2. Артеменко ВВ. Склади та aнaлiз властивостей захисних покриттiв на основi наповнених полiaлюмосилоксaнiв / ВВ. Артеменко // Пожежна безпека : зб. наук. праць. - Л^в, 2010. - № 16. - С. 59-64.
3. Гивлюд М.М. Вогнезахист бущвельних конструкцш речовинами на основi наповнених силiцiйоргaнiчних сполук / М.М. Гивлюд, В.В. Артеменко, В.Б. Ло!к, Я.Й. Коцiй // Пожежна безпека : зб. наук. праць. - Львш, 2012. - № 21. - С. 32-38.
Артеменко В.В., ЯковчукР.С., Харчук А.И., Миллер О.В. Повышение предела огнестойкости металлических конструкций огнезащитными веществами
Исследована проблема повышения огнестойкости и долговечности металлических конструкций в условиях высокотемпературного нагрева путем нанесения на их поверхность защитных покрытий. Разработаны исходные составы для защитных покрытий
при условии получения при высоких температурах максимального содержания темпера-турностойких силикатов алюминия и циркония. Введение в состав покрытия 1-3 масс. % TiO2 способствует синтезу вышеупомянутых фаз и понижает температуру их образования на 50-50 °. Выполнен расчет предела огнестойкости металлической колонны, изготовленной из двутавра № 24, защищенного разработанным огнезащитным составом.
Ключевые слова: предел огнестойкости, огнестойкость, температура, огнезащитные покрытия, фазообразование, композиция, защитный шар.
Artemenko V.V., YakovchukR.S., KharchukA.I., Miller O.V. Increasing Fire Resistance by Fire Protective Substances of Metal Structures
The work is dedicated to increasing fire resistance and durability of metal structures in conditions of high heat by drawing on their surface protective coatings. The original compositions for protective coverings received in high temperatures of maximum contents of temperature stable aluminium and zirconium silicates are developed. An insertion of 1-3 % TiO2 will facilitate a synthesis of cited above phases and reduce the temperature of their formation on 50-60 degrees. The calculation of fire resistance limits of metal column made of beam № 24 protected by elaborated fire protective substance is made. Fire limit of the centrally compressed protected column is defined to be 3 times higher than that of unprotected one.
Keywords: fire-resistance limit, temperature, fire-protective coverings, phase creation, composition, protective layer.
УДК 004.896 Астр. I. О. Вербенко1 - НУ "Львiвська полтехшка "
СИСТЕМА УПРАВЛ1ННЯ КОЛИВАННЯМ ВАНТАЖУ КРАНА НА БАЗ1 НЕЙРОНЕЧ1ТКОГО КОНТРОЛЕРА
Проаналiзовано особливост систем неч^кого виведення Мамдаш, Сунего i Т-контролер, 1х переваги та недолши та обрано систему Т-контролер для подальшого И використання у розробленш автоматизовано! системи управлшня крановими установками. Розроблено систему управлшня коливаннями вантажу крана на базi нейронечи-кого контролера Т-СойгоПег. Управлшня здшснюеться за допомогою неч^ких правил, як розробляли на основi знань та досвщу оператора крана. Процес управлшня полягае у контролi параметрiв кута та вщсташ вантажу, що дае змогу визначити необхщну по-тужшсть, яку потрiбно надати крана в певний момент часу.
Ключовi слова: кранова установка, портальний кран, система неч^кого виведення, нейронеч^кий контролер, рiвняння руху крана.
Вступ та аналiз лiтературних джерел. Сучасш логiстичнi системи широко використовують крановi установки для пiдiймання та перемщення великих i важких вантаж1в у межах певно1 зони обслуговування. На сьогоднi бшь-шкть кранiв е неавтоматизованими або натвавтоматизованими, i робота таких кранових установок залежить вiд оператора крана, який ними керуе. Причиною цього е проблема коливання вантажу крана шд час його перемщення, яке збшь-шуе час транспортування та впливае на надiйнiсть, що може призвести до ава-рiйних ситуацiй. Таким чином, актуальним е розроблення методiв та засобш для контролю коливань вантажу пiд час його транспортування.
Бшьшкть рiшень для вирiшення проблем, пов'язаних з управлiнням по-дiбними системами, фунтуються на традицiйнiй теорп управлiння. Проте тради-цiйна теорiя управлiння може бути застосована у раз^ коли вiдомi модель керо-
1 Наук. кергвник: проф. Р. О. Ткаченко, д-р техн. наук
