Підвищення ефективності системи димовидалення при горінні рухомого складу в тунелі метрополітену

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ВНУТРІШНІХ СПРАВ УКРАЇНИ

АКАДЕМІЯ ПОЖЕЖНОЇ БЕЗПЕКИ УКРАЇНИ

УДК 614841.3.33:624012.46

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СИСТЕМИ ДИМОВИДАЛЕННЯ

ПРИ ГОРІННІ РУХОМОГО СКЛАДУ В ТУНЕЛІ МЕТРОПОЛІТЕНУ

Спеціальність 21.06.02 - Пожежна безпека

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ПОТЕТЮЄВ СЕРГІЙ ЮРІЙОВИЧ

Харків - 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Академії пожежної безпеки України, МВС України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, Болбат Іван Єфімович,

Науково-дослідний інститут гірничорятувальної справи, Міністерства палива та енергетики України (м. Донецьк), провідний науковий співробітник відділу аварійних вентиляційних режимів та технології ліквідації аварій.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Пашковський Петро Семенович, Науково-дослідний інститут гірничорятувальної справи, Міністерства палива та енергетики України (м. Донецьк), перший заступник директора;

кандидат технічних наук, доцент Уваров Юрій Володимирович, Академія пожежної безпеки України, МВС України (м. Харків), начальник кафедри пожежної профілактики в населених пунктах.

Провідна установа: Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Міністерство освіти і науки України (м. Харків), кафедра безпеки життєдіяльності і інженерної екології.

Захист відбудеться "_10_" ___січні___ 2002 р. о __14_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 64.707.01 Академії пожежної безпеки України, МВС України, за адресою: 61023, м. Харків, вул. Чернишевського,94

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Академії пожежної безпеки України, МВС України, за адресою: 61023, м. Харків, вул. Чернишевського,94

Автореферат розісланий "_06_" ____грудня___ 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Кривцова В.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Захист людей від наслідків аварій - головна задача пожежної безпеки метрополітенів. Її вирішення висуває особливі вимоги до системи тунельної вентиляції метрополітенів щодо забезпечення видалення диму і пожежних газів у період евакуації пасажирів.

Дані інститутів ЗНДІПО, НДІГС, ДонГТУ і досвід ліквідації аварій свідчать про те, що при виникненні пожеж у підземних спорудах, існує небезпека перекидання газоповітряних потоків під впливом теплових факторів. У цьому випадку продукти горіння будуть надходити на маршрути евакуації людей, що ставить під загрозу їхнє життя.

Статистика пожеж у метрополітенах свідчить, що біля 75% пожеж виникають у рухливому составі і у половині усіх випадків поїзд, що горить, зупиняється в тунелі. З огляду на те, що пожежі в метрополітенах загрожують одночасно життю декількох тисяч людей, такі аварії варто вважати найбільш складними і небезпечними по своїх наслідках. В той же час у документах, що регламентують проектування й експлуатацію метрополітенів, відсутнє методичне забезпечення задач, пов'язаних із визначенням усталеності газоповітряних потоків на шляхах евакуації пасажирів при горінні рухливого складу в тунелях. Внаслідок цього системи димовидалення, що діють, не забезпечують безпечну евакуацію пасажирів в аварійних умовах.

Вищесказане дозволяє вважати, що підвищення ефективності системи димовидалення, яка забезпечує проведення евакуації пасажирів при горінні рухливого складу в тунелях метрополітену, є актуальною науковою задачею підвищення пожежної безпеки метрополітенів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною досліджень, проведених автором у рамках НДР №0101U001486 "Аварійні вентиляційні режими метрополітенів при пожежах у тунелях", НДР №1959810926 "Розробити режими роботи системи тунельної вентиляції Київського метрополітену на випадки пожеж і задимлень" і №1-01. 2000М "Розробити аварійні режими вентиляції Салтівської лінії Харківського метрополітену на випадок пожеж та інформаційне забезпечення введення до дії аварійної вентиляції".

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка алгоритму оцінки ефективності системи димовидалення, що дозволяє підвищити ефективність цієї системи в період евакуації пасажирів при горінні рухомого складу в тунелі метрополітену

Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані такі задачі:

1) установити закономірності, що зв'язують динаміку температур в осередку пожежі з аеродинамічними, теплофизичними і геометричними параметрами тунелю, а також із місцем розташування складу, що горить у тунелі метрополітену;

2) установити закономірності, що зв'язують теплові фактори пожежі: теплову депресію; тепловий опір і критичну, по чиннику виникнення природної конвекції, швидкість вентиляційної струї, з аеродинамічними параметрами тунелів метрополітену;

3) установити закономірності, що зв'язують критичні параметри вентиляції тунелів і аеродинамічні характеристики елементів вентиляційної мережі при роботі системи тунельної вентиляції метрополітену в режимі димовидалення;

4) розробити із використанням виявлених закономірностей алгоритм оцінки ефективності димовидалення, використання якого при виборі режимів роботи системи димовидалення метрополітену підвищує безпеку евакуації пасажирів при горінні рухливого складу в тунелі.

Об'єкт дослідження - процеси тепломасопереносу і димовидалення при пожежі в тунелі метрополітену.

Предмет дослідження - ефективність системи димовидалення, що забезпечує евакуацію пасажирів при пожежі рухливого складу в тунелі метрополітену.

Методи дослідження. У роботі використаний комплексний метод досліджень, що включає: аналіз і узагальнення науково-технічних досягнень в галузі визначення усталеності газоповітряних потоків у підземних спорудженнях; математичне моделювання з використанням основних законів тепломасопереноса і рудничної аерології; імітаційне моделювання процесів димовидалення у вентиляційній мережі метрополітену при пожежах у тунелях; експериментальні дослідження чинників, що визначають ефективність димовидалення на шляхах евакуації пасажирів при пожежі рухливого складу в тунелі метрополітену.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

Вперше для умов горіння рухливого складу в тунелі метрополітену встановлена аналітично і підтверджена експериментально залежність розмірів теплових факторів пожежі від динаміки максимальної і середньої температур газоповітряних потоків.

Вперше для умов горіння рухливого складу в тунелі метрополітену встановлена аналітично і підтверджена експериментально залежність швидкості вільно змушених потоків в еквівалентній схемі їхніх з'єднань від середньої температур потоків.

Вперше для умов горіння рухливого складу в тунелі метрополітену отримані аналітично і підтверджені експериментально співвідношення розмірів теплових факторів пожежі і критичних параметрів вентиляції тунелів, що визначають ефективність системи димовидалення, яка забезпечує евакуацію пасажирів.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

1. Отримано аналітичні вирази, що дозволяють розраховувати розміри теплових факторів пожежі і критичних параметрів вентиляції тунелів при роботі системи тунельної вентиляції в режимі димовидалення.

2. Розроблено алгоритм оцінки ефективності систем димовидалення, що визначає небезпеку надходження диму і пожежних газів на маршрути евакуації пасажирів при горінні рухливого складу в тунелі метрополітену.

3. Використання критеріїв ефективності димовидалення при виборі аварійних режимів роботи системи димовидалення дозволяє підвищити безпеку евакуації пасажирів із тунелів метрополітену при пожежі рухливого складу.

Результати дисертаційної роботи використані при оцінці ефективності систем димовидалення і розробці аварійних режимів роботи системи тунельної вентиляції Салтівської лінії Харківського і Київського метрополітенів. Використання алгоритму оцінки ефективності системи димовидалення дозволило підвищити безпеку пасажирів на можливих шляхах їхньої евакуації при пожежах у тунелях метрополітенів.

Особистий внесок здобувача полягає в тім, що ним у роботі методами математичного моделювання досліджені процеси тепломасообміну в тунелі метрополітену при горінні рухливого складу, закономірності, що зв'язують теплові чинники пожежі й аеродинамічні характеристики тунелів при роботі системи тунельної вентиляції в режимах димовидалення, виконана постановка розрахункових та натурних експериментів; отримані аналітичні залежності, розроблені критерії ефективності систем димовидалення в тунелях метрополітенів; виконана дослідно-промислова перевірка результатів роботи.

Апробація результатів дисертації. Дисертаційна робота в цілому й окремі її положеннях доповідалась і одержали позитивну оцінку на наукових семінарах ХІПБ (м. Харків, 2000-2001) і НДІГС (м. Донецьк, 2000-2001), на XV науково-практичної конференції "Проблеми горіння і гасіння пожеж на рубежі сторіч" (м.Москва,1999), міжнародної конференції "Рятування 2000" (м.Харків,2000), міжнародної конференції, присвяченої 25- річчю Харківського метрополітену "Задоволення потреби великих міст у перевезеннях"(м.Харьков,2000г), 1-й Міжнародної науково-практичної конференції "Екологічна безпека - умова процвітання і здоров'я" (м. Севастополь, 2001).

Публікації. З темі дисертації опубліковано 8 наукових статей, у тому числі 7 - у виданнях внесених у Перелік ВАК України, та 2 - тези доповідей на науково-практичних конференціях.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації становить 189 сторінок, в тому числі 160 сторінок машинописного тексту основної частини, 33 рисунка, 14 таблиць, 114 найменувань списку використаних джерел та два додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі проведено аналіз літературних джерел, присвячених вентиляції підземних споруд при пожежах. Великий обсяг досліджень за рішенням задач, пов'язаних із виникненням пожеж, динамікою їхнього розвитку і впливу на вентиляцію підземних споруджень, проведено вченими НДІГС, ДонУГІ, ДГТУ, ВНДІПО та іншими. Аналіз цих робіт показав, що при оцінці усталеності газоповітряних потоків у гірських виробітках вугільних шахт використовується спеціальна методика, розроблена Науково-дослідним інститутом гірно-рятувальної справи (м. Донецьк). У основі цієї методики - визначення критичної депресії і критичної витрати повітря в гірській виробітці, що характеризують усталеність системи вентиляції шахти при впливі теплових чинників пожежі. Ця ж методика використовуються деякими авторами для оцінки усталеності провітрювання тунелів метрополітенів при пожежах. Проте, умови виникнення і розвитку пожеж у вугільних шахтах і тунелях метрополітенів значно відрізняються як по тепловому навантаженню, так і по динаміці горіння.

У другому розділі виконана побудова математичної моделі процесів тепломасопереноса в газоповітряному середовищі тунелю і масиві конструкцій (тунелю, крепі). димовидалення евакуація метрополітен

Усі потоки вільно-змушеної конвекції в тунелі, перетином S, м2, умовно розділялися на основні (вентиляційні), обумовлені депресією вентиляторів провітрювання, і конвективні (вільні, природні), викликані тепловими джерелами тяги. Потоки рекомендувалися еквівалентною схемою їхніх вентиляційних з'єднань, де основним потокам відповідають гілки 1-3-5-7, а конвективним -2,3.

Прикладена до тунелю депресія вентиляторів враховувалася джерелом тяги hкр, Па, у гілці 7, рівним критичної депресії тунелю. Опір цієї гілки R7=b, кг/м7, еквівалентно параметру приведеної характеристики вентилятора виду , Па. Наявність поїзда в тунелі моделювалася опором гілки 5, розмір котрого R5=Rм, кг/м7, дорівнює місцевому аеродинамічному опорові поїзда, що стояв в тунелі. Додатковий об'єм пожежних газів , кг/м3 рекомендувався джерелом тяги в гілці 6 із жорсткою характеристикою.

Вихідна система рівнянь тепломасопереноса рекомендувалася в такому виді:

(1)

(2)

(3)

де p - тиск у газоповітряному потокові, Па; с - щільність газоповітряного середовища, кг/м3; u - швидкість газоповітряного потоку, м/с; lтр - безрозмірний коефіцієнт тертя; d = 4Sп/W - гідравлічний діаметр потоку, м; Sп - поперечний перетин потоку, м2; W - периметр потоку, м; g - модуль вектора гравітаційних сил, м/с2; b - кут нахилу тунелю, град; д=H/2 - умовна довжина шляху прямування потоків конвекції в напрямку y, м, при висоті поперечного перетину тунелю H, м; Iи - джерела (стоки) тепла, Вт/м3; Tкр - температура масиву кріпи, , К; aкр - температуропроводність матеріалу кріпі, м2/с; с0 - характерна щільність повітря (до виникнення пожежі), кг/м3; u0 - швидкість у характерному перетині потоку (на вході вентиляційного струменю в тунель); T0 - характерна температура (до виникнення пожежі), К.

Задавалися такі крайові умови:

(4)

де x1, x2 і x3 - координати початкового перетину тунелю кінця зони горіння вагонів і кінцевого перетину тунелю по ходу основного вентиляційного струменю відповідно, м; Tст - температура стінок тунелю, К; lкр -теплопровідність масиву кріпи, Вт/(мЧК); e - нескінченно мале позитивне число.

Система рівнянь (1-3) із крайовими умовами (4) являє собою математичну модель тепломасопереносу вільно змушених конвективних потоків при пожежі в тунелі.

Для визначення динаміки температур в осередку пожежі на підставі (1)-(4) сформульована задача нестаціонарного теплообміну між повітряним потоком, що надходить у тунель, осередком пожежі і масивом кріпи:

(5)

де - відносний розмір температур T, К; індекси 'оч' і 'кр' указують на значення температур газоповітряного середовища в осередку пожежі й у масиві кріпи, відповідно; - максимальне збільшення температур в осередку, К; - час повного розвитку пожежі, із; - об'єм осередку пожежі, м3; - похідна по від ; - відносний час; - безрозмірні комплекси, аналоги чисел Эйлера, Стантона, Нуссельта і Фур'є для умов тунелю; - гранична глибина прогріву масиву кріпи, м.

Аналітичне рішення задачі отримано в критериальном вигляді, шляхом частково-лінійної апроксимації профілів температур по просторових змінних:

(6)

де ;

; ; - константи інтегрування рівнянь.

Це дозволяє моделювати динаміку температур: в осередку пожежі; у зонах тунелю, що примикають до осередку; на стінках тунелю й у масиві кріпи - у явній залежності від часу. Проте, для одержання граничних із можливих значень теплових чинників, у якості температур осередку варто використовувати максимальну температуру в період повного розвитку пожежі. Тому, з урахуванням прийнятих припущень поряд із (5), вирішена задача (1)-(4) у стаціонарній постановці й отримане інше аналітичне вираження для середньої температур в осередку пожежі в залежності від довжини зони горіння:

, (7)

е ;

;

- відношення значення коефіцієнта теплообміну в зоні горіння a2 до його значення a поза осередком пожежі; - константи інтегрування рівнянь.

Відповідно до цього рішення максимальне значення температур досягається в межах зони горіння при значенні просторової координати

. (8)

Для визначення залежності параметрів вентиляції від температур на підставі рівняння прямування (1) з урахуванням граничних розумів (4) знаходилася сумарна депресія гілок, по яких проходить основний вентиляційний потік:

, (9)

-середня температура газоповітряного потокову в гілках 1 і 3, К;

- середня гармонійна температура газоповітряного потоку в гілках 1 і 3, К;

R1 і R3 - аеродинамічні опори гілок 1 і 3, кг/м7;

- висота стовпа повітря в тунелі, м;

- ухил тунелю, % 0;

- висотні оцінки початкового і кінцевого перетинів тунелю відповідно, м;

- висота стовпа повітря конвективних потоків, м.

Отриманим рівнянням моделюється зв'язок між вентиляційними параметрами тунелю та тепловими факторами пожежі (ТФП), воно узгоджується з законом зберігання енергії потокові і задовольняє законам Кирхгофа для поданої вентиляційної мережі. У відповідності з його рішенням, результати впливу пожежі на швидкість вентиляційної струмені, що надходить у тунель, можуть бути оцінені в такий спосіб

 (10)

де - розмір зміни депресії тунелю після виникнення пожежі, Па; знак 'плюс' має місце при висхідному провітрюванні, а 'мінус' - при спадному;

- знак ;

- коефіцієнт теплового опору, що характеризує ступінь зміни аеродинамічного опору стінок тунелю потоку з урахуванням його нагрівання;

- коефіцієнт зміни аеродинамічного опору з урахуванням виділення додаткового об'єму пожежних газів;

- розмір зміни аеродинамічного опору з урахуванням сил інерції, кг/м7.

Рішення системи контурних рівнянь мережі дозволило одержати величину швидкості vкр, м/с, основної вентиляційної струмені, при якій виникають конвективні потоки, ця швидкість називається критичною по факту виникнення природної конвекції.

. (11)

Таким чином, зміна швидкості повітряного потоку у тунелі при горінні рухливого складу оцінюється по розмірах ТФП, а динаміка розмірів ТФП визначається, у свою чергу, по швидкості повітряного потоку.

Достовірність отриманих теоретичних результатів оцінювалася за допомогою методів математичної статистики за даними експериментальних досліджень, проведених на полігонній моделі й у досвідченій штольні, а також за результатами експериментальних досліджень пожеж рухливого складу в тунелях метрополітенів. Отримані результати показали, що розрахункові формули для середньої температури; теплової депресії; коефіцієнта теплового опору; критичної, по факту виникнення природної конвекції, швидкості вентиляційної струмені, дозволяють вірогідно моделювати вплив пожежі на вентиляційну обстановку в тунелі; прогнозувати аеротермодинамику повітряних потоків на маршрутах евакуації людей у залежності від режимів роботи системи димовидалення.

У третьому розділі досліджуються особливості визначення критичних параметрів вентиляції тунелів. Для дослідження особливостей формування критичних параметрів у тунелях метрополітену використовувався графо-аналітичний метод, що дозволив виділити й описати закономірності формування критичних параметрів вентиляції тунелів.

Вивчення особливостей рішення рівнянь воздухорозподілу у схемах вентиляції перегонів, показало, що в цих схемах можна виділяти окремі ділянки і на цій основі формувати розрахункові схеми вентиляції перегонів. Рішення системи рівнянь, що описує закономірності воздухорозподіл в складаних паралельно-послідовних з'єднаннях для умов припинення вентиляційного потокову при пожежі дозволило одержати залежності (16,17) для визначення критичних параметрів вентиляції тунелів.

Розмір критичної депресії тунелю (H0c) визначається з виразу

, (16)

де kc - коефіцієнт, що визначає відношення витрат повітря в тунелі при одиночній та груповій роботі вентиляторів; kn - коефіцієнт, що враховує перерозподіл витрат повітря в тунелях, при припиненні вентиляційної струмені в аварійному тунелі; Qt - витрата повітря що подається у тунель при одиночній роботі станційного вентилятора; rb, rd, ri, rj - опір гілок, що складають розрахункову схему вентиляції тунелів.

Критична теплова депресія визначається з такого виразу

, (17)

де kn - коефіцієнт, що враховує перерозподіл витрат повітря в тунелях при припиненні вентиляційної струмені в аварійному тунелі; rc, rпо опір аварійного тунелю і поїзда що стоїть у тунелі, відповідно.

У четвертому розділі приведені результати експериментальних досліджень у тунелях Харківського і Київського метрополітенів. При моделюванні аварійних режимів роботи системи димовидалення використовувався програмний комплекс, використовуваний у вугільних шахтах. Результати розрахунків критичних параметрів вентиляції тунелів по вищенаведених залежностях (4,5) дорівнювалися з результатами моделювання. Відносна похибка розрахункових залежностей склала 16%.

Оцінка ефективності системи димовидалення проводилася в умовах Салтівської лінії Харківського метрополітену. Були визначені розміри теплових чинників пожежі і критичні параметри для всіх тунелів. Оцінка усталеності газоповітряних потоків при горінні рухливого складу в тунелі показала, що режими димовидалення, які діяли раніше, не забезпечують безпеку евакуації пасажирів у 26 тунелях. Крім того, було встановлено, що і нові аварійні режими не забезпечують стійке видалення пожежних газів у 9 тунелях.

У п'ятому розділі викладена послідовність дій по оцінці ефективності системи димовидалення і визначені критерії ефективності. Аналіз результатів оцінки ефективності системи димовидалення в метрополітені показав, що відношення розмірів критичних параметрів тунелів і теплових чинників пожежі, можуть використовуватися як критерії ефективності системи димовидалення. Визначено три критерії ефективності - перші два визначають безпечні (по фактору вентиляції) умови евакуації пасажирів, у залежності від спадного і висхідного прямування пожежних газів у тунелі. Третій - застосовується у випадку виконання першого або іншого, і визначать відсутність погрози прямування диму назустріч вентиляційній струмені , що надходить під стріхою тунелю.

; (18)

; (19)

. (20)

Отримані результати дозволили визначити логіку дій, що задовольняє критеріям ефективності роботи системи димовидалення і, уявити їх, як алгоритм визначення ефективності системи димовидалення, що забезпечує евакуацію пасажирів при горінні рухливого складу в тунелі метрополітену. Крім того, оцінні розрахунки показали, що застосування нових аварійних режимів, обраних за допомогою цього алгоритму, підвищує ефективність дій пожежної охорони за рахунок скорочення часу виходу системи димовидалення в аварійний режим, у 6-33 разу, і скорочення кількості ланок, що працюють із стволом, у 2-4 разу.

Дослідно-промислова перевірка алгоритму оцінки ефективності системи димовидалення проводилася в умовах Салтівської лінії Харківського метрополітену. За результатами розрахунків були розроблені рекомендації що підвищують ефективність системи димовидалення й аварійні режими роботи системи тунельної вентиляції Салтівської лінії при пожежах. З них, більш 70 режимів, що забезпечують евакуацію пасажирів із тунелів при горінні рухливого складу обрані з застосуванням розробленого алгоритму. Застосування нових режимів роботи системи димовидалення дозволило підвищити усталеність газоповітряних потоків на маршрутах евакуації пасажирів у 2-15 разів. Для практичних розрахунків в умовах Харківського метрополітену була розроблена "Методика визначення усталеності газоповітряних потоків при пожежах у тунелях метрополітену", що вміщує в себе всю послідовність дій, пов'язаних з оцінкою ефективності системи димовидалення, та забезпечує евакуацію пасажирів при горінні рухливого складу в тунелі метрополітену.

Обґрунтованість наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується використанням фундаментальних законів рудничної аерології і термодинаміки при визначенні закономірностей взаємодії осередку пожежі з вентиляційними потоками; коректним застосуванням методів математичного моделювання; задовільною збіжністю отриманих результатів розрахунку з експериментальними даними, із відносною похибкою, що не перевищує 16%, та дорівнює точності сучасних вимірювальних приладів; позитивними результатами впровадження в процеси експлуатації метрополітенів.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій дано нове рішення актуальної наукової задачі, що полягає в розробці алгоритму оцінки ефективності системи димовидалення, яка забезпечує евакуацію пасажирів при горінні рухливого складу в тунелі метрополітену та дозволяє підвищити ефективність аварійних режимів роботи системи тунельної вентиляції, безпеку евакуації людей із метрополітенів і ефективність дій пожежної охорони при ліквідації пожежі.

У процесі виконання роботи отримані такі підсумкові наукові висновки і практичні результати.

1. Встановлено, що застосовувані в метрополітенах аварійні режими роботи системи димовидалення, не забезпечують безпечні умови евакуації пасажирів при пожежах у тунелях; відсутнє методичне забезпечення, що дозволяє оцінити ефективність системи димовидалення при горінні рухливого складу в тунелі, і здійснити обґрунтований вибір режимів роботи системи димовидалення.

2. За результатами математичного моделювання встановлені закономірності, що зв'язують динаміку максимальної і середньої температур газоповітряних потоків, довжину зони горіння, теплофизичні й аеродинамічні характеристиками тунелю.

Встановлено, що використання динаміки максимальної і середньої температур газоповітряного середовища, дозволяє визначити максимальні розміри теплових факторів пожежі.

3. При дослідженні впливу теплових чинників пожежі на витрату повітря в тунелі вперше встановлена аналітично і підтверджена експерементально залежність швидкості газоповітрянних потоків від середньої температури в окремих зонах газоповітрянного середовища тунелю. Використання цього зв'язку в еквівалентній схемі з'єднання потоків дозволяє визначити критичну швидкість потокові, що поступає в тунель при горінні рухливого складу.

4. Отримано залежність критичних параметрів вентиляції тунелів від аеродинамічних характеристик елементів вентиляційної мережі метрополітену для розрахункових схем, що являють собою складні паралельно-послідовні з'єднання, і витрат повітря в тунелях при одиночній і груповій роботі вентиляційних установок.

5. Встановлено, що використання співвідношень розмірів теплових чинників пожежі і критичних параметрів вентиляції тунелів дозволяє оцінити ефективність систем димовидалення при горінні рухомого складу в тунелі метрополітену.

6. Розроблено критерії й алгоритм оцінки ефективності системи димовидалення, використання яких забезпечує видалення диму на шляхах евакуації пасажирів, скорочує час переходу системи димовидалення в аварійний режим у 6-33 разу і кількість ланок, що працюють із стволом, у 2-4 разу.

7. Результати дисертаційної роботи використані при розробці аварійних режимів роботи системи тунельної вентиляції Київського метрополітену і Салтівської лінії Харківського метрополітену при пожежах. Це дозволило підвищити ефективність систем димовидалення цих метрополітенів у 2-15 разів.

8. Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується використанням фундаментальних законів рудничної аерології і термодинаміки; коректним застосуванням методів математичного моделювання; задовільною збіжністю отриманих результатів розрахунку з експериментальними даними, із відносною похибкою, що не перевищує 16% і дорівнює точності сучасних вимірювальних приладів; позитивними результатами впровадження в метрополітенах.

9. Впровадження результатів роботи в процеси проектування й експлуатації метрополітенів забезпечує підвищення пожежної безпеки за рахунок підвищення безпеки пасажирів і ефективності дій пожежної охорони.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ:

1. Рябова И.Б., Потетюев С.Ю. К вопросу обеспечения безопасности пасажиров при пожарое в перегонном тонеле метрополитена// Залізничний транспорт України.- Харків.- 1998.-с. 10-11.

2. Потетюев С.Ю. Особенности противодымных систем вентиляционних сетей метрополитенов Украины// Проблемы пожарной безопасности: Сб.науч.тр.-вып.6-Харьков: ХИПБ, 1999.-с. 131-135.

3. Потетюев С. Ю, Соловей В.В., Трофимов В.А. Моделирование на ПЭВМ аварийных режимов роботи вентиляционной сети метрополитена при пожаре // Проблемы пожарной безопасности: Сб.науч.тр. - Спец.выпуск.-Харьков: ХИПБ, 1999.-с. 10-13.

4. Трофимов В., Потетюев С. Вентиляція тунелів Київського метрополітену при пожежах та задимленнях//Пожежна безпека.- Київ.- 1999.- №5. - с.28.

5. Потетюев С.Ю. Исследования температурного поля очага пожара в тоннеле метрополитена. // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч.тр. - Вып. 8- Харків: ХИПБ, 2000.-с. 135-142.

6. Потетюев С.Ю. Особенности определения устойчивости вентиляционных потоков при пожарах в тоннелях метрополитена// Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч.тр. - Спец.выпуск- Харків: ХИПБ, 2000.-с. 32-35.

7. Потетюев С.Ю. Исследование особенностей влияния пожара подвижного состава метрополитена на режим вентиляции тоннеля// Проблемы пожарной безопасности: Сб.науч.тр. -Вып.9-Харьков: АПБУ, 2001.-с.165-170.

8. Потетюев С.Ю. Оценка эфективности системы дымоудаления метрополитена// Системи обробки інформації. - Харків: НАНУ, ПАНМ, ХВУ.- 2001. - Вип. 4(14). -с.110-112.

9. Потетюев С.Ю., Трофимов В.А. Моделирование вениляционной сети метрополитена на ПЭВМ // Праці міжнародної конференції "Рятування 2000".- Харків, 2000.-с. 323-326.

10.Потетюев С.Ю., Гулаков П.З.,. Голендер В.А, Ковалюх Р.В. Особенности взаимодействия работников метрополитена, пожарных и горноспасателей при чрезвычайных ситуациях (ЧС)// Науково-технічний журнал "Інформаційно- керуючі системи на залізничному транспорті".- Харків: ХарДАЗТ.- 2000.- 3(24).-с.116-117.

АНОТАЦІЯ

Потетюєв С.Ю. Підвищення ефективності системи димовидалення, що забезпечує евакуацію пасажирів при горінні рухливого складу в тунелі метрополітену. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук із спеціальності 21.06.02 - пожежна безпека; академія пожежної безпеки України, МВС України, Харків, 2001.

Дисертація присвячена питанням підвищення ефективності роботи системи димовидалення для забезпечення евакуації пасажирів при пожежі рухливого складу в тунелі метрополітену. У роботі методами математичного моделювання досліджувані процеси тепломасообміну в тунелі метрополітену при горінні рухомого складу, закономірності, що зв'язують теплові чинники пожежі й аеродинамічні характеристики тунелів при роботі системи тунельної вентиляції в режимах димовидалення.

Отримані закономірності призначені в основу алгоритму, що дозволяє проводити обґрунтовану оцінку ефективності системи димовидалення, що забезпечує евакуацію пасажирів при горінні рухомого складу в тунелі метрополітену, що перевірений в умовах метрополітенів України.

Ключове слово: система димовидалення, режими роботи тунельної вентиляції, теплові чинники пожежі.

АННОТАЦИЯ

Потетюев С.Ю. Повышение эффективности системы дымоудаления обеспечивающей эвакуацию пассажиров при горении подвижного состава в тоннеле метрополитена. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.02 - пожарная безопасность; академия пожарной безопасности Украины, МВД Украины, Харьков, 2001.

Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности работы системы дымоудаления для обеспечения эвакуации пассажиров при пожаре подвижного состава в тоннеле метрополитена. В работе методами математического моделирования исследованы процессы тепломассообмена в тоннеле метрополитена при горении подвижного состава, закономерности, связывающие тепловые факторы пожара и аэродинамические характеристики тоннелей, при работе системы тоннельной вентиляции в режимах дымоудаления.

Показано, что использование динамики максимальной и средней температуры газо-воздушных потоков, позволяет определить максимальные величины тепловых факторов пожара, а зависимость скорости газо-воздушных потоков в эквивалентной схеме соединения потоков, позволяет определить критическую скорость потока поступающего в тоннель, при горении подвижного состава. Исследованы особенности воздухораспределения и определения критических параметров вентиляции тоннелей в разных схемах вентиляционных соединений. Разработан способ трансформации схем вентиляции тоннелей в расчетные схемы, ориентированные относительно станционных и перегонных вентиляторов. Определены закономерности воздухораспределения в тоннелях метрополитена при одиночной и групповой работе вентиляторных установок. Установлено, что величины критических параметров вентиляции тоннелей, могут быть определены из уравнений, составленных для расчетных схем вентиляционных соединений перегонов, представленных как сложные параллельно-последовательные соединения, при условии остановки вентиляционной струи в одном тоннеле. При этом учитывается возможное место возникновения пожара и предполагаемое направление удаления дыма и пожарных газов. Рассмотрены условия обеспечения устойчивого движения газо-воздушных потоков на маршрутах эвакуации пассажиров и определены критерии эффективности системы дымоудаления.

Применение комплекса теоретических и экспериментальных исследований, впервые, для условий метрополитенов, позволяет утверждать, что эффективность системы дымоудаления, обеспечивающей эвакуацию пассажиров, определяется соотношениями величин тепловых факторов пожара и критических параметров вентиляции тоннелей, что позволят оценивать эффективность системы дымоудаления, при пожаре подвижного состава в тоннеле метрополитена.

Полученные закономерности положены в основу алгоритма, позволяющего проводить обоснованную оценку эффективности системы дымоудаления, обеспечивающий эвакуацию пассажиров, при горении подвижного состава в тоннеле метрополитена, который проверен в условиях метрополитенов Украины.

Разработанные режимы работы систем дымоудаления, позволили повысить эффективность этих систем в 2-15 раз и, соответственно, повысить как безопасность пассажиров, так и эффективность тушения пожаров.

Использование расчетных зависимостей, определяющих структуру критериев эффективности системы дымоудаления, при пожарах в тоннелях метрополитена, позволило разработать и внедрить "Режимы работы системы тоннельной вентиляции Киевского метрополитена при пожарах и задымлениях" и "Режимы работы системы тоннельной вентиляции Салтовской линии Харьковского метрополитена при пожарах", и, тем самым, обеспечило социальный эффект - повышение уровня безопасности людей в метрополитенах.

Ключевые слова: система дымоудаления, режимы работы тоннельной вентиляции, тепловые факторы пожара.

ABSTRACT

Potetyuyev S.Y. The efficiency increase of the smoke exhaustion system providing passengers evacuation during rolling stock burning in a subway tunnel. - Manuscript.

A dissertation for the degree of Candidate of Engineering in field 21.06.02. "fire safety". - Kharkiv: Fire Safety Academy of Ukraine, 2001.

The dissertation deals with the problems of smoke exhaustion system operational efficiency to provide passenger evacuation in a subway tunnel. The paper employed mathematical simulation methods to study heat and mass transfer in a subway tunnel during rolling stock burning, , patterns relating fire heat factors to the tunnel aerodynamic characteristics, during tunnel system ventilation operating in smoke exhaustion modes.

The patterns obtained formed the basis of an algorithm enabling a. substantiated estimation of the smoke exhaustion system during rolling stock burning in a subway tunnel. The algorithm was tested in Ukrainian subway.

key words: smoke exhaustion system, tunnel ventilation modes of operation, fire heat factors.

Підп. до друку Друк. Ризограф Тираж 100 прим. Формат 60х84 1/16 Ум. Друк. Арк.1,2 Зам. № 27

АПБУ, 61023, м. Харків, вул. Чернишевського,94

Размещено на Allbest.ru

...