чрезвычайные ситуации: образование и наука

Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
МИНИСТЕРСТВО ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«ГОМЕЛЬСКИЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ» МЧС РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ:
ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
Издается с сентября 2006 года
Выходит два раза в год, один том в год
_________________________________________________________________________
ГОМЕЛЬ, ГИИ МЧС РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ 2013, ТОМ 8, № 2
_________________________________________________________________________
СОДЕРЖАНИЕ
НАУКА
Чеховский А. Л., Зуборев А. И. Оценка уровня техногенной загрязненности
водоемов г. Гомеля методом изотермической деполяризации ....................................... 3
Горовых О. Г., Оразбаев А. Р. Влияние вида дыхательного клапана
на резервуарах с нефтепродуктами на формирование встречного лидера молнии ...... 9
Астахов П. В., Желонкина Т. П., Лукашевич С. А. Исследование рассеяния
света неоднородными средами в лабораторном практикуме........................................ 15
Кулаковский Б. Л., Казутин Е. Г., Менделев В. А. Исследование влияния
агрегатов и систем базового шасси, размерно-весовых параметров пожарной
надстройки на эксплуатационные свойства пожарных аварийно-спасательных
автомобилей ....................................................................................................................... 18
Нуянзин А. М., Поздеев С. В., Некора О. В. Исследование адекватности
вычислительного эксперимента тепломасообмена результатам испытаний
на огнестойкость строительных конструкций................................................................ 30
Кириченко О. В. Моделирование процесса нагрева металлических оболочек
пиротехнических изделий в условиях внешних термовоздействий............................. 37
Поспелов Б. Б., Кустов М. В. Исследование процесса нуклеации водяного
пара под воздействием электромагнитного излучения ................................................. 45
Бобрышева С. Н., Подобед Д. Л., Кашлач Л. О. Снижение горючести
полимерных материалов ................................................................................................... 51
Тихонов М. М., Богданова В. В., Бурая О. Н. Определение эффективности
применения полимерных конденсированных пен для ограничения
распространения пожаров по кабельным шахтам гражданских зданий ...................... 58
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
Шаршанов А. Я., Абрамов Ю. А., Киреев А. А. Моделирование охлаждения
термически толстого тела огнетушащими гелеобразующими составами....................65
Федосенко Н. Н., Алешкевич Н. А., Астахов П. В., Купо А. Н. Метод
формирования токопроводящих межсоединений в материалах электронной
техники ................................................................................................................................72
Буякевич А. Л., Бобрышева С. Н., Колтунчик А. В., Вашкевич И. В.
Определение массы пыли – расчет давления взрыва в помещении
детерминированным методом...........................................................................................77
Цыкунова И. Н., Набатова А. Э. Деятельность органов государственного
пожарного надзора в уголовном процессе.......................................................................84
ОБРАЗОВАНИЕ
Комнатный Д. В. Учебно-исследовательские задачи для закрепления темы
«Законы сохранения в механике» курса общей физики.................................................93
Сигневич В. В. Особенности профессиональной подготовки работников органов
и подразделений по чрезвычайным ситуациям по профессии рабочих
«Спасатель-пожарный» .....................................................................................................99
Бобрышева С. Н., Боднарук В. Б. Об использовании мультимедийного
контента в образовательном процессе ...........................................................................106
Суриков А. В., Шеститко И. В. Технология организации учебных занятий
с использованием интерактивных методов обучения (на примере
дисциплин надзорно-профилактического профиля).....................................................111
Алешкевич О. А., Алешкевич Н. А., Федосенко Н. Н., Астахов П. В.
Формирование исследовательских компетенций инженеров-спасателей
при изучении физики .......................................................................................................116
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА. ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОЙ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Абдрафиков Ф. Н., Артемьев В. П. Установка, моделирующая процесс
изменения концентрации паров пожароопасной жидкости от температуры
внутри технологического аппарата ................................................................................121
Воробьев С. Ю., Хорольский Д. Б. Подвижные пункты управления ......................126
Шныпарков А. В., Копытков В. В. Модернизация системы водозаполнения
пожарного насоса .............................................................................................................134
Воронов В. Т. Перспективы создания Российской системы гражданской защиты....... 138
Горовых О. Г., Волосач А. В. Затопление нефти как метод ее локализации:
плюсы и минусы...............................................................................................................146
Шныпарков А. В. О надежности подземных гидрантов ............................................151
Рубцов Ю. Н., Тимошков В. Ф. Особенности тушение пожаров при наводнениях....... 155
Шабловский Я. О., Киселевич В. В. Оптимизация системы кондиционирования
воздуха в салонах автомобилей специального назначения..........................................161
Пеньков А. И. Защита населения города от взрывов террористов
(организационные меры и исходные математические данные
для проведения инженерных мероприятий) ..................................................................168
ЛЮДИ НАУКИ
Юрий Михайлович Плескачевский (к 70-летию со дня рождения) ....................173
4
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
НАУКА
УДК 502.51(285):502.175:543.31
ОЦЕНКА УРОВНЯ ТЕХНОГЕННОЙ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОДОЕМОВ
г. ГОМЕЛЯ МЕТОДОМ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕПОЛЯРИЗАЦИИ
А. Л. ЧЕХОВСКИЙ, преподаватель-стажер, магистрант1
А. И. ЗУБОРЕВ, преподаватель, адъюнкт2
1
Учреждение образования «Гомельский государственный университет
имени Ф. Скорины»
2
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
Работа посвящена оценке загрязненности нефтепродуктами водоемов в городской
черте г. Гомеля по результатам анализа электрофизических характеристик. Показано, что
определенному содержанию бензина в водной эмульсии соответствует характеристическая
кривая поляризации-деполяризации. Получены данные для пяти водоемов, степень их загрязненности сопоставлена с ПДК.
Ключевые слова: водоемы, загрязнение, бензин, поляризация, деполяризация.
Введение
Одной из задач стратегии устойчивого развития нашей страны является обеспечение доступа каждого человека к источникам доброкачественной питьевой воды, эффективным системам питьевого водоснабжения и водоотведения. Известно, что загрязнение поверхностных вод различными веществами, в том числе нефтепродуктами
вызвано, прежде всего, недостаточной эффективностью работы очистных сооружений,
а также несанкционированными или аварийными сбросами загрязняющих веществ в
водоемы. Качество воды в значительной степени ухудшают следующие факторы: смывы почв с территорий, примыкающих к рекам и озерам; эксплуатация автотранспорта на
водосборных территориях; техногенные аварии. Крупными источниками загрязнения
являются транспортные артерии и обеспечивающие их автозаправочные станции,
функционирование которых нередко приводит к попаданию жидких углеводородов в
природные водные источники [1]. Таким образом, для Гомельского региона актуальны
разработка и внедрение новых методов оценки загрязненности водоемов, а также возможности ведения экологического мониторинга на территории вблизи автозаправочных
станций и оживленных автомобильных дорог. В связи с этим цель работы – оценка степени загрязненности углеводородами водоемов, расположенных вблизи указанных объектов, на основе анализа процессов поляризации-деполяризации.
Основная часть
Методика исследований. Для исследования проб воды использовали компьютеризированный программно-аппаратный комплекс – анализатор дисперсных систем [2],
принцип действия которого состоит в наложении на пробу электрического поля в изотермических условиях. После выключения поля регистрируется кинетика спада напря3
А. Л. ЧЕХОВСКИЙ, А. И. ЗУБОРЕВ
жения вследствие релаксации поляризационного заряда в анализируемой пробе. Данные
регистрировали в виде массива значений напряжения в системе за определенный
промежуток времени с выведением графических результатов на монитор компьютера. Левая часть полученной таким образом кривой характеризовала процесс поляризации, правая – деполяризации в исследуемой системе. Полученный график
давал информацию о характере электрофизических процессов, обусловленных изменением внутреннего строения вещества вследствие поляризации-деполяризации.
Считали, что электроды химически инертны и не участвуют в электрохимических
реакциях. Дальнейшую статистическую обработку данных проводили с помощью
программ MS Excel 2007 и Statistica 7.0.
Результаты исследований и их обсуждение
Перед основной частью исследований проводили серию экспериментов по
оценке электрофизических свойств эмульсий известных марок бензинов различных
концентраций в дистиллированной воде. Анализировали вид кривых поляризациидеполяризации для свежеприготовленных модельных эмульсий бензинов АИ-98,
АИ-95, АИ-92 и дизельного топлива в объемных отношениях к дистиллированной
воде 1:100, 1:1000 и 1:10000. Полученные данные соответствуют параметрам нормального распределения величин по критерию Шапиро–Уилка, уровень значимости
которого во всех случаях превысил необходимое критическое значение p > 0,01.
Расчеты показывают, что все полученные показатели описываются функцией нормального распределения величин и являются репрезентативными.
Установлена (рис. 1) общая тенденция в расположении кривых поляризациидеполяризации. При уменьшении концентрации бензина растет поляризационное напряжение, снижается скорость падения кривой диэлектрических потерь и возрастает
напряжение деполяризации. Это означает, что система закономерно стремится к состоянию и характеристикам дистиллированной воды, не содержащей бензина. Подобным образом в данном диапазоне значений исследуемых электрофизических показателей ведут себя все эмульсии бензинов различных марок и дизельного топлива.
Однофакторный дисперсионный анализ указал на достоверные различия между исследуемыми эмульсиями и дистиллированной водой без добавления бензина, так как
полученные значения эмпирического критерия Фишера были больше его критических
значений при уровне значимости p < 0,05. Таким образом, нами построены эталонные
кривые по различным концентрациям известных марок бензинов и дизельного топлива для дальнейшего сравнивания и оценки возможного загрязнения водоемов.
2,5
4
2
3
2
1,5
1
U, В
1
0,5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Сек
Рисунок 1 – Оценка электрофизических свойств модельных эмульсий бензина АИ-92
в различных объемных отношениях и дистиллированной воды: 1 – бензин/вода = 1:100;
2 – бензин/вода = 1:1000; 3 – бензин/вода = 1:10000; 4 – дистиллированная вода
4
ОЦЕНКА УРОВНЯ ТЕХНОГЕННОЙ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОДОЕМОВ Г. ГОМЕЛЯ
МЕТОДОМ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕПОЛЯРИЗАЦИИ
В основной серии экспериментов проводили оценку степени загрязненности
углеводородами пяти крупных водоемов города Гомеля, три из которых находятся в
непосредственной близости от автозаправочных станций (рисунок 2).
Рисунок 2 – Анализируемые водоемы г. Гомеля
Первым объектом был комплекс озер, расположенных в Новобелицком районе вблизи улице Ильича. Кривая поляризации-деполяризации проб, полученных на
данном объекте, располагается между эталонной кривой для объемного отношения
бензина 1:10000 и кривой для чистой дистиллированной воды, стремясь и частично
совпадая с первой кривой (рисунок 3, а). В данном случае можно говорить о незначительном содержании нефтепродуктов в исследуемом водоеме, объемное отношение которых составляет менее чем 1:10000 (0,1 мг/л).
5
А. Л. ЧЕХОВСКИЙ, А. И. ЗУБОРЕВ
2,5
2,5
4
2
4
2
5
3
5
2
1,5
3
1,5
1
U, В
2
1
U, В
1
1
0,5
0,5
0
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
0
10
20
30
40
50
Сек
60
70
80
90
100
110
120
80
90
100
110
120
Сек
а)
б)
2,5
2,5
4
2
4
5
2
3
3
5
2
1,5
2
1,5
1
1
U, В
U, В
1
1
0,5
0,5
0
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
0
10
20
30
40
50
Сек
60
70
Сек
в)
г)
2,5
4
2
5
3
2
1,5
1
U, В
1
0,5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Сек
д)
Рисунок 3 – Оценка электрофизических свойств проб:
а – ул. Ильича; б – оз. Дедно; в – район пересечения ул. Федюнинского и ул. Свиридова;
г – ул. Народного Ополчения; д – каскад озер на ул. Свиридова; анализируемые пробы:
1 – бензин/вода = 1:100; 2 – бензин/вода = 1:1000; 3 – бензин/вода = 1:10000;
4 – дистиллированная вода; 5 – исследуемая проба
6
ОЦЕНКА УРОВНЯ ТЕХНОГЕННОЙ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОДОЕМОВ Г. ГОМЕЛЯ
МЕТОДОМ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕПОЛЯРИЗАЦИИ
Вторым объектом было озеро Дедно, расположенное вблизи пересечения
улиц Хатаевича и Мазурова. Установлено, что кривая поляризации-деполяризации
проб, полученных на данном объекте, располагается между эталонными кривыми
для объемного отношения бензина 1:1000 и 1:10000, приближаясь к первой кривой
(рисунок 3, б). В данном случае можно говорить о том, что объемное содержание
нефтепродуктов в месте забора проб на исследуемом водоеме по отношению к воде
составляет не менее 1:2000 (0,5 мг/л), что значительно превышает ПДК (0,3 мг/л для
органолептического анализа).
Третьим объектом было озеро вблизи пересечения улиц Федюнинского и Свиридова. Кривая поляризации-деполяризации проб, полученных на данном объекте, располагается между эталонной кривой объемного отношения бензина 1:10000 и кривой
чистой дистиллированной воды (рисунок 3, в). В данном случае можно говорить лишь о
незначительных следовых количествах нефтепродуктов в исследуемом водоеме.
Четвертым объектом было озеро, расположенное по улице Народного ополчения. Вблизи данного объекта не располагается автозаправочная станция, однако
пролегают оживленные автомобильные дороги (Ефремова, Народного ополчения,
Карастояновой). Установлено, что кривая поляризации-деполяризации проб, полученных на данном объекте, практически полностью совпадает с кривой эталонного
объемного отношения бензина 1:10000 (рисунок 3, г).
Пятым объектом был каскад озер по улице Свиридова. Вблизи данного объекта
также не располагается автозаправочной станции, однако пролегают оживленные автомобильные дороги (Каменщикова, Свиридова, Макаенка, Бровки). Кривая поляризации-деполяризации проб, полученных на данном объекте, располагается между
эталонной кривой объемного отношения бензина 1:10000 и кривой чистой дистиллированной воды, стремясь и частично совпадая с первой кривой (рисунок 3, д). В данном случае можно говорить о незначительном содержании нефтепродуктов в исследуемом водоеме, объемное отношение которых на поверхности воды составляет
менее 1:10000.
Заключение
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
1. Эмульсии бензинов известных марок и дизельного топлива в воде демонстрируют сходную поляризационно-деполяризационную картину для одних и тех же
концентраций.
2. В трех из пяти исследуемых водоемов в городской черте Гомеля обнаружено присутствие углеводородов, не превышающее предельно допустимых концентраций (комплекс озер в Новобелицком парке, озеро по улице Народного ополчения,
каскад озер по улице Свиридова).
3. Водоем, находящийся на пересечении улиц Свиридова и Федюнинского,
можно считать условно чистым.
4. Беспокойство вызывает состояние озера Дедно, расположенного на пересечении улиц Хатаевича и Мазурова в непосредственной близости от автозаправочной
станции. Содержание углеводородов на данном объекте значительно превысило ПДК.
Полученные результаты могут быть полезны при проведении экологического мониторинга и природоохранных мероприятий в городской черте г. Гомеля,
в том числе осуществляемых силами специалистов МЧС. Они могут оказаться
ценными с точки зрения повышения эффективности контроля эксплуатации автозаправочных станций, а также в случаях аварийных разливов нефтепродуктов по
поверхности водоемов.
7
А. Л. ЧЕХОВСКИЙ, А. И. ЗУБОРЕВ
Литература
1 Кудина, Е. Ф. Химия и микробиология воды : учеб. пособие / Е. Ф. Кудина,
О. А. Ермолович, Ю. М. Плескачевский ; под ред. Ю. М. Плескачевского, А. С. Неверова ; М-во образования Респ. Беларусь, Беларус. гос. ун-т. транспорта. – Гомель : БелГУТ, 2010. – С. 8–9.
2 Программно-аппаратный комплекс АИР-1 для контроля жидкодисперсных систем
/ И. В. Шаламов [и др.] // Приборы и техника эксперимента. – 2002. – № 6. –
С. 143–144.
Поступила в редакцию 25.09.2013
A. L. Chehovskiy, A. I. Zuborev
EVALUATION LEVEL OF TECHNOGENIC POLLUTION OF WATER
BODIES OF GOMEL BY ISOTHERMAL DEPOLARIZATION
The work is devoted to the assessment of oil pollution of water bodies in the city of
Gomel on the analysis of the electrical characteristics. It is shown that a specific content of
fuel in water emulsion corresponds to the characteristic curve of the polarizationdepolarization. The data for the 5 water bodies, the degree of pollution compared with the
maximum permissible concentration.
8
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 551.594.22:665.7
ВЛИЯНИЕ ВИДА ДЫХАТЕЛЬНОГО КЛАПАНА НА РЕЗЕРВУАРАХ
С НЕФТЕПРОДУКТАМИ НА ФОРМИРОВАНИЕ ВСТРЕЧНОГО
ЛИДЕРА МОЛНИИ
О. Г. ГОРОВЫХ, профессор кафедры, кандидат технических наук, доцент1
А. Р. ОРАЗБАЕВ, соискатель, генеральный директор, Республика Казахстан2
1
Государственное учреждение образования «Институт переподготовки
и повышения квалификации» МЧС Республики Беларусь
2
ТОО «SEMSER Ort Sondirushi»
Приведены теоретические расчеты напряженности поля, формируемого на дыхательных клапанах, установленных на резервуарах с нефтепродуктами. Показано, что на двух
типах клапанов возможно формирование встречного лидера при напряженности поля в грозовой период, равного 200 кВ/м.
Ключевые слова: восходящий лидер, нисходящий лидер, молниезащита, дыхательные
клапаны, напряженность поля, резервуары.
Введение
С момента создания первого молниеотвода Бенджамином Франклином прошло более двух веков. За это время опыт эксплуатации молниеотводов привел к разработке и установлению достаточно жестких требований и правил к проектированию, монтажу и эксплуатации систем молниезащиты. Как правило, молниеотводы
обеспечивают необходимую степень защиты, которая устанавливается в зависимости от классификации зданий и сооружений по степени опасности поражения их
молнией. Но в некоторых случаях молниеотводы не срабатывают, значит, установленные правила необходимо продолжать дорабатывать, ужесточать или изменять
требования. Два таких случая прорыва молний сквозь защиту громоотводов имели
место в 2008 г. в Бресте (Беларусь) и в 2009 г. в Юрге (Россия). При этом полностью
правильно спроектированные, в соответствии с руководящими документами, и находящиеся в хорошем эксплуатационном состоянии молниеотводы не перехватили
молний, и они ударили в резервуар с нефтепродуктами. Ущерб от этих двух ударов
составил 1 млрд бел. р. + 146 млн рос. р. [1], [2].
11 августа 2013 г. около трех часов дня по местному времени на территории
нефтеперерабатывающего завода Petroleos de Venezuela в городе Пуэрто-ла-Крус
молния попала в резервуар с нефтепродуктами. В результате он загорелся, потом
прогремел взрыв. Языки пламени были видны за несколько километров, а высота
огня доходила до 30 м. Основной удар пришелся на резервуары, где хранилась обработанная нефть. Система молниезащиты была и опять не сработала.
Основная часть
Накопить представительную статистику, которая позволит точно сказать, что
имеющиеся системы молниезащиты дают высокую степень защиты, можно только
9
О. Г. ГОРОВЫХ, А. Р. ОРАЗБАЕВ
по прошествии достаточного количества лет. Резервуарные парки начали эксплуатироваться не ранее 1880-х гг., поэтому статистика поражений молниями резервуарных парков не превышает 130 лет.
Наблюдения за одиночным объектом высотой 50 м только через 10–20 лет
дают возможность получить представление о частоте его поражения молнией, и
только через 1000 лет можно говорить о степени защиты объекта от прямого удара
молнией. Если же высота объекта составляет не более 20 м (резервуары объемом
20000 м3), то этот период сбора статистических данных многократно возрастает.
Существующие методы расчета молниезащиты базируются на результатах экспериментальных исследований и многолетних наблюдений за эксплуатацией объектов
молниезащиты. Экспериментальные данные, которые положены в основу методик расчета и выбора устройств молниезащиты, были получены 50–60 лет назад в лабораторных условиях для разрядных промежутков ограниченной длины [3]. Аналогом молнии в
этих испытаниях являлся искровой разряд, формируемый импульсом положительной
полярности 1,5/1000 мкс между высоковольтным электродом и заземленной (металлической) плоскостью. Аналогом молниеотвода являлся металлический стержень, установленный на плоскости под высоковольтным электродом, а аналогом объекта – второй
металлический стержень меньшей длины. Перемещением одного стержня относительно
другого определялись зоны защиты молниеотвода.
Такая методика экспериментального определения зон защиты недостаточно
корректна, так как не учитывает геометрических размеров защищаемого объекта, его
емкостных характеристик, влияния солнечной радиации и воздушных потоков над
данным объектом, а физика развития разрядов в коротких искровых промежутках
имеет мало общего с физикой развития разряда молнии [4].
Рассмотрим теорию образования молнии, принятую сегодня. В норме земля заряжена отрицательно с поверхностной плотностью заряда (σ–, Кл/м2), второй обкладкой
этого сферического конденсатора является положительно заряженная ионосфера. Возникает напряженность электрического поля Земли (Еземли, В/м), двигаясь в которой, капли воды поляризуются, и облака приобретают суммарный отрицательный заряд внизу
облака. Нижняя заряженная часть облака индуцирует на поверхности земли положительный заряд с поверхностной плотностью σ+, и появляется местное грозовое электрическое поле с напряженностью Егроз, достигающей величины 200 кВ/м. Считается, что
есть достаточная разница между разрядами молний в высокие объекты и в объекты небольшой величины. На высоких объектах молнии формируются от восходящего лидера,
в низкие объекты происходит удар от нисходящего лидера молнии.
Но если в резервуары с нефтепродуктами прорвалась молния мимо молниеотвода, можно говорить о том, что от крыши резервуара сформировался встречный лидер молнии. Обычно восходящие лидеры наблюдаются на объектах высотой более
200 м, но это не значит, что они не могут возникнуть в карликовом виде от более
низких объектов.
Посредником между объектом и нисходящей молнией может служить возбуждаемый от объекта встречный лидер. Лидер движется в направлении поля даже при
Егроз примерно равном 100 В/см.
Так как поле грозы наводит посредством электростатической индукции заряд
на любом заземленном проводнике или металлическом предмете [5], у вершины любого возвышенного над поверхностью земли сооружения, благодаря наведенному
заряду возникает поле Енавед, равное:
Eнавед = Eгроз
10
h
,
r
ВЛИЯНИЕ ВИДА ДЫХАТЕЛЬНОГО КЛАПАНА НА РЕЗЕРВУАРАХ С НЕФТЕПРОДУКТАМИ
НА ФОРМИРОВАНИЕ ВСТРЕЧНОГО ЛИДЕРА МОЛНИИ
где Eгроз – поле земли в грозовой период, кВ/м; h – высота объекта, м; r – радиус,
наиболее высокой части, м.
Например, если мы имеем стальной вертикальный резервуар с дыхательным
клапаном на крыше резервуара, то на нем будет наведен заряд отличный от наведенного рядом заряда земли.
Если на крыше резервуара имеется дыхательный клапан (рисунок 1), то наведенный на резервуаре заряд усиливает поле у вершины патрубка. Примем, что поле
усиливается в h/r раз [5].
Рисунок 1 – Внешний вид резервуара с дыхательными клапанами на крыше
Сравним четыре наиболее распространенных дыхательных клапана НДКМ,
КДМ 200, СМДК и КДС УО (рисунки 2–5) по их способности к местному усилению
поля и возникновению встречного лидерного разряда от резервуара к облаку. Для
расчета примем, что резервуар имеет одинаковую высоту, равную 17,88 м (РВС
20000, в который ударила молния на нефтедожимной станции «Конда» в Юрге), результаты расчетов представлены в таблице.
Рисунок 2 – Общий вид клапана непримерзающего дыхательного мембранного НДКМ
Рисунок 3 – Клапан дыхательный механический КДМ-200
11
О. Г. ГОРОВЫХ, А. Р. ОРАЗБАЕВ
Рисунок 4 – Совмещенный механический дыхательный клапан СМДК
Рисунок 5 – Общий вид дыхательного клапана КДС УО
Марка
клапана
Высота клапана hкл, см
Высота резервуара
с клапаном h, см
Радиус, верхней части
клапана r, см
Отношение h/r
Наведенный потенциал
Енавед, кВ/см
Таблица 1 – Величина наведенного потенциала на дыхательных клапанах резервуаров
Клапан непримерзающий дыхательный мембранный
НДКМ-100
НКДМ-150
НКДМ-250
60,0
85,0
90,0
1848
1873
1878
2,5
7
5
739,2
267,6
375,6
1478,4
535,2
751,2
Клапан дыхательный механический
КДМ–200/50
КДМ–200/100
КДМ–200/200
КДМ–200/250
61,7
25,5
52,5
61,5
1849,7
1813,5
1840,5
1849,5
29,6
29,6
29,6
29,6
62,4
61,3
62,2
62,5
124,8
122,6
124,4
125
Совмещенный механический дыхательный клапан
СМДК-50АА
СМДК-100АА
СМДК-150
СМДК-200
СМДК-250
20,2
28,0
35,0
32,0
50,6
1808,2
1816,0
1823,0
1820,0
1838,6
10
10
10
10
10
180,8
181,6
182,3
182,0
183,8
361,6
363,2
364,6
364
367,6
Дыхательный
клапан
КДС -1500 УО
94
90
80
113
109,7
106,7
1882
1878
1868
1901
1897,7
1894,7
52,5
52,5
52,5
73,4
73,4
73,4
35,9
35,8
35,6
25,9
25,9
25,8
7,8
71,6
71,2
51,8
51,8
51,6
Наименование
дыхательного
клапана
КДС -3000 УО
12
ВЛИЯНИЕ ВИДА ДЫХАТЕЛЬНОГО КЛАПАНА НА РЕЗЕРВУАРАХ С НЕФТЕПРОДУКТАМИ
НА ФОРМИРОВАНИЕ ВСТРЕЧНОГО ЛИДЕРА МОЛНИИ
Из таблицы 1 видно, что наибольший потенциал формируется на клапане непримерзающем дыхательном мембранном. Именно этот клапан НКДМ-150 был
смонтирован на резервуаре, в который ударила молния на нефтебазе в г. Бресте.
Этот клапан имеет на крышке выступающий элемент, который способствует образованию высокого потенциала в прилегающем пространстве, другие клапана такого
элемента не имеют.
Установка молниеотводов непосредственно на резервуарах и наличие дыхательных клапанов и иных технологических элементов на крыше резервуара приводит к появлению резко неоднородного поля. Но известно, что искровой канал может
прирастать в слабом электрическом поле, на порядок меньшем, чем необходимо для
электрического пробоя воздуха (Еmin = 30 кВ/см) при наличии именно резко неоднородного поля. По результатам расчетов наведенного поля видно, что на любом из
клапанов в состоянии формироваться поле, способное к началу ионизации воздуха.
Некоторые авторы указывают, что для начала ионизации воздуха, с возможностью последующего возникновения канала молнии, необходима напряженность
поля, равная 20–30 кВ/см [6], чтобы на заостренных конструкциях объекта возник
коронный разряд.
Если рассматривать теплый день (а прямое попадание молний наблюдалось
именно в теплый период года), то нагревание металлического резервуара лучами
солнца приводит к тому, что даже при наличии серебристой окраски температура
резервуара на крыше выше температуры на поверхности земли, особенно если она
имеет травяной покров. Тогда над резервуаром формируется местный небольшой
восходящий поток воздуха с меньшей плотностью, чем окружающая плотность воздуха, соответственно его электрическая прочность меньше и, таким образом, приводит как бы к дополнительному увеличению высоты объекта, который становится
соизмерим с высотой молниеотвода, и необходимое превышение высоты молниеотвода над охраняемым объектом уже не выдерживается.
Считается, что лидер молнии на подавляющей части своего пути никак не
реагирует на состояние земной поверхности, и только ее последние 50–500 м траектории детерминированы состоянием земной поверхности.
Но встречный лидер делает объект более высоким, тем самым увеличивая
воздействие на нисходящий лидер.
Встречный лидер, двигаясь по направлению к головке нисходящего лидера,
притягивает эту головку, что и приводит к попаданию молнии в объект. Совокупность факторов, теплая погода и прогрев резервуара, формирование местного восходящего потока воздуха, наличие высокого потенциала на дыхательных клапанах повышают вероятность случайного удара молнии в дыхательный клапан.
Нисходящий лидер сворачивает в направлении восходящего, если возбуждаемое восходящим лидером поле больше поля между облаком и землей. Весь процесс ориентировки нисходящего лидера носит квазипороговый характер.
Кроме того, есть версия, что у головки растущего канала происходит усиление электрического поля. Для развития стримера в атмосферном воздухе требуется
среднее поле на его длине не менее Екрит = 5 кВ/см.
Заключение
При значении потенциала внешнего поля больше некоторого минимального
значения, равного ΔUmin = 300–400 кВ [5], встречный лидер развивается от этого
объекта, и, по нашим расчетам, клапаны НДКМ-100, НКДМ-150, НКДМ-250 и
СМДК всех типов могут обеспечить формирование критического потенциала.
13
О. Г. ГОРОВЫХ, А. Р. ОРАЗБАЕВ
Кроме того, встречный лидерный канал может составить только несколько
сантиметров, и даже если не сможет оказать влияние на траекторию молнии, то его
энергии достаточно, чтобы поджечь легковоспламеняющуюся газовую смесь,
имеющуюся у выхлопного клапана, так как температура в канале достигает 5000 К.
Поэтому на этих клапанах необходимо устанавливать дополнительные зонтики, снижающие напряженность поля около них.
Литература
1 Накануне. Новости. Ущерб от пожара на нефтестанции «Конда» составили 146 млн
рублей [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.nakanune.ru/news/
2009/10/15/2217487.1. – Дата доступа: 13.08.2013.
2 Пожар на брестской нефтебазе мог уничтожить полгорода [Электронный ресурс]. –
Режим доступа: http://www.kp.ru/daily/24094/323328. – Дата доступа: 13.08.2013.
3 Акопян, А. А. Исследование защитного действия молниеотводов / А. А. Акопян
// Тр. ВЭИ. – 1940. – Вып. 36. – С. 94–158.
4 Куприенко, В. Молниезащита маловысотных сооружений. Исследование и испытание / В. Куприенко // Новости электротехники. – 2003. – № 6 (24). – С. 64–67.
5 Базелян, Э. М. Физика молнии и молниезащиты / Э. М. Базелян, Ю. П. Райзер. –
М. : ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 320 с.
6 Черкасов, В. Н. Пожарная профилактика электроустановок : учебник / В. Н. Черкасов ; Высш. инженер. пожар.-техн. шк. МВД СССР, Редакцион.-издат. совет ; под
ред. проф. Д. С. Кривозуба. – М., 1978. – 312 c.
Поступила в редакцию 05.08.2013
O. G. Gorovykh, A. R. Orazbaev
THE INFLUENCE OF TYPE OF OIL RESERVOIR VENT VALVE ON THE
FORMATION OF AN ONCOMING LIGHTNING LEADER
Theoretical calculations of the field strength generated by the oil tanks respiratory
valves are described. It is shown that two types of valves can form counter leader at tension of 200 kV/m in the stormy period.
14
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 53(077)
ИССЛЕДОВАНИЕ РАССЕЯНИЯ СВЕТА НЕОДНОРОДНЫМИ СРЕДАМИ
В ЛАБОРАТОРНОМ ПРАКТИКУМЕ
П. В. АСТАХОВ, кандидат физико-математических наук, доцент, начальник кафедры1
Т. П. ЖЕЛОНКИНА, старший преподаватель2
С. А. ЛУКАШЕВИЧ, старший преподаватель2
1
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
2
Учреждение образования «Гомельский государственный университет
имени Ф. Скорины», Республика Беларусь
Рассматривается физическая сущность рассеяния света на оптических неоднородностях. На основании электронной теории дисперсии показана зависимость показателя преломления от длины волны. Определен метод зависимости коэффициента пропускания света
от длины волны.
Ключевые слова: рассеяние света, показатель преломления, длина волны, интенсивность света, рефрактометр, фотоколориметр.
Введение
В прозрачной однородной среде бегущая плоская волна распространяется
только в прямом направлении, не испытывая рассеяния в стороны. Но оптическая
однородность может быть нарушена, например, множеством мельчайших частиц постороннего вещества, беспорядочно-распределенных по объему среды. Примерами
могут служить пыльный воздух, туман, дым, эмульсии и суспензии с взвешенными в
них посторонними частицами. Тогда показатель преломления будет меняться в пространстве весьма нерегулярно, но среднее значение его во всяком малом объеме, содержащем еще очень много макроскопических неоднородностей, будет оставаться
одним и тем же во всей среде. Такую среду называют оптически мутной. В оптически мутных средах свет распространяется не только в прямом направлении, но и
рассеивается в стороны.
Основная часть
Для исследования рассеяния света при прохождении неоднородных сред в лаборатории оптики применяется фотоколориметр типа КФК-2, который позволяет
получить коэффициенты пропускания различных рассеивающих веществ, а также
исследовать их зависимость от длины волны. Он также используется для измерения
скорости изменения оптической плотности вещества и определения концентрации
вещества в растворе. Эта особенность прибора дает возможность использовать его в
лабораторном практикуме для изучения рассеяния света неоднородными средами.
Как известно, физической причиной рассеяния света является нарушение оптической неоднородности среды, которая характеризуется постоянством показателя
преломления. На основании электронной теории дисперсии света выведена диспер15
П. В. АСТАХОВ, Т. П. ЖЕЛОНКИНА, С. А. ЛУКАШЕВИЧ
сионная формула зависимости показателя преломления от длины волны и его связи с
поляризуемостью. Показатель преломления среды n связан с числом молекул N в
единице объема и их поляризуемостью P соотношением:
n = ε = 1 + NP ,
где ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды.
Неизменность показателя преломления означает постоянство произведения NP
в различных местах среды. Если среда создана из одинаковых молекул, т. е. поляризуемость Р постоянна, то для ее однородности необходимо и постоянство молекул N.
Для различных молекул однородность среды (постоянство NP) может быть достигнуто соответствующим подбором N и Р.
Например, подобранная соответствующим образом смесь анилина с этиловым
спиртом с погруженными в нее кусочками оргстекла может представлять однородную среду. Если подобрать жидкость так, чтобы для какой-либо длины волны λ 0
показатель преломления жидкости совпал с показателем преломления оргстекла, то,
несмотря на неоднородность, свет данной длины волны пройдет практически не рассеиваясь. Как правило, дисперсионные кривые для оргстекла и жидкостей имеют
разный наклон. Поэтому совпадение показателя преломления жидкости nж и оргстекла n0 возможно только для определенной длины волны λ = λ 0 . Для других показателей преломления nж ≠ n0 свет с длиной волны λ 0 будет рассеиваться, причем
J p ~ (Δn) 2 , где Δn = nж − n0 .
Исследования показывают, что зависимость коэффициента пропускания Т
кюветы со смесью жидкости и порошка оргстекла от длины волны λ имеет максимум, который совпадает с λ 0 . Это позволяет использовать ее для определения показателя преломления порошка оргстекла.
Чтобы определить показатель преломления порошка, необходимо предварительно с помощью рефрактометра построить дисперсионную кривую жидкости, т. е.
зависимость показателя преломления от длины волны n = f (λ). Используя дисперсионную кривую жидкости для λ 0 , определяют nж = n0 .
В работе также исследуется зависимость коэффициента пропускания смеси от
длины волны, интенсивности рассеивания света от Δn.
Заключение
Рассеяние света в мутных средах на частицах постороннего вещества экспериментально впервые исследовал Тиндаль, а количественная теория была развита
Рэлеем. Согласно теории Рэлея интенсивность рассеянного свела обратно пропорциональна четвертой степени длины волны. Этот результат справедлив для рассеивающих частиц, линейные размеры которых малы по сравнению с длиной волны.
Если бы рассеяния света на было, то небо было бы совершенно черным. На
этом черном фоне звезды и другие небесные светила выделялись бы более ярко и
контрастно. При наличие же атмосферы значительная доля прямого солнечного излучения рассеивается в стороны. Она тем больше, чем короче длина волны. Поэтому
рассеянный свет обогащен короткими волнами, чем и объясняется синий цвет неба.
Таким образом, в работе потверждена зависимость интенсивности света от показателя преломления рассеивающей среды.
16
ИССЛЕДОВАНИЕ РАССЕЯНИЯ СВЕТА НЕОДНОРОДНЫМИ СРЕДАМИ В ЛАБОРАТОРНОМ ПРАКТИКУМЕ
Литература
1 Ландсберг, Г. С. Оптика / Г. С. Ландсберг. – М. : Наука, 1976. – 927 с.
2 Электричество и оптика. Физический практикум / под ред. В. И. Ивероновой. –
М. : Наука. – 1968. – 816 с.
Поступила в редакцию 15.02.2013
P. V. Astakhov, T. P. Zhelonkina, S. A. Lukashevich
THE LIGHT SCATTERING RESEARCH BY INHOMOGENEOUS MEDIUM IN A LABORATORY PRACTICAL
The article deals with the physical nature of light scattering by optical
inhomogeneities. On the basis of the electron theory of the dispersion the dependence of
the refractive index from the wavelength is shown. The method of dependence of the factor
light transmittance from the wavelength is defined.
17
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.846.63
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АГРЕГАТОВ И СИСТЕМ БАЗОВОГО
ШАССИ, РАЗМЕРНО-ВЕСОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРНОЙ
НАДСТРОЙКИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЖАРНЫХ
АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
Б. Л. КУЛАКОВСКИЙ, кандидат технических наук, доцент
Е. Г. КАЗУТИН
В. А. МЕНДЕЛЕВ
ГУО «Командно-инженерный институт» МЧС Республики Беларусь
Выполнено исследование взаимосвязи эксплуатационных свойств пожарных аварийно-спасательных автомобилей. Установлено влияние агрегатов и систем базового шасси,
размерно-весовых параметров пожарной надстройки на эксплуатационные свойства автомобилей. Представлены аналитические зависимости по определению параметров эксплуатационных свойств при изменении размерно-весовых значений ПАСА.
Ключевые слова: эксплуатационные свойства, размерно-весовые параметры, пожарная
надстройка, надежность, тактико-техническая характеристика.
Введение
Современный этап развития автомобильной техники характеризуется более
углубленным изучением теории как отдельных эксплуатационных свойств автомобилей, так и комплексной взаимосвязи их и оптимизации показателей.
С учетом особенностей эксплуатации пожарных аварийно-спасательных автомобилей (ПАСА), их форсированного движения всесторонняя оценка показателей
эксплуатационных свойств является весьма актуальной.
По сравнению с грузопассажирским транспортом к современному ПАСА, состоящему из большего числа сложных механизмов, систем и узлов, предъявляются
более высокие эксплуатационные требования. Поэтому оценка ПАСА, находящегося
в эксплуатации, производится по комплексу эксплуатационных свойств, которые характеризуют оперативность его выезда из гаража, прибытия к месту вызова, эффективность и удобство его использования при ликвидации ЧС, а также по надежности
автомобиля.
Основная часть
Эксплуатационные свойства автомобиля подразделяются на две основные
группы: эксплуатационные свойства, связанные с движением автомобиля, и свойства
надежности и ТТХ, не связанные с его движением (рисунок 1).
Тягово-скоростные и тормозные свойства, топливная экономичность, управляемость, поворачиваемость, маневренность, устойчивость, проходимость, плавность хода и безопасность движения обеспечивают в основном оперативность движения ПАСА к месту ЧС. Оперативность движения ПАСА определяется основным
параметром эксплуатационных свойств – временем его прибытия на ЧС.
18
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АГРЕГАТОВ И СИСТЕМ БАЗОВОГО ШАССИ, РАЗМЕРНО-ВЕСОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРНОЙ
НАДСТРОЙКИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЖАРНЫХ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
ПАСА может тогда выполнять свои функции, когда значения параметров, определяющих работоспособность его агрегатов и систем, соответствуют требованиям
нормативно-технической документации. В процессе длительной эксплуатации ПАСА
его надежность неуклонно снижается и требует выполнения все большего объема
работ по ремонту и техническому обслуживанию.
Эксплуатационные свойства
Не связанные
с движением свойства
надежности и ТТХ
Связанные
с движением
Тягово-скоростные
Вместимость
Управляемость
Безотказность
Поворачиваемость
Долговечность
Маневренность
Ремонтопригодность
Устойчивость
Сохраняемость
Проходимость
Приспособленность
к посадке и высадке
боевого расчета
Плавность хода
Топливная
Приспособленность
к оперативному
применению ПТВ
и боевому развертыванию
Безопасность движения
Время прибытия на ЧС
Тактико-техническая
характеристика ПАСА
(производительность
насоса, количество
рукавов, ПТВ и т. д.)
Экологичность
Рисунок 1 – Схема основных групп эксплуатационных свойств ПАСА
Эксплуатационные свойства, обеспечивающие форсированное движение ПАСА,
существенно зависят от конструкции и технического состояния систем и механизмов
автомобиля. Чем совершеннее конструкция ПАСА в состоянии боеготовности, тем
выше эксплуатационные свойства автомобиля. Базовое шасси ПАСА выбирают таким образом, чтобы получить эксплуатационные свойства, требуемые для заданных
условий эксплуатации и обеспечивающие эффективное использование автомобиля в
этих условиях.
На рисунке 2 показана связь эксплуатационных свойств, обеспечивающих
движение ПАСА, с системами и механизмами автомобиля, конструкция и техническое состояние которых оказывают наибольшее влияние на эти свойства.
19
Б. Л. КУЛАКОВСКИЙ, Е. Г. КАЗУТИН, В. А. МЕНДЕЛЕВ
Рассматриваемая схема взаимосвязи эксплуатационных свойств автомобиля
охватывает только главные связи и не в полной мере отражает реальную картину зависимостей.
Тягово-скоростные свойства
Топливная экономичность
Экологичность
Трансмиссия
Проходимость
Плавность хода
Управляемость
Подвеска,
колеса
Поворачиваемость
Маневренность
Рулевое
управление
Безопасность движения
Устойчивость
Тормозные
системы
Кузов, габариты, развесовка по осям
Двигатель
Тормозные свойства
Рисунок 2 – Связь эксплуатационных свойств ПАСА с агрегатами и системами автомобиля
Согласно схеме (рисунок 2) тягово-скоростные свойства, как и топливная
экономичность, экологичность ПАСА зависят не только от типа параметров двигателя (максимальной эффективной мощности, максимальной частоты вращения коленчатого вала при максимальной мощности и др.) и трансмиссии, но и от характеристик шин, размерно-весовых параметров пожарной надстройки автомобиля,
условий эксплуатации.
Эта зависимость устанавливается исходя из анализа формулы по определению
необходимой мощности двигателя N E max , кВт, при движении ПАСА массой ma , т,
с максимальной скоростью ϑmax:
N E max =
ϑmax
K Fϑ ⎞
⎛
= ⎜ q, ma , ψ + о в max ⎟, кВт,
3,6ηтр ⎝
13000 ⎠
(1)
где ηтр – КПД трансмиссии; ψ – значение дорожного сопротивления, принимается
для ПАСА с колесной формулой: 4 × 2 − 0,15 − 0,25; 4 × 4, 6 × 6 − 0,25 − 0,05; K о –
коэффициент сопротивления воздуха (обтекаемости); Fв – площадь лобового сопротивления, м2.
В формуле (1) необходимая максимальная мощность двигателя N E max зависит
от величин максимальной скорости движения, КПД трансмиссии, полной массы
20
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АГРЕГАТОВ И СИСТЕМ БАЗОВОГО ШАССИ, РАЗМЕРНО-ВЕСОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРНОЙ
НАДСТРОЙКИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЖАРНЫХ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
ПАСА, дорожных условий, коэффициента сопротивления воздуха и площади лобового сопротивления. С увеличением всех этих параметров требуемую эффективную
максимальную мощность двигателя создаваемого ПАСА необходимо увеличивать.
В противном случае максимальная скорость движения, как один из показателей тягово-скоростных свойств ПАСА, будет снижаться, что приведет к увеличению времени его прибытия к месту ЧС. Если анализировать компоновку пожарной надстройки ПАСА, то увеличение полной массы автомобиля ma за счет огнетушащих
веществ, пожарного оборудования и конструкции кузова приведет к снижению
удельной мощности автомобиля, увеличению силы сопротивления качению, а увеличение площади лобового сопротивления и коэффициента обтекаемости приведет к
увеличению силы сопротивления воздуха.
В связи с этим увеличение массы создаваемого ПАСА, его размеров приводит
всегда к увеличению расхода топлива (рисунок 3).
Рисунок 3 – Зависимость путевого расхода топлива от массы грузового автомобиля
Как видно из рисунка 3, путевой расход топлива пропорционален их массе.
На рисунке 4 показана зависимость удельной мощности грузового автомобиля с недостаточной и повышенной проходимостью. Сравнительный анализ параметров удельной мощности при увеличении полной массы у автомобиля повышенной
проходимости показывает на больший диапазон удельной мощности, чем у автомобиля недостаточной проходимости. У автомобилей повышенной проходимости при
всех значениях полной массы величина необходимой удельной мощности должна
быть выше по сравнению с автомобилями недостаточной проходимости.
а)
б)
Рисунок 4 – Зависимость удельной мощности от полной массы ПАСА:
а – недостаточной проходимости; б – повышенной проходимости
21
Б. Л. КУЛАКОВСКИЙ, Е. Г. КАЗУТИН, В. А. МЕНДЕЛЕВ
У ПАСА с учетом форсированного движения значения удельной мощности
должны быть выше, чем у грузопассажирского транспорта. Такие ПАСА, как стартовые аэродромные, быстрого реагирования должны иметь величину удельной мощности свыше 20 кВт/т, с таким расчетом, чтобы время разгона этих автомобилей до
скорости 60 км/ч было меньше 15 с.
На рисунке 5 показана зависимость времени разгона грузовых автомобилей
до скорости 60 км/ч от удельной мощности. Очевидно, что ПАСА это время должны
иметь сравнительно меньше при больших значениях удельной мощности.
Рисунок 5 – Время разгона грузовых автомобилей до скорости 60 км/ч
в зависимости от их удельной мощности
Если рассматривать влияние двигателя на проходимость, то среди комплекса
ее показателей большое влияние оказывает опорно-сцепная проходимость, которая
зависит в свою очередь и от удельной мощности автомобиля. С увеличением удельной мощности проходимость автомобиля, соответственно, повышается.
Проходимость ПАСА находится в тесной взаимосвязи с плавностью хода и
зависит как от размерно-весовых параметров пожарной надстройки, так и подвески
автомобиля.
Установлено, что наиболее важным оценочным параметром подвески пожарных аварийно-спасательных автомобилей является коэффициент ее динамичности K д как отношение максимальной нагрузки, которая передается через подвеску Fmax к статической Fст :
Kд =
Fmax
.
Fст
(2)
Для линейных подвесок этот параметр будет равен:
Kд =
(Δ ст + Δ сж ) ,
Δ ст
(3)
где Δ ст – величина прогиба подвески при статической нагрузке; Δ сж – величина хода
сжатия как перемещение оси колеса от статического до верхнего ограничителя.
Поскольку в процессе длительной эксплуатации величина Δ ст будет неуклонно увеличиваться, то Δ сж будет уменьшаться с увеличением вероятности ударов в
ограничители хода при движении пожарных аварийно-спасательных автомобилей.
22
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АГРЕГАТОВ И СИСТЕМ БАЗОВОГО ШАССИ, РАЗМЕРНО-ВЕСОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРНОЙ
НАДСТРОЙКИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЖАРНЫХ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
При этом происходит уменьшение переднего и заднего углов свеса, что ведет к ограничению проходимости.
Если принять, что величина прогиба подвески при статической нагрузке нового ПАСА будет равна Δ ст1 , а эксплуатируемого длительные сроки Δ ст2 , то в результате остаточной деформации Δ ст1 − Δ ст2 = δ, передний α1 и задний α 2 углы свеса
будут уменьшаться на величины:
Δα1 = arctg
Δ − Δ ст 2
Δ ст1 − Δ ст 2
; Δα 2 = arctg ст1
,
l1
l2
(4)
где l1 – величина переднего свеса; l2 – величина заднего свеса.
Наибольшие углы свеса грузовые автомобили повышенной проходимости
имеют [3]: передний – 60–70° и задний – 50–60°.
В процессе проектирования ПАСА геометрические параметры проходимости
не должны быть ниже, чем для грузовых автомобилей.
Учитывая высокие тягово-скоростные свойства ПАСА, большое значение
приобретает безопасность движения. В связи с этим одной из важнейших задач становится задача повышения показателей управляемости, курсовой и траекторной устойчивости. Эти эксплуатационные свойства тесно взаимосвязаны, так как определяются одними и теми же конструктивными параметрами: размерно-весовыми
значениями пожарной надстройки, рулевого управления, подвески, характеристиками шин. И эти параметры ПАСА могут по-разному оказывать влияние на его управляемость и устойчивость. Так, увеличение габаритов автомобиля по длине приводит
к увеличению его момента инерции относительно вертикальной оси и тем самым к
повышению курсовой устойчивости. Но при тех же условиях ухудшается динамическая поворачиваемость и для изменения направления движения ПАСА необходимо
прилагать к рулевому колесу большие усилия. Поэтому, оценивая показатели устойчивости и управляемости ПАСА в зависимости от параметров пожарной надстройки,
систем, обеспечивающих безопасность движения, необходимо находить оптимальное решение.
На траекторную и курсовую устойчивость автомобиля оказывает влияние его
поворачиваемость как свойство изменять кривизну траектории при изменении скорости. Различают автомобили с нейтральной, избыточной и недостаточной поворачиваемостью (рисунок 6) [1].
Рисунок 6 – Движение ПАСА при действии боковой силы:
а – нейтральная; б – избыточная; в – недостаточная поворачиваемость
23
Б. Л. КУЛАКОВСКИЙ, Е. Г. КАЗУТИН, В. А. МЕНДЕЛЕВ
Если в процессе прямолинейного движения ПАСА с жесткими колесами на
него будет воздействовать поперечная сила Рб, то автомобиль будет двигаться без
изменения направления до тех пор, пока эта сила не вызовет скольжение колес. То
есть в этом случае будет иметь место неравенство: Рб > φma, где φ – коэффициент
сцепления колес с покрытием дороги; ma – полная масса ПАСА.
При наличии нейтральной поворачиваемости ПАСА будет двигаться под углом увода колес переднего моста δ1 и заднего моста δ2 с условием δ1 = δ2 к первоначально заданному прямолинейному движению (рисунок 6, а).
При действии боковой силы на ПАСА с излишней поворачиваемостью (рисунок 6, б), когда δ1 < δ2, т. е. увод задних колес δ2 будет больше увода передних колес δ1,
автомобиль будет поворачиваться вокруг центра О. При этом возникшая центробежная сила Ру совпадет по направлению с действующей боковой силой Рб, вызывая тем
самым увеличение увода задних колес и уменьшение радиуса поворота. В этом случае водителю необходимо постоянно корректировать направление движения с помощью рулевого колеса.
Излишняя поворачиваемость недопустима для ПАСА и возможна, когда в процессе проектирования пожарной надстройки выполняется компоновка цистерны, пенобака, отсеков так, что m2 будет значительно превышать величину m1. Тогда возможно неравенство: m1/kу1 < m2/kу2 или δ1 < δ2, где m1 и m2 – масса, приходящаяся на колеса
переднего и заднего мостов; kу1 и kу2 – коэффициенты сопротивления уводу колес мостов, величина которых зависит от конструкции подвески и характеристик шин.
При этом с увеличением скорости движения автомобиля управление его усложняется и при достижении определенной, так называемой критической скорости υкр автомобиль будет терять управляемость и в последующем устойчивость.
Эта критическая скорость ПАСА при изменении поворачиваемости определяется по формуле
⎛m
m ⎞
υкр = L ⎜⎜ 2 − 1 ⎟⎟ , км/ч,
⎝ k у 2 k у1 ⎠
(5)
где L – расстояние между осями переднего и заднего мостов (база автомобиля).
Исходя из анализа формулы (5), с увеличением L величина критической скорости, соответственно, увеличивается. Компоновка пожарной надстройки с увеличеm
нием отношения 1 приводит к снижению критической скорости.
m2
Для ПАСА с форсированным режимом движения важно сохранять недостаточную поворачиваемость при повороте (рисунок 6, в).
Недостаточная поворачиваемость при конструировании ПАСА достигается
компоновкой пожарной надстройки с таким распределением масс между передними
и задними мостами, чтобы сохранялось неравенство m1/kу1 > m2/kу2, т. е. δ1 > δ2. При
этом повышается траекторная и курсовая устойчивость ПАСА.
Безопасность движения ПАСА с форсированным режимом движения в
значительной степени определяется показателями тормозной динамики: величинами
тормозного пути, замедления, остановочного пути и др. Первые два показателя
связаны между собой следующими зависимостями:
– величина тормозного пути определяется по упрощенной формуле
Sт = Kэ
24
Va
;
24 g
(6)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АГРЕГАТОВ И СИСТЕМ БАЗОВОГО ШАССИ, РАЗМЕРНО-ВЕСОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРНОЙ
НАДСТРОЙКИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЖАРНЫХ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
– величину предельно возможного замедления можно определить по формуле
j = ϕg ,
(7)
где K э – коэффициент эффективности действия тормозов, который является по величине обратной коэффициенту использования сцепления дороги Cτ ; Va – скорость
начального торможения, м/с; ϕ – коэффициент сцепления.
Из анализа формул (6) и (7) видно, что за исключением значения K э , все переменные параметры характеризуют условия движения: скорость, покрытие дороги.
И только величина коэффициента K э зависит от размерно-весовых параметров и
1
влияет на величину тормозного пути, поскольку величина K э = , где Cτ – коэфCτ
фициент использования сцепления дороги зависит от коэффициента сцепления дороги ϕ, а также от размерно-весовых параметров ПАСА. Так как тормозные системы
автомобилей проектируются с расчетом, чтобы при торможении на сухом асфальтобетонном покрытии первыми блокировались задние колеса, то величину коэффициента Cτ можно определить по известной формуле [1]:
Cτ =
1
α + (1 + βτ )
,
=
L + ϕha (1 + βτ ) K э
(8)
где α – расстояние по горизонтали от оси переднего колеса до центра тяжести ПАСА;
βτ – коэффициент распределения тормозных сил; ha – высота центра тяжести ПАСА.
Подставив в формулу (6) значения K э формулы (8), получим:
ST′ =
V 2 [L + ϕha (1 + βτ )]
.
2α(1 + βτ )ϕg
(9)
Из формулы (9) видно, что с увеличением базы автомобиля и его высоты центра тяжести, уменьшения параметра α величина тормозного пути будет увеличиваться. Эти зависимости необходимо учитывать при выборе базового шасси и проектировании пожарной надстройки. Указанные зависимости не учитывают поведения
груза, изменения момента инерции его относительно вертикальной оси, однако в автомобильных цистернах эти особенности эксплуатации необходимо учитывать в
процессе их проектирования. Экспериментальные и теоретические исследования по
определению тормозного пути и параметров поперечной устойчивости при торможении реальных пожарных автоцистерн показали [2], [4]:
1. Процесс торможения АЦ с жидким грузом и автомобиля с «фиксированным» грузом отличается тем, что удар жидкости в стенку увеличивает перераспределение нормальных реакций. Это приводит к ухудшению устойчивости АЦ против
заноса при торможении и увеличении тормозного пути.
2. Величина перераспределения нормальных реакций при торможении АЦ зависит от вязкости жидкого груза. С увеличением вязкости жидкости перераспределение нормальных реакций снижается. При увеличении емкости, длины цистерны, а
также ее монтажной высоты крепления перераспределение нормальных реакций
увеличивается.
3. Тормозной путь автоцистерны с частичным заполнением емкости жидким
грузом значительно больше тормозного пути грузового автомобиля при равных размерно-весовых параметрах.
25
Б. Л. КУЛАКОВСКИЙ, Е. Г. КАЗУТИН, В. А. МЕНДЕЛЕВ
4. При проектировании автоцистерны и подборе базового шасси автомобиля
необходимо учитывать коэффициент распределения тормозных сил.
Устойчивость ПАСА против заноса и опрокидывания при движении по кругу,
траектории «переставка», на косогоре является одной из важнейших эксплуатационных свойств автомобиля, влияющих на безопасность движения.
Занос или опрокидывание ПАСА относительно колес одной стороны может
произойти: из-за поперечной составляющей силы веса при движении по косогору;
силы инерции при движении на повороте; суммы или разности этих сил при движении по косогору на повороте.
Процесс опрокидывания происходит при полной нагрузке колес одной стороны ПАСА, т. е. когда сумма реакций колес одного борта R1,3 = 0 или R2,4 = 0.
Устойчивость ПАСА характеризуется коэффициентом поперечной устойчивости
против опрокидывания η, который без учета крена кузова определяется по формуле
h = B / 2ha ,
(10)
где B – колея автомобиля, м; ha – высота центра тяжести, м.
Из формулы (10) видно, что что с увеличением колеи В и понижением центра
тяжести ПАСА ha ее поперечная устойчивость против опрокидывания будет повышаться.
В связи с этим для уменьшения вероятности опрокидывания необходимо в
процессе проектирования пожарной автоцистерны выполнять компоновку емкости,
основных элементов кузова с расчетом снижения центра тяжести автомобиля при
максимальном использовании имеющейся колеи.
Величина коэффициента поперечной устойчивости против опрокидывания
η – это есть также отношение предельно допустимого бокового ускорения jц к ускорению свободного падения g. Опрокидывание при движении на повороте произойдет
в том случае, если боковое ускорение jц, выраженное в долях g, станет равным или
большим коэффициента поперечной устойчивости η.
Однако автомобиль представляет собой сложную систему масс, соединенных
между собой шарнирно или с помощью упругих элементов, которую можно делить
на две составные части: подрессорные массы (кузов) и неподрессорные (колеса, мосты). При движении ПАСА на повороте на нее действует поперечная сила и при этом
происходит поворот подрессорной массы относительно неподрессорной в сторону
действия силы.
С учетом угла крена кузова ψ, характеристик подвески автомобиля, величина
коэффициента поперечной устойчивости ПАСА против опрокидывания ηψ определяется по формуле [4]:
B
Ga (Cψ − Gk hψ )
B
2
,
ηψ =
=
2
2 2
h
G
h
(
C
Gk
a a
ψ
ψ − Gk hψ ) + Gk hψ
2ha + 2
Ga Gψ / Gk
(11)
где Gk – полный вес кузова, Н; Ga – полный вес автомобиля, Н; hψ – плечо крена
кузова, м; Cψ – угловая жесткость подвески, Нм.
Сравнивая величины η (10) и ηψ (11), можно сделать вывод, что η ≥ ηψ .
Следовательно, крен кузова снижает поперечную устойчивость автомобиля.
26
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АГРЕГАТОВ И СИСТЕМ БАЗОВОГО ШАССИ, РАЗМЕРНО-ВЕСОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРНОЙ
НАДСТРОЙКИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЖАРНЫХ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
Поскольку крен кузова зависит от угловой жесткости подвески, то для повышения устойчивости ПАСА дополнительно устанавливают стабилизаторы с торсионными валами, которые работают на скручивание при крене кузова, тем самым
снижая крен кузова на 20–40 %.
Рассматривая устойчивость ПАСА с жидким грузом, необходимо учитывать
перемещение жидкости, смещение ее центра тяжести в зависимости от формы емкости и степени ее заполнения [4]. Смещение центра тяжести жидкого груза, колебательные процессы, происходящие в емкости АЦ, существенно снижают устойчивость автомобиля против опрокидывания.
С учетом крена кузова Ψ и перемещений жидкого груза в емкости величина
коэффициента поперечной устойчивости АЦ против опрокидывания ηцψ определяется по формуле [4]:
B
(C − Gk hψ ) − GгYCψ
2 ψ
,
ηцψ =
Ga ha (Cψ − Gk hψ ) + Gk2 hψ2 + Gг ZCψ
Ga
(12)
где Gг – вес жидкого груза, Н; Y – величина горизонтального смещения центра тяжести жидкого груза, м; Z – величина вертикального смещения центра тяжести жидкого груза, м.
Сравнивая величины ηψ (11) и ηцψ (12), можно сделать вывод, что ηψ ≥ ηцψ .
То есть величина коэффициента поперечной устойчивости АЦ против опрокидывания с учетом перемещений жидкости снижается по сравнению с грузовым автомобилем, имеющим равные весовые и размерные параметры, и зависит от массы перевозимого
жидкого груза Gг и смещенный в горизонтальной Y и вертикальной плоскостях Z.
Для анализа влияния формы цистерны на устойчивость автомобиля проведен
расчет коэффициентов поперечной устойчивости параллелепипедной, цилиндрической
и эллиптической цистерн равного поперечного сечения и вместимости. Исходные данные для расчета взяты из технических характеристик автоцистерны АЦ-5-50/4(533792).
Высота параллелепипедной цистерны принята равной высоте эллиптической.
Считается, что все три цистерны имеют равный вес и установлены на равной монтажной высоте (расстояние от днища цистерны до верхней части рамы автомобиля).
Результаты расчета показаны на рисунке 7.
Рисунок 7 – Сравнительная оценка статистической устойчивости автоцистерн
в зависимости от формы и степени заполнения:
1 – параллелепипедная; 2 – цилиндрическая; 3 – эллиптическая
27
Б. Л. КУЛАКОВСКИЙ, Е. Г. КАЗУТИН, В. А. МЕНДЕЛЕВ
Исследования по оценке параметров устойчивости пожарных автоцистерн
показали на значительные отличия от грузовых автомобилей.
И только при заполнении цистерны жидким грузом более 65 % наихудшую
поперечную устойчивость против опрокидывания будет иметь автоцистерна с емкостью цилиндрической формы из-за ее высокого центра тяжести.
Анализ полученных расчетных данных (рисунок 7) показал, что при заполнении цистерны жидкостью от нуля до 40 % хорошую устойчивость имеет цилиндрическая цистерна. Эллиптическая цистерна имеет незначительное уменьшение коэффициента устойчивости. Такое соотношение расчетных величин объясняется тем,
что при малом заполнении эллиптической цистерны в ней происходит смещение
центра тяжести жидкости по сравнению с цилиндрической на большую величину,
что вызывает увеличение опрокидывающего момента и уменьшение коэффициента
статической устойчивости. При заполнении емкости параллелепипедной формы до
65 % автоцистерна имеет наихудшую устойчивость из-за больших смещений центра
тяжести жидкости.
Предельно допустимая скорость движения АЦ Vпр0 по опрокидыванию при заданном радиусе поворота R будет равна:
Vпр0 = ηцψ Rg , км/ч.
(13)
Анализируя эту формулу, можно сделать вывод, что с увеличением коэффициента поперечной устойчивости против опрокидывания и радиуса поворота, величина безопасной скорости АЦ на повороте будет, соответственно, увеличиваться.
Условием бокового скольжения автомобиля при движении на повороте является
Py ≥ ϕGa .
(14)
С малыми значениями коэффициента сцепления (гололед) вероятность заноса
увеличивается.
Если поставить в формулу (14) значение бокового ускорения при повороте
2
V
j = a и выполнить преобразования, то получим предельно допустимую скорость
R
движения автомобиля по заносу при данном радиусе поворота:
Va = ϕRg , км/ч.
(15)
При движении по косогору с углом β условием устойчивого движения АЦ без
опрокидывания будет
tgβ ≤ ηцψ .
(16)
Условием устойчивого движения АЦ без заноса будет
tgβ ≤ ϕ.
(17)
Заключение
1 Основным эксплуатационным свойством ПАСА является среднее время
прибытия его к месту чрезвычайной ситуации (ЧС). Этот параметр характеризует
способность автомобиля доставить к месту ЧС специальное оборудование, огнетушащие вещества и боевой расчет в кратчайшее время. Время прибытия на ЧС зави-
28
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АГРЕГАТОВ И СИСТЕМ БАЗОВОГО ШАССИ, РАЗМЕРНО-ВЕСОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРНОЙ
НАДСТРОЙКИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЖАРНЫХ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
сит от тягово-скоростных свойств, тормозных свойств, управляемости, устойчивости, проходимости, маневренности и плавности хода ПАСА.
2 Приведенный сравнительный анализ эксплуатационных свойств ПАСА показал, что они находятся в тесной взаимосвязи и поэтому выбор базового шасси для
создания ПАСА, проектирование пожарной надстройки требуют от специалистов
МЧС и конструкторов высокой квалификации. При выборе базового шасси необходимо выполнять оценку, расчет основных параметров эксплуатационных свойств
будущего ПАСА. Затем с учетом вывозимых огнетушащих веществ, специального
оборудования необходимо выполнять расчет размерно-весовых параметров пожарной надстройки и в связи с этим определять эксплуатационные свойства создаваемого автомобиля. При этом, учитывая взаимосвязь основных эксплуатационных
свойств, необходимо уметь принимать компромиссные решения.
3 В процессе подготовки технического задания на разработку и изготовление
нового ПАСА, в процессе его проектирования и изготовления специалисты МЧС
должны принимать непосредственное участие, добиваясь выпуска техники высокого
качества.
Литература
1 Гришкевич, А. И. Автомобили. Теория / А. И. Гришкевич. – Минск : Выш. шк.,
1986. – 207 с.
2 Кулаковский, Б. Л. Обеспечение безопасности и безотказности пожарных автоцистерн / Б. Л. Кулаковский. – Минск : Технопринт, 2002. – 223 с.
3 Кулаковский, Б. Л. Пожарные аварийно-спасательные и специальные машины
/ Б. Л. Кулаковский, В. И. Маханько, А. В. Кузнецов. – Минск : Технопринт,
2004. – 453 с.
4 Кулаковский, Б. Л. Эксплуатационные свойства пожарных автоцистерн / Б. Л. Кулаковский. – Минск : Минсктиппроект, 2006. – 210 с.
Поступила в редакцию 03.04.2013
B. L. Kulakovski, E. G. Kazutin, V. A. Mendelev
INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF AGGREGATES AND SYSTEMS OF BASE CHASSIS, SIZE AND WEIGHT PARAMETERS OF FIRE SUPERSTRUCTURE ON OPERATIONAL PROPERTIES OF FIRE RESCUE CARS
The research of interaction of operational properties of fire and rescue vehicles has
been carried out. The influence of aggregates and systems of base chassis, size and weight
parameters of the superstructure on performance characteristics of fire cars. The analytical
dependences of the determination of performance properties when changing size and
weight values of fire and rescue techniques are presented.
29
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 624.012
ИССЛЕДОВАНИЕ АДЕКВАТНОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА ТЕПЛОМАСООБМЕНА РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ
НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
А. М. НУЯНЗИН, адъюнкт
С. В. ПОЗДЕЕВ, доктор технических наук, доцент, начальник кафедры
О. В. НЕКОРА, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ведущий
научный сотрудник
Академия пожарной безопасности имени Героев Чернобыля ГСЧС Украины,
г. Черкассы
Проведено сравнение результатов, полученных путем компьютерного моделирования испытаний на огнестойкость в огневых печах с экспериментальными данными. На основании полученных величин критериев адекватности (t-критерий Стьюдента, Q-критерий
Кохрена, F-критерий Фишера) показано соответствие результатов моделирования в среде
CFD программы данным реальных испытаний.
Ключевые слова: моделирование, огнестойкость, вычислительная газогидродинамика
(CFD), FlowVision 2.5, критерии адекватности.
Введение
Усовершенствование установок для испытаний на огнестойкость строительных конструкций является актуальным вопросом, так как в существующих лабораториях огневые печи данных установок существенно отличаются геометрической
конфигурацией, видом топливно-форсуночной системы, схемами расположения и
конструкцией измерительной арматуры. Это может привести к тому, что разные испытательные установки могут давать результаты, которые отличаются на 30 % и более. В таком случае нельзя гарантировать соответствие пределов огнестойкости испытуемых конструкций действующим нормативам. В этом случае может
существенно снизится безопасность людей и материальных ценностей в зданиях и
сооружениях.
Для того чтобы не проводить дорогостоящие испытания по изучению данного
вопроса, существует возможность осуществить такие исследования на основе результатов вычислительных экспериментов. Современное программное обеспечение
по моделированию тепловых процессов средствами компьютерной газодинамики
(CFD) позволяет учесть все необходимые параметры исследуемых процессов и изучить влияние геометрических и конструктивных характеристик печи для испытаний
железобетонных конструкций на качество получаемых данных.
Целью проведения исследований данной работы является изучение адекватности математических моделей огневых печей для дальнейшего их использования при
изучении влияния конструктивных характеристик огневых печей на их метрологические показатели. Для достижения поставленной цели в испытательном центре были
30
ИССЛЕДОВАНИЕ АДЕКВАТНОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ТЕПЛОМАССООБМЕНА
РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
проведены испытания на огнестойкость фрагмента перекрытия в соответствии с [1] и
получены данные о прогреве камеры печи и испытуемого фрагмента. Была создана
математическая модель огневой печи, на которой производились испытания в программной среде вычислительного комплекса CFD FlowVision 2.5, с помощью которой
мы провели вычислительный эксперимент. Опираясь на результаты вычислительного
эксперимента и огневых испытаний, были рассчитаны критерии адекватности
(t-критерий Стьюдента, Q-критерий Кохрена, F-критерий Фишера). На основе проведенного анализа исследована адекватность используемых математических моделей.
Основная часть
В работах [2], [3] были показаны преимущества использования методов вычислительной газогидродинамики (CFD) для научных исследований в сфере моделирования испытаний на огнестойкость строительных конструкций. Также в этих работах были описаны возможности применения одного из программных комплексов
CFD FlowVision 2.5 компании «ТЕСИС». Используя описанный в указанных статьях
алгоритм, была создана геометрическая и математическая модели горизонтальной
огневой печи, на которой проводились испытания.
На рисунке 1 показанная геометрическая конфигурация огневой печи для проведения испытаний на огнестойкость горизонтальных строительных конструкций.
11
55
2
33
44
66
Рисунок 1 – Геометрическая конфигурация печи установки для испытаний
на огнестойкость строительных конструкций (показана только симметричная половина,
размеры указаны в миллиметрах):
1 – железобетонная плита; 2 – ограждение печи; 3 – регион вдува; 4 – регион форсунки;
5 – поверхности, которые сопрягаются; 6 – регион выхода продуктов горения
При моделировании испытаний использовалась симметричная половина печи
(рисунок 1). Температура контролировалась в четырех точках камеры печи, на расстоянии 100 мм от исследованного образца. Координаты мест контроля температуры совпадают с координатами размещения термопар 1–4 (рисунок 2) в камере реальной установки. Контроль температуры происходил так, чтобы средняя температура в камере печи,
по возможности, точно совпадала с температурной стандартной кривой пожара и не выходила за допустимые пределы испытания [1]. Дополнительно в камере смоделированной установки предусматривается модель термопары в виде стержня диаметром 6 мм и
длиной 100 мм для исследования инертности работы термопар печи.
31
А. М. НУЯНЗИН, С. В. ПОЗДЕЕВ, О. В. НЕКОРА
1
3
2
T
T
T
T
T
T
T
T
Рисунок 2 – Схема размещения термопар
для контроля температурного режима в камере печи:
Т1–8 – термопары; 1 – расположение отверстия для отвода продуктов горения;
2 – горелка; 3 – ось симметрии
Тепловой процесс представляет собой сгорание распыленных форсункой частиц керосина в нагревательных каналах (рисунок 1) и частично в камере печи. Расположение каналов обуславливает циркуляцию горячего воздуха с продуктами сгорания в камере печи и удаление последних через дымовой люк.
Показатели температуры фиксировались каждую секунду для достижения необходимой точности при построении графиков.
Проверка адекватности проводится на основании экспериментальной информации, полученной в результате огневых испытаний фрагмента строительной конструкции, в ходе которых наблюдаются интересующие процессы [4].
Для проверки адекватности результатов моделирования были использованы
такие критерии адекватности:
• F-критерий Фишера. При помощи критерия Фишера возможно проверить
гипотезу о равности генеральных дисперсий, разброса температур на каждой минуте
испытаний:
F=
S xy2
S y2
,
(1)
где S xy2 – дисперсия адекватности; S y2 – дисперсия воспроизводимости.
Дисперсия адекватности рассчитывалась как отклонение между расчетными и
экспериментальными данными по каждой из термопар экспериментальной установки и соответствующего ей места замера температуры в модели.
В созданной нами модели 4 места замера температуры, при эксперименте
термопар 8. Но термопары в экспериментальной установке попарно симметричны
относительно продольной оси (рисунок 2). Данные каждой из термопар расчета
сравнивались по очереди с двумя соответствующими им термопарами эксперимента.
Так было получено 8 значений дисперсии адекватности:
n
S xy2 =
∑ (x
i =1
i
− yi ) 2
n
,
(2)
где n – количество замеров температуры; yi – значение критерия при моделировании; xi – значение критерия при испытании.
32
ИССЛЕДОВАНИЕ АДЕКВАТНОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ТЕПЛОМАССООБМЕНА
РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Дисперсия воспроизводимости рассчитывалась как отклонение расчетной температуры пространства непосредственно возле смоделированной термопары и показаний смоделированной термопары с учетом экспериментальной погрешности [1]:
S y2 =
1 n
( yi − y + 15) 2 ,
n∑
i =1
(3)
где n – количество замеров температуры; y + 15 – показания смоделированной термопары с учетом экспериментальной погрешности [1]; yi – показания термопары
непосредственно возле смоделированной термопары.
Таким образом, мы поочередно 8 значений дисперсии адекватности сравниваем с дисперсией воспроизводимости и рассчитываем критерий Фишера.
Еще 8 значений критерия были получены при расчете дисперсии воспроизводимости как среднего значения дисперсии между симметричными, относительно
продольной оси, термопарами (рисунок 2) при эксперименте, дисперсии адекватности использовались аналогично первому случаю.
Все результаты сведены в таблицу 1.
• t-критерий Стьюдента применяется для сравнения результатов реального и
вычислительного экспериментов:
t=
y1 − y 2
(n1 − 1) S + (n2 − 1) S
2
1
y 1, 2 =
n1n2 (n1 + n2 − 2)
;
n1 + n2
2
2
1 n
yi ,
n∑
i =1
(4)
(5)
где S12 , S 22 – оценки дисперсий испытания в лаборатории и вычислительного эксперимента рассчитывались аналогично расчету критерия Фишера.
Таким образом, было получено 8 значений критерия, при расчете дисперсии
воспроизводимости, как отклонение расчетной температуры пространства непосредственно возле смоделированной термопары и показаний смоделированной термопары с учетом экспериментальной погрешности [1]. Еще 8 значений критерия были
получены при расчете дисперсии воспроизводимости как среднего значения дисперсии между симметричными, относительно продольной оси, термопарами (рисунок 2)
при эксперименте.
Результаты сведены в таблицу 1.
• Q-критерий Кохрена (определение выбросов и квазивыбросов):
Q=
2
Smax
p
∑S
i =1
,
(6)
2
i
где Smax – наибольшее среднеквадратическое отклонение результатов испытаний.
Q-критерий используют при сравнении трех и более выборок одинакового
объема. Мы поочередно сравнивали дисперсии между экспериментальными данными и расчетными в месте размещения каждой термопары с четырьмя дисперсиями
между симметричными точками при эксперименте (4 пары термопар, относительно
продольной оси симметрии). Было получено 8 значений критерия. Результаты сведены в таблицу 1.
33
А. М. НУЯНЗИН, С. В. ПОЗДЕЕВ, О. В. НЕКОРА
°С
1.2 Т,
× 10
3
3
1 × 10
800
600
400
5
6
1
2
3
4
200
0
0
20
40
60
τ, мин
Рисунок 3 – Температурные кривые нагрева пространства камеры смоделированной печи:
1–4 – температуры в местах размещения термопар с соответствующим номером;
5 – предельные кривые отклонений показателей термопар от стандартной температурной
кривой пожара [1]; 10 – стандартная температурная кривая пожара [1]
Т,
Т, °С
°С3
2 × 10
3
1 × 10
800
600
11
400
9 9 1010 8 2
200
0
0
23
35
74
20
4 7
66
40
58
60
τ, мин
Рисунок 4 – Температурные кривые нагрева пространства камеры печи
согласно протоколу испытаний:
1–8 – температуры термопар с соответствующим номером; 9 – предельные кривые
отклонений показателей термопар от стандартной температурной кривой пожара [1];
10 – стандартная температурная кривая пожара [1]
34
ИССЛЕДОВАНИЕ АДЕКВАТНОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ТЕПЛОМАССООБМЕНА
РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Зона термопары 2
62,6
20,3 3,04 4,6 1,27 1,89
1,17 1,16
0,32
Зона термопары 3
73,71 17,81 2,51 3,9 1,08 1,99
1,01 1,41
0,33
Зона термопары 4
89,98 17,98 2,48 3,9 1,03 1,71
Зона термопары 5
44,65 16,14 3,28 3,8 1,13 1,03
Зона термопары 6
37,12 13,02 2,28 3,6 2,23 1,24
1,21 1,93
0,33
Зона термопары 7
78,15 19,23 4,63 4,1 1,77 3,20
1,81 1,53
0,44
Зона термопары 8
118,21 28,9 6,41 5,7 1,17 1,49
2,50 1,92
0,37
4,49
1,43 1,21
2,14 1,48
2,92
0,30
0,34
Критическое значение Q-критерия
0,32
Q-критерий
Кохрена
1,50 1,10
Критическое
значение t-критерия
Критическое
значение F-критерия
t-критерий
Стьюдента (1)
t-критерий
Стьюдента (2)
114,2 19,16 4,59 4,1 1,41 1,85
Среднее
отклонение, °С
Зона термопары 1
Параметр
Максимальное
отклонение, °С
F-критерий Фишера
(2)
Середнеквадратичное
отклонение, °С
Относительное
отклонение, %
F-критерий
Фишера (1)
Таблица 1 – Параметры дисперсии результатов математического моделирования
огневых испытаний железобетонной плиты от экспериментальных данных
0,45
Заключение
Опираясь на результаты вычислительного эксперимента в программной среде
вычислительного комплекса CFD FlowVision 2.5 и огневых испытаний, были рассчитаны критерии адекватности (t-критерий Стьюдента, Q-критерий Кохрена,
F-критерий Фишера). Ни одно из значений критериев не превышает допустимых
значений, что показывает эффективность моделирования тепловых процессов для
дальнейшего ее использования при изучении влияния конструктивных характеристик огневых печей на их метрологические показатели.
Литература
1 Защита от пожара. Строительные конструкции. Методы испытания на огнестойкость. Общие требования (ISO 834:1975): ДСТУ Б В.1.1-4–98. – 1998-10-28 – К. :
Укрархстройинформ, 1999. – 21с. (Гос. стандарт Украины).
2 Нуянзин, А. М. Исследование влияния конструкции измерительной арматуры огневых печей на адекватность результатов испытаний на огнестойкость / А. М. Нуянзин, С. В. Поздеев // Сб. науч. тр. АПБ. – 2011. – № 9. – С. 99–105.
3 Метрологические особенности огневых испытаний железобетонных строительных
конструкций на огнестойкость / С. В. Поздеев // Сб. науч. тр. АПБ. – 2011. – № 8. –
С. 73–79.
4 Капцов, И. И. Методические указания к научно-исследовательской практике. Статистические методы. Анализ и оформление научных исследований / И. И. Капцов. – Х. : ХНАМГ, 2009. – 59 с.
Поступила в редакцию 01.08.2013
35
А. М. НУЯНЗИН, С. В. ПОЗДЕЕВ, О. В. НЕКОРА
A. M. Nuianzin, S. V. Pozdeyev, O. V. Nekora
CALCULABLE EXPERIMENT OF HEAT AND MASS EXCHANGE FOR
RESULTS BUILDING CONSTRUCTIONS FIRE-RESISTANCE CHECKING
Comparison of the results got by the computer design of tests on a fire-resistance in
fire stoves with experimental data is conducted. On the basis of the got sizes of criteria of
adequacy (Student’s t-test, Cochran's Q-test, Fisher’s F-tests), accordance of design results
is shown in the environment of program CFD to data of the real tests.
36
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.841:536.46
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАГРЕВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
ОБОЛОЧЕК ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ В УСЛОВИЯХ ВНЕШНИХ
ТЕРМОВОЗДЕЙСТВИЙ
О. В. КИРИЧЕНКО, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры
Учреждение образования «Академия пожарной безопасности
имени Героев Чернобыля МЧС Украины», г. Черкассы
Разработана математическая модель нагрева пиротехнических изделий в условиях
пожара, а также методы расчета допустимых диапазонов изменения параметров внешних
термовоздействий, не приводящих к их пожаровзрывоопасным разрушениям.
Ключевые слова: пиротехнические изделия, параметры термовоздействий, процессы
горения смесей.
Введение
В настоящее время пиротехнические изделия на основе уплотненных смесей из
горючих металлических порошков (магния, алюминия, циркония и др.), нитратосодержащих окислителей (нитратов щелочных, щелочно-земельных металлов и др.) и
добавок органических веществ (парафина, стеарина, нафталина, антрацена и др.) широко применяются в различных областях народного хозяйства и военной техники
(фейерверочные составы, осветительные и трассирующие средства, пиротехнические
ИК-излучатели, элементы ракетно-космической техники и др.) [1]–[4].
Пиротехнические изделия при их хранении и транспортировке [5], [6] могут
подвергаться внешним термовоздействиям в условиях возгорания окружающих горючих материалов с высокими температурами пламен (таблица 1). Это может произойти при пожаре в складских помещениях, где хранятся изделия, или при их
транспортировке. В результате происходит существенный нагрев зарядов смесей,
реакционноспособных при повышенных температурах (рисунок 1), что приводит к
их преждевременным локальным воспламенениям под герметичными корпусами и
дальнейшему развитию процесса горения смесей в условиях повышенных температур, нагрева и внешних давлений.
Таблица 1 – Значения температур пламени и степеней их черноты основных горючих
материалов [7]
Горючий материал
Температура пламени, К
Степень черноты
1273
0,88
Древесина, бурый уголь, сырая нефть,
дизельное топливо
1373–1423
0,6
Каменный уголь, каучук и изделия из него,
бензин
1473–1523
0,9
Торф, мазут
37
О. В. КИРИЧЕНКО
Окончание таблицы 1
Горючий материал
Температура пламени, К
Степень черноты
Антрацит, сера
1573
0,6
Горючие газы
1773–1973
0,7
> 2373–2623
0,66
Металлы
1
2
Рисунок 1 – Схематическое изображение внешнего нагрева металлических
корпусов пиротехнических изделий, под которыми расположены заряды смесей:
qw – тепловой поток, поступающий на поверхность оболочки изделия от внешних
источников тепла (зоны пожара, очагов возгорания различных горючих веществ
(см. таблицу 1) и др.); 1 – металлическая оболочка; 2 – заряд пиротехнической смеси
При этом в одних случаях изделия нагреваются без видимых разрушений, а в
других – происходят их взрывоопасные разрушения с образованием различных факторов пожара (пламя или высокотемпературный поток продуктов сгорания, диспергированные продукты (осколки металлических корпусов, разогретые части зарядов
смесей, искры и т. д.) (рисунок 2).
а)
б)
в)
Рисунок 2 – Кинокадры съемки общей картины вынужденных
пожаровзрывоопасных разрушений пиротехнических изделий
в условиях внешних термовоздействий на их поверхность
(съемка осуществлялась кинокамерой «Конвас-автомат» со скоростью 30 кадр/с,
а нагрев изделий – кварцевыми лампами типа КГМ-220-1000-1 с применением
управляемых термодатчиков РИФ-101 для контроля температуры поверхности изделий
в диапазоне 300–1900 К [3, 4]): а – смеси с избытком металлического горючего;
б – стехиометрические смеси; в – смеси с избытком окислителя
Поэтому на стадии проектирования и разработки пиротехнических изделий
необходимо уметь прогнозировать допустимые режимы их нагрева, превышение которых ведет к воспламенению зарядов смесей под металлическими оболочками изделий, ускорению процесса их горения при нарастающих температурах нагрева и
внешних давлениях. В итоге это приводит к пожаро- и взрывоопасным для окру38
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАГРЕВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ
ИЗДЕЛИЙ В УСЛОВИЯХ ВНЕШНИХ ТЕРМОВОЗДЕЙСТВИЙ
жающих объектов разрушениям изделий. К настоящему времени указанная задача не
решена, так как отсутствуют результаты исследований по моделированию и расчету
температурных полей в металлических оболочках изделий и контактирующих с ними зарядах смесей в условиях внешних термовоздействий. Отсутствуют данные о
температурах на нижних сторонах оболочек и сопоставление их с температурами
воспламенения частиц металлических горючих в активных газообразных продуктах
термического разложения окислителей и добавок органических веществ.
Целью данной работы является построение математических моделей нагрева
изделий внешними источниками тепла и разработка методов прогнозирования допустимых диапазонов изменения их параметров, не приводящих к пожаро- и взрывоопасным разрушениям изделий.
Основная часть
Математическая модель процесса нагрева пиротехнических изделий
внешним тепловым потоком qw. Рассматривается металлическая оболочка в виде
плоского слоя толщиной Н 1 из стали 12Х18Н10Т [4], который контактирует с плоским слоем заряда смеси толщиной Н 2 (рисунок 3). При этом на основании существующих экспериментальных данных [3], [4] учитываются температурные зависимости теплофизических свойств материала оболочки и смеси (относительная
погрешность 5–8 %):
СVi (T ) = CVi 0 Ti ν , λ i (T ) = λ i 0Ti ν ( i = 1, 2),
(1)
где индексы «1» и «2» соответствуют материалу оболочки и смеси.
О
1
2
Рисунок 3 – Схема нагрева двухслойной системы, состоящей из контактирующих слоев
металлической оболочки и заряда пиротехнической смеси:
1 – металлическая оболочка; 2 – заряд пиротехнической смеси;
Н1, Н2 – толщины оболочки и заряда смеси соответственно, м
Для используемых на практике значений Н 1 и Н 2 ( Н 1 = 8 · 10–4–3 · 10–3 м,
Н 2 = (2–4)10–2 м [4], [5], выполняются следующие условия [8]:
( )
δ1 = 2 a12 τ
12
( )
≈ H 1 , δ 2 = 2 a22 τ
12
<< H 2 ,
(2)
где δ i (i = 1, 2) – глубина проникновения тепловой волны в материал оболочки и заряд смеси, м; ai2 =
λ i (T )
– температуропроводность материала оболочки и смеси соCVi (T )
ответственно, м2/с.
Таким образом, глубина проникновения тепловой волны соизмерима с толщиной первого слоя и намного меньше толщины второго слоя. Поэтому необходимо учитывать теплообмен на границе раздела слоев и можно пренебречь теплообменом на
39
О. В. КИРИЧЕНКО
нижней стороне второго слоя. В предположении равномерности внешних термовоздействий вдоль поверхности металлической оболочки ( qw = qw0 = const), уравнения математической модели нагрева рассматриваемой двухслойной системы имеют вид [9]:
∂T ⎤
∂T1 ∂ ⎡
= ⎢λ1 (T1 ) 1 ⎥, t > 0, 0 < z < H1 ;
∂z ⎦
∂t ∂z ⎣
(3)
∂T ⎤
∂ ⎡
∂T2
= ⎢λ 2 (T2 ) 2 ⎥, t > 0, H1 < z < +∞;
∂z ⎦
∂z ⎣
∂t
(4)
CV 1 (T1 )
CV 2 (T2 )
T1 t =0 = T2 t =0 = T0 ;
− λ1 (T1 )
∂T1
∂z
1
∂T1
∂z
= qw0 ;
(6)
;
(7)
z =0
T1 z = H = T2
λ1 (T1 )
(5)
z = H1
= λ 2 (T2 )
z = H1
∂T2
∂z
;
(8)
z = H1
⎛ ∂T ⎞
T2 → T0 , ⎜ 2 ⎟ → 0 при z → +∞.
⎝ ∂z ⎠
(9)
С учетом зависимостей (1) и замены переменных
θi ( z , t ) = Ti ν +1 − T0ν +1 ( i = 1, 2),
(10)
получаем систему уравнений:
2
∂θ1
2 ∂ θ1
;
= a01
∂t
∂z 2
(11)
2
∂θ 2
2 ∂ θ2
;
= a02
∂t
∂z 2
(12)
θ1 t =0 = θ 2 t =0 ;
(13)
−
∂θ1
∂z
= q w0 ;
θ1 z = H = θ 2
1
λ 01
∂θ1
∂z
θ2 → 0,
(14)
z =0
z = H1
= λ 02
z = H1
;
∂θ 2
∂z
(15)
;
(16)
z = H1
∂θ 2
→ 0 при z → +∞,
∂z
(17)
где
a02i =
λ 0i
ν +1
, q w0 =
q .
CV 0i
λ 01 w0
40
(18)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАГРЕВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ
ИЗДЕЛИЙ В УСЛОВИЯХ ВНЕШНИХ ТЕРМОВОЗДЕЙСТВИЙ
Используя прямое и обратное преобразование Лапласа по переменной t [9]
для нахождения функций θ1 ( z , t ) и θ2 (z, t ), а также учитывая (11), получаем решение
исходной задачи:
⎧
4(ν + 1)qw0 a10 t
×
T1 ( z , t ) = ⎨T0ν +1 +
λ
10
⎩
1
ν +1
⎡∞ n
⎛ 2 H 1n + z ⎞ ∞ n
⎛ 2 H 1n − z ⎞⎤ ⎫⎪
⎜
⎟
⎜
⎟
× ⎢∑ b ierfc⎜
⎟ − ∑ b ierfc⎜ 2a t ⎟⎥ ⎬ ;
⎢⎣ n=0
10
⎝ 2a10 t ⎠ n=0
⎝
⎠⎦⎥ ⎪⎭
⎧
4(ν + 1)q w0 a10
T2 (z , t ) = ⎨T0ν +1 +
λ10 (1 + d 0 )
⎩
(19)
1
ν +1
⎛ H 1n
t
z ⎞⎟⎫⎪
n
⎜
b
ierfc
+
∑
⎜ a t 2a t ⎟⎬⎪ .
n =0
20
⎝ 10
⎠⎭
∞
(20)
Результаты расчетов распределений температур по толщине металлической оболочки. Под пожароопасными термовоздействиями на поверхность пиротехнических изделий, снаряженных зарядами смесей, в условиях их хранения или
транспортировки принимают [5], [6] те предельные значения параметров этих воздействий (например, значения внешних тепловых потоков ( qw* 0 j , j = 1, 2, …) и вре-
мен теплового воздействия ( t *j , j = 1, 2, …)), при которых температура нижней стороны оболочки, контактирующей с пиротехнической смесью, удовлетворяет
следующим условиям:
Tн ≥ Т в ,
(21)
где Tн – температура нижней стороны оболочки, К; Т в – температура, при которой
начинается саморазогрев заряда смеси в результате процесса экзотермического
окисления металлического горючего в газообразных продуктах термического разложения окислителя, так называемая температура воспламенения частиц металла в
указанных средах, К [4], [10]. Выполнение условия (21) приводит к быстрому очаговому воспламенению заряда смеси (в пределах 10–3–10–2 с [10]) с последующим ускорением процесса горения смеси в замкнутом объеме, в котором происходит резкое
увеличение температуры нагрева и давления окружающей среды, что в итоге приводит к разрушению отдельных частей металлической оболочки и выбросу в окружающую среду высокотемпературных (до 3000–4000 К [4]) продуктов сгорания смеси, а также нагретых остатков оболочки и несгоревших остатков смеси, способных
воспламенять и разрушать окружающие объекты.
Для проведения расчетов по формулам (19) и (20) были использованы все необходимые физико-химические данные [4], [10], а также специализированное программное обеспечение MathCAD v.15 [11]. При этом с учетом значений температур
пламени наиболее используемых горючих материалов и степени их черноты (таблица 1) для внешнего теплового потока, нагревающего поверхность металлических
оболочек изделий в результате возможного возгорания указанных материалов, используется следующий диапазон его изменения qw0 = 1,5 · 105–2,3 · 106 Вт/м2, а также металлическая оболочка толщиной Н 1 = 2,5 · 10–3м.
Результаты расчетов (рисунки 4 и 5) показывают, что температура нижней стороны оболочки сильно зависит от величины внешнего теплового потока и времени его
воздействия на поверхность металлической оболочки. При этом возрастание величины
41
О. В. КИРИЧЕНКО
q w0 в диапазоне 1,5 · 105–2,3 · 106 Вт/м2 приводит к увеличению значений Tн в 5–6 раз
для t = 5–10 с, а увеличение t до 102 с и более ведет к возрастанию Tн более чем
в 15–20 раз. Сопоставление результатов расчетов с полученными экспериментальными
данными (использовались стандартные термопары ТПП-0679-01 и ТПР-0679-01 [4],
[10], относительная погрешность измерения температуры не превышает 1–2 %) показывает, что отличия между ними не превышают 5–7 %.
Tн , К
2300
1800
1
2
1300
800
3
300
1
5
9
17
13
21
qw 0 , 1 05 Вт/м2
Рисунок 4 – Зависимость температуры нижней поверхности оболочки
от величины внешнего теплового потока для различных значений времени теплового
воздействия (Т0 = 300 К; Н1 = 2,5 · 10–3 м):
1 – t = 102 с (● – экспериментальные данные); 2 – t = 60 с;
3 – t = 50 с (○ – экспериментальные данные)
Tн , К
qw* =1,5⋅105 Вт/м2
qw*01 =2⋅10 Вт/м
6
2
02
1100
900
Tв(2)
700
Tв(1)
500
Tв(3)
300
20
0
t 1*
t2*
t *3
40
t 4*
60
t7*
80
100
120
t,c
t*
10
t *6
t8*
t5*
*
t11
*
t 12
t 9*
Рисунок 5 – Значения параметров qw 0 j и t *j для оболочек с учетом условий (22)–(24)
Определение возможных пожаро- и взрывоопасных термовоздействий на
поверхность оболочки. Согласно имеющимся экспериментальным данным [4], [10],
температуры воспламенения частиц широко используемых металлов (Mg, Al, Zr) в
кислородосодержащих средах лежат в следующих диапазонах:
– для магния
Tв(1) = 800–840 К;
42
(22)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАГРЕВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ
ИЗДЕЛИЙ В УСЛОВИЯХ ВНЕШНИХ ТЕРМОВОЗДЕЙСТВИЙ
– для алюминия
Tв(2 ) = 900–970 К;
(23)
Tв(3 ) = 700–750 К.
(24)
– для циркония
Из сравнения указанных выше диапазонов изменения температур Tв(i ) ( i = 1,3 ) с
представленными на рисунке 4 температурами Tн видно, что при определенных значениях тепловых потоков qw* 0 j ( j = 1, 2, …) и времен теплового воздействия t *j ( j = 1, 2, …)
значения температуры Tн становятся значительно выше Tв(i ) (рисунок 5). Таким образом, пожаро- и взрывоопасные термовоздействия на поверхность металлических оболочек изделий определяются следующими соотношениями (таблица 2).
Таблица 2 – Диапазоны изменения предельно допустимых значений внешних
тепловых потоков ( qw(10) j , j = 1, 2, …) и времен теплового воздействия ( t *j , j = 1, 2, …)
на металлическую оболочку изделия
Параметр
Смесь
qw(10) j , Вт/м2
t *j , с
2 · 106
t3* < 39
1,5 · 102
t 7* < 97
2 · 106
t 5* < 41
1,5 · 102
t11* < 103
2 · 106
t1* < 32
1,5 · 102
t 7* < 80
Mg + NaNO3 + органическая добавка
Al + NaNO3 + органическая добавка
Zr + NaNO3 + органическая добавка
Заключение
В результате проведенных исследований получены следующие результаты:
– разработана нелинейная математическая модель нагрева пиротехнических
изделий внешним тепловым потоком, учитывающая температурную зависимость теплофизических свойств материала оболочки и заряда смеси (объемной теплоемкости, коэффициента теплопроводности) и позволяющая рассчитывать распределение
температуры по толщине изделия с относительной погрешностью 5–7 %;
– установлено, что увеличение величины теплового потока от 1,5 · 105
до 2,3 · 106 Вт/м2 приводит к возрастанию температуры нижней поверхности оболочки, контактирующей с зарядом смеси, в 4–6 раз для времен теплового воздействия t = 5–15 с; при увеличении t до 100 с и более, ее значения возрастают уже более, на порядок;
– получены предельно допустимые значения параметров термовоздействий (величины теплового потока qw* 0 j и времен внешних термовоздействий t *j ( j = 1, 2, …))
на поверхность металлических оболочек пиротехнических изделий, превышение которых ведет к интенсивному саморазогреву реакционноспособной смеси вплоть до
43
О. В. КИРИЧЕНКО
ее воспламенения и ускорения горения, что, в конечном итоге, приводит к пожаровзрывоопасным разрушениям изделий.
Литература
1 Шидловский, А. А. Основы пиротехники / А. А. Шидловский. – М. : Машиностроение, 1973. – 320 с.
2 Шидловский, А. А. Пиротехника в народном хозяйстве / А. А. Шидловский,
А. И. Сидоров, Н. А. Силин. – М. : Машиностроение, 1978. – 231 с.
3 Горение металлизированных гетерогенных конденсированных систем / Н. А. Силин [и др.]. – М. : Машиностроение, 1982. – 232 с.
4 Процессы горения металлизированных конденсированных систем / В. А. Ващенко [и др.]. – К. : Наукова думка, 2008. – 745 с.
5 Кириченко, О. В. Определение участков на поверхности металлических корпусов
пиротехнических изделий, подвергающихся разрушениям в условиях эксплуатации / О. В. Кириченко // Вісник Черкаського державного технологічного
університету. – 2008. – № 1. – С. 149–154.
6 Кириченко, О. В. Повышение эффективности пиротехнических нитратосодержащих изделий в условиях их применения / О. В. Кириченко // Вісник Черкаського
державного технологічного університету. – 2009. – № 2. – С. 89–94.
7 Рябова, І. Б. Термодинаміка і теплопередача у пожежній справі : навчальний посібник
/ І. Б. Рябова, І. В. Сайчук, А. Я. Шаршанов. – Харків : НУЦЗУ, 2010. – 344 с.
8 Тепловые процессы при электронной обработке оптических материалов и эксплуатации изделий на их основе / В. А. Ващенко [и др.]. – К. : Наукова думка, 2006. –
368 с.
9 Карташов, Э. М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел
/ Э. М. Карташов. – М. : Высш. шк., 1985. – 324 с.
10 Металлические горючие гетерогенных конденсированных систем / Н. А. Силин
[и др.]. – М. : Машиностроение, 1976. – 320 с.
11 Алексеев, Е. М. Решение задач вычислительной математики в пакетах MathCAD,
MATHLAB, Maple9 / Е. М. Алексеев. – 2006. – 496 с.
Поступила в редакцию 19.04.2013
O. V. Kiritchenko
SIMULATION OF THE PROCESS OF HEATING THE METAL SHELLS
OF PYROTECHNIC ARTICLES UNDER THE CONDITIONS OF THE EXTERNAL THERMAL INFLUENCES
It is developed the mathematical model of heating pyrotechnic articles under the
conditions of fire, and also the methods of calculation of the permissible ranges of a
change in the parameters of the external thermal influences, which do not lead to their fireexplosive-dangerously destruction.
44
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.841:551.515
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НУКЛЕАЦИИ ВОДЯНОГО ПАРА
ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Б. Б. ПОСПЕЛОВ, доктор технических наук, профессор
М. В. КУСТОВ, кандидат технических наук
Национальный университет гражданской защиты Украины, г. Харьков
Представлены теоретические результаты обоснования влияния концентрации ионов
на скорость нуклеации пересыщенного водяного пара. Экспериментально установлено
влияние электромагнитного излучения на процесс каплеобразования.
Ключевые слова: нуклеация пара, электромагнитное излучение, насыщенный пар,
напряженность поля, аэроионы.
Введение
Одним из возможных способов эффективного тушения ландшафтных пожаров
является искусственное инициирование осадков над зоной горения. Если в области
тропосферы над зоной горения имеются облачные образования, то для инициации
осадков можно использовать различные известные методы – снижение температуры в
области облачных образований, засев этой области активными центрами осадкообразования, а также создание в этой области достаточного количества центров осадкообразования. Однако в реальных условиях инициации осадков вероятность наличия в
тропосфере над зоной горения облачных образований с необходимой степенью пересыщения оказывается достаточно низкой. В этой связи проблема каплеобразования
при искусственном зарождении облачных образований из водяного пара в области
тропосферы является одной из актуальных и требующей поиска путей ее разрешения.
Основная часть
Одним из методов искусственной интенсификации осадкообразования в тропосфере является локальное снижение температуры в заданной ее области за счет распыления жидкого углекислого газа (СО2) [1]. При этом наибольшее практическое распространение получил метод увеличения активных центров каплеобразования путем
распыления в заданной области тропосферы химически активных солей [2], [3]. Одним из недостатков указанных методов искусственной интенсификации осадков является невозможность эффективного их использования на начальном этапе зарождения и развития облаков [4]. Более активными центрами каплеобразования, по
сравнению с активными центрами химического происхождния, являются ионы и активные радикалы [5], которые способны инициировать процесс нуклеации (увеличения количества зародышей) паров воды. В обычных условиях концентрация аэроионов в области тропосфере незначительна. Однако существует возможность
искусственного ее увеличения в заданной области осадкообразования путем воздей-
45
Б. Б. ПОСПЕЛОВ, М. В. КУСТОВ
ствия электромагнитного СВЧ излучения [6]. Возможности практического использования СВЧ излучения на начальной стадии зарождения облаков с целью последующей интенсификации процессов искусственного осадкообразования над зоной горения ландшафтных пожаров в области тропосферы ранее не рассматривались.
Целью работы является исследование процесса нуклеации капель на ионах в области тропосферы под воздействием искусственного электромагнитного СВЧ излучения.
Обычно водяной пар тропосферы находится в метастобильном состоянии, которое определяется пониженной температурой его существования. Одним из родоначальников исследований по кинетике фазовых переходов первого рода (газ – жидкость) из метастабильного состояния вещества является Вильсон [7]. В современном
представлении кинетики фазовых переходов при постепенном создании метастабильности каплеобразование проходит две стадии [8].
Первая из них по времени наступления есть стадия нуклеации. В этот период
образуются зародыши новой стабильной фазы. Данная стадия в масштабах характерного времени каплеобразования достаточно быстротечна. Скорость нуклеации
характеризуется как активностью центров нуклеации по отношению к молекулам
пара, так и степенью метастабильности исходной фазы. При этом необходимо учитывать, что в процессе нуклеации степень метастабильности состояния снижается.
Вторая стадия каплеобразования является стадией коллапса, во время которой
происходит рост зародышей за счет присоединения молекул пара без изменения их
количества в объеме. И завершается процесс образования жидкой фазы стадией оствальдовского созревания – коагуляции мелких капель, которая не относится к кинетике метастабильного состояния и на сегодня достаточно хорошо изучена [9]. Данная
стадия относится к процессам развития уже сформированных облачных образований.
Поэтому в данной работе основное внимание уделено кинетике процессов нуклеации
и коллапса зародышей жидкой фазы под воздействием СВЧ излучения.
В рамках общей задачи рассмотрим стадию нуклеации, которая характеризуется случаем гетерогенного механизма образования зародышей капель в метастабильном паре воды на присутствующих в его объеме инородных частицах в виде ионов. Это условие не противоречит исходной задаче, однако позволяет упростить
решение, поскольку при этом нет необходимости учитывать процессы растворимости центров каплеобразования и их смачиваемости.
Основной характеристикой среды, влияющей на кинетику нуклеации, является степень пересыщения газа, определяемая величиной
s=
P
,
P∞ (T )
(1)
где Р – парциальное давление пара в газе, Па; P∞ (T ) – давление насыщенного пара
над поверхностью жидкости при температуре Т, Па.
При рассмотрении энергетического баланса конденсирующейся капли необходимо учесть, что ее свободная энергия изменяется от 0 до πd 2σ, где d – диаметр
капли, м; σ – коэффициент поверхностного натяжения, Н/м. В этом случае изменение энергии Гиббса для процесса образования капли [10]:
ΔG = (γ г − γ ж )n + πd 2 σ,
(2)
где γ г – свободная энергия одной молекулы в газовой фазе, эВ; γ ж – свободная
энергия одной молекулы в жидкой фазе, эВ; n – число молекул в капле.
46
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НУКЛЕАЦИИ ВОДЯНОГО ПАРА
ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Выражение (2) справедливо для процесса гомогенной нуклеации, однако если
в качестве центра каплеобразования выступает частица с зарядом (ион), то свободная энергия ее поверхности возрастает на величину:
q2 ⎛ 1 1 ⎞
Y = ⎜ − ⎟,
d ⎝ ε0 ε ⎠
(3)
где q – заряд иона или ионного кластера, Кл; d – диаметр капли, м; ε 0 и ε – диэлектрическая проницаемость газовой среды и жидкости соответственно. Таким образом,
с учетом (3) уравнение (2) примет вид:
π 3 RT
q2 ⎛ 1 1 ⎞
ΔG = πd σ − d ρ
ln s + ⎜ − ⎟,
d ⎝ ε0 ε ⎠
6
M
2
(4)
где ρ – плотность жидкости, кг/м3; R – удельная газовая постоянная, Дж/(кг · К); М –
молекулярная масса вещества, которое конденсируется, моль/кг.
Продифференцировав (4) по d и выполнив соответствующие преобразования,
получим, что
ln s =
M ⎡ 4σ 2 q 2 ⎛ 1 1 ⎞ ⎤
−
⎜ − ⎟ .
RTρ ⎢⎣ d πd 4 ⎝ ε 0 ε ⎠⎥⎦
(5)
Совместный анализ соотношений (4) и (5) свидетельствует об увеличении
скорости процесса нуклеации и роста капли при наличии в воздухе ионов и ионных
кластеров, а также о возможности протекания таких процессов при существенно
меньшей влажности воздуха.
Для проверки данного факта поставлен эксперимент по осаждению водяного
пара под действием электромагнитного СВЧ излучения с использованием установки,
детально описанной в [11]. Принцип ее действия основан на регистрации роста капель воды на различных центрах каплеобразования. Разряжение создавалось в стеклянной колбе Бунзена с помощью вакуумного насоса, после чего колба с пересыщенным паром помещалась в СВЧ камеру, где подвергалась воздействию СВЧ
излучения (рисунок 1).
Для определения перенасыщения паров воды, возникающего по мере уменьшения давления в колбе, использовалось предположение об адиабатичности процесса расширения. При этом степень пересыщения s определялась в соответствии с
приближенным выражением
s≈
P1
P2
К
⎛ V1 ⎞
⎜ ⎟ ,
⎝ V2 ⎠
(6)
где P1 , P2 – начальное и конечное давление соответственно, Па; V1 , V2 – начальный
и конечный объем газа, м3; К – показатель адиабаты.
Согласно (6) и результатам [12] для обеспечения адиабатности процесса скорость снижения давления должна составлять не менее 2,7 кПа/с. Используемый в
эксперименте вакуумный насос по своей производительности отвечал указанным
требованиям.
47
Б. Б. ПОСПЕЛОВ, М. В. КУСТОВ
2
3
4
5
1
6
Рисунок 1 – Внешний вид экспериментальной установки:
1 – устройство вывода данных; 2 – ультразвуковой диспергатор; 3 – фотоприемник;
4 – СВЧ камера; 5 – лазер; 6 – колба Бунзена с пересыщенным паром
Процесс каплеобразования в колбе регистрировался путем пропускания через
ее объем луча гелий-неонового лазера. На рисунке 2 приведены результаты регистрации интенсивности рассеянного света от времени воздействия СВЧ излучения на
содержимое колбы. При этом отмечается увеличение интенсивности рассеянного
света по мере роста дисперсных частиц в объеме колбы. Пиковое значение интенсивности достигается при максимальной концентрации капель в объеме метастабильного пара (рисунок 2, точка 3).
3
отн. ед.
2
1
4
Рисунок 2 – Кривая рассеяния светового излучения при E ≈ 0,5 кВ·м–1
Процесс увеличения интенсивности рассеянного света при этом характеризуется наличием двух характерных локальных экстремумов (рисунок 2, точки 1 и 2).
Природа первого объясняется протеканием процесса конденсации пересыщенного
пара на частичках пыли в объеме колбы [12], а второго – интенсификацией процесса
нуклеации на ионах и ионных кластерах.
Особый интерес для приложений представляет исследование зависимости динамики нуклеации на ионах от напряженности электромагнитного СВЧ излучения.
В ходе эксперимента контролировались два параметра – интенсивность рассеянного
света в максимуме (рисунок 2, точка 3) и время полного осаждения пара (рисунок 2,
точка 4). Путем усреднения результатов по 4 измерениям для каждого значения на48
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НУКЛЕАЦИИ ВОДЯНОГО ПАРА
ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
пряженности СВЧ излучения получены зависимости интенсивности рассеянного
света I (кривая 1) и времени осаждения пара τ (кривая 2) в процессе нуклеации водяного пара на аэроионах от напряженности СВЧ излучения, которые представлены на
рисунке 3. Регистрация изменения концентрации аэроионов приборным методом не
проводилась по причине технической сложности забора проб из колбы с разряжением. Однако, основываясь на принципе работы камеры Вильсона, относительная концентрация ионов контролировалась по интенсивности рассеянного света.
1
2
Напряженность, кВ · м–1
Рисунок 3 – Зависимость интенсивности рассеянного света I (кривая 1)
и времени осаждения пара τ (кривая 2) от напряженности СВЧ излучения
Результаты экспериментов показали, что при напряженности 0,01 кВ/м интенсивность рассеянного света и время осаждения пара расходятся с данными фонового режима (отсутствие СВЧ излучения) в пределах статистической погрешности
эксперимента. Анализируя полученную зависимость времени осаждения водяного
пара (рисунок 3, кривая 2) необходимо отметить, что резкое снижение времени осаждения наблюдается при значениях напряженности СВЧ излучения Е ≥ 0,05 кВ/м.
Это позволят сделать вывод о том, что использование для искусственного осадкообразования СВЧ излучателей, обеспечивающих меньшую напряженность в заданной
области тропосферы, находящейся над предполагаемой зоной горения, для тушение
ландшафтных пожаров, оказывается малоэффективным.
Заключение
В работе впервые исследован процесс нуклеации пересыщенного водяного
пара под действием СВЧ излучения. Определена нижняя граница значений напряженности СВЧ излучения, при которой возможен активный процесс каплеобразования. Экспериментально установлена принципиальная возможность интенсификации
начальной стадии облакообразования путем воздействия электромагнитного СВЧ
излучения, что позволяет при определенных условиях использовать этот способ для
искусственной стимуляции осадков в области тропосферы для тушения ландшафтных пожаров.
49
Б. Б. ПОСПЕЛОВ, М. В. КУСТОВ
Литература
1 Гинзбург, А. С. Влияние естественных и антропогенных аэрозолей на глобальный
и региональный климат / А. С. Гинзбург, Д. П. Губанова, В. М. Минашкин // Рос.
хим. журн. (Журн. Рос. хим. о-ва им. Д. И. Менделеева). – 2008. – Т. LII, № 5. –
С. 112–119.
2 Израэль, Ю. А. Метеорология и гидрология. – 2005. – № 10. – С. 5–9.
3 Мейсон, Б. Дж. Физика облаков / Б. Дж. Мейсон. – Л. : Гидрометеоиздат, 1961. –
541 с.
4 Методические указания. Проведение работ по искусственному увеличению атмосферных осадков самолетными методами РД 52.11.637–2002.
5 Ивлев, Л. С. Химический состав и структура атмосферных аэрозолей / Л. С. Ивлев. – Л. : Изд-во ЛГУ, 1982. – 366 с.
6 Искусственная ионизированная область как источник озона в стратосфере / А. В. Гуревич [и др.] // Успехи физ. наук, 2000. – Т. 170, № 11. – С. 1181 – 1202.
7 Wilson C T R Philos. Trans. R. Soc., 1897. – A 189 (11). 165 р.
8 Куни, Ф. М. Проблемы теоретической физики / Ф. М. Куни. – Л. : Изд-во ЛГУ,
1988. – 192 с.
9 Слезов, В. В. Диффузионный распад твердых растворов / В. В. Слезов, В. В. Сагалович // УФН. – 1987. – Вып. 151. – С. 67–104.
10 Куни, Ф. М. К теории зародышеобразования на заряженных ядрах. 2. Термодинамические параметры равновесного зародыша / Ф. М. Куни, А. К. Щекин, А. И. Русанов // Коллоид. журн. – 1982. – Т. 44, № 6. – С. 1062–1068.
11 Кустов, М. В. Установка для моделирования процессов конденсации в атмосферных аквааэрозолях / М. В. Кустов, В. Д. Калугин // Проблеми надзвичайних ситуацій. – Х. : НУЦЗУ, 2012. – Вып. 16. – С. 54–57.
12 Конденсация пара в присутствии ионизирующих воздействий / Г. Ф. Крымский
[и др.] // Оптика атмосферы и океана. – 2010. – № 9. – С. 826–829.
Поступила в редакцию 17.04.2013
B. B. Pospelov, M. V. Kustov
RESEARCH OF WATER VAPOR NUKLEATION PROCESS BY MEANS
INFLUENCE OF ELECTROMAGNETIC RADIATION
Theoretical results of ions concentration influence calculations on the speed of a
oversaturated water vapor nukleation are presented. Influence of intensity of a field on
teardrop process is experimentally established.
50
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 678.5/8:614.841
СНИЖЕНИЕ ГОРЮЧЕСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
С. Н. БОБРЫШЕВА, кандидат технических наук, доцент
Д. Л. ПОДОБЕД, магистр технических наук
Л. О. КАШЛАЧ, преподаватель
ГУО «Гомельский инженерный институт» МЧС Республики Беларусь
В работе проводится краткий обзор информации в области снижения пожароопасности полимерных материалов. Рассматриваются особенности их горения, различные механизмы снижения горючести, а также ассортимент современных антипиренов. Представлены
результаты собственных разработок экологически чистых антипиренов.
Ключевые слова: полимерные материалы, антипирены, горючесть, воспламеняемость,
дифференциально-термический анализ, калориметрия, ультрадисперсность, тепловыделение, термостойкость.
Введение
Одним из приоритетных направлений науки и промышленности является все
более широкое внедрение во все сферы народного хозяйства полимерных материалов,
обладающих комплексом ценных свойств: легкость и высокая прочность, тепло-, звуко-, электроизоляционные и другие свойства. На их основе создаются новые конструкционные материалы, которые заменяют металлы, сплавы и природные материалы.
Современные полимеры обладают уникальным комплексом свойств, не имеющих
аналогов среди традиционных конструкционных материалов. В связи с этим неуклонно растут темпы производства полимерных материалов и расширяются области их
применения.
Прогресс в создании и промышленном производстве полимеров имеет негативную сторону, обусловленную высокой горючестью большинства выпускаемых полимеров, в результате чего при их внедрении повышается общая пожароопасность [1].
Будучи органическими по своей природе, полимерные материалы представляют высокий потенциал для возникновения и распространения пожара, а также проявления опасных факторов пожара, приводящих к гибели людей и материальному ущербу. Горение полимерных материалов, являющееся доминирующим процессом
подавляющего большинства современных пожаров, представляет собой сложное явление, включающее в себя элементы тепло- и массообмена, газовой динамики, химической кинетики реакций в конденсированной и газовой фазах, а также на границе их
раздела, масштабные и другие факторы. Пожарная опасность материалов и изделий из
них определяется в технике следующими характеристиками:
– горючестью, т. е. способностью материала загораться, поддерживать и распространять процесс горения;
– дымовыделением при горении и воздействии пламени;
51
С. Н. БОБРЫШЕВА, Д. Л. ПОДОБЕД, Л. О. КАШЛАЧ
– токсичностью продуктов горения и пиролиза – разложения вещества под
воздействием высоких температур;
– жаропрочность и теплостойкость конструкционных материалов, т. е. способностью сохранять физико-механические (прочность, жесткость) и функциональные свойства изделия при воздействии пламени.
Большое разнообразие полимерных материалов по химическому строению и
составу, их многокомпонентность, сочетание с другими материалами при конструировании изделий или конкретном конечном целевом использовании, многообразие
физических форм при одном и том же составе предопределяют специфику возникновения, развития и последствий пожаров с участием полимерных материалов.
В настоящее время сложились основные представления о механизме горения полимеров и о факторах его определяющих.
Рисунок 1 – Схема процесса горения полимеров
Анализ процесса горения (рисунок 1) позволяет понять и возможные пути
снижения горючести полимерного материала. Следует отметить, что в большинстве случаев невозможно добиться того, чтобы органический полимер стал абсолютно негорючим материалом и не сгорал в интенсивном огне (пожаре). Однако
большинство пожаров возникает от малокалорийных источников тепла и огня –
сигарет, спичек, свечей, короткого замыкания. Поэтому очень важно понизить горючесть полимера, чтобы он медленнее загорался, медленнее распространялось
пламя, а для загорания требовались бы более жесткие условия (более высокие значения температур, потока энергии и т. д.). На основе этих представлений разработаны способы снижения горючести полимеров различных классов. Необходимо
отметить, что поиски путей, ограничивающих горючесть полимеров, продолжаются во всем мире, и на это тратятся значительные финансовые и интеллектуальные
средства [1].
Основная часть
Все методы снижения горючести основаны на следующих принципах:
1) изменение теплового баланса пламени за счет увеличения различного рода теплопотерь; 2) снижение потока тепла от пламени на полимер за счет создания защитных слоев, например, из образующегося кокса; 3) уменьшение скорости газификации полимера; 4) изменение соотношения горючих и негорючих продуктов
разложения материала в пользу негорючих. Многие способы подавления процессов горения полимеров основаны на введении в материал добавок (антипиренов).
На рисунке 2 представлен мировой рынок антипиренов.
52
СНИЖЕНИЕ ГОРЮЧЕСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
MgOH
Галоген
Al(OH)3
Фосфор
Другие
Sb2O3
Рисунок 2 – Мировой рынок антипиренов
Введение добавок, снижающих пожарную опасность полимерных материалов, обычно имеет и негативную сторону: приводит к некоторому ухудшению физико-механических, диэлектрических и других эксплуатационных и технологических
свойств, повышению стоимости материала, ухудшению экологии. Поэтому снижение пожарной опасности полимерных материалов является задачей по оптимизации
комплекса характеристик создаваемого материала.
Наиболее широкое распространение получили три типа антипиренов: 1) галогенпроизводные, в том числе и бромсодержащие; 2) органические, неорганические
наполнители; 3) фосфорсодержащие органические и неорганические производные.
Недостатком антипиренов первого типа является высокая токсичность.
В настоящее время острота экологических проблем требует полного отказа от этих
хорошо известных и наиболее эффективных еще в недалеком прошлом галогенсодержащих антипиренов, использование которых, как показала практика, приводит к
существенному загрязнению окружающей среды: диоксиды, бензофураны и другие
продукты сгорания галогенсодержащих антипиренов без сомнения представляют
опасность для жизнедеятельности человека. Для второго типа антипиренов характерны высокие степени наполнения полимеров, что негативно отражается на физико-механических свойствах полимера и требует переналадки технологического процесса. Что касается третьего типа, то фосфорсодержащие антипирены являются
альтернативными двум первым типам, но отличаются относительно низкой температурой начала разложения и средней эффективностью, что ограничивает их область
применения. Иногда хорошие результаты по снижению пожароопасности, основаны
на проявлении синергизма, их можно получить, используя различные комбинации
веществ. Классическим примером синергических свойств являются смеси галогенсодержащих соединений с оксидом сурьмы. Сам по себе оксид сурьмы не проявляет активных свойств замедлителя горения и считается только синергистом. Это несколько
снижает остроту экологической проблемы в связи с возможностью снижения концентрации добавок антипиренов. В настоящее время достаточно широк ассортимент фосфорсодержащих антипиренов, известны комбинации их с соединениями сурьмы, хлора, однако в различных полимерах в зависимости от соотношения и природы
компонентов они могут приводить к аддитивному, синергическому или антагонистическому эффектам. На примере фосфор- и хлорсодержащих замедлителей горения показано [2], что взаимное усиление их действия проявляется в узких интервалах концентраций и соотношений конкретных антипиренов. В других случаях высокая летучесть
таких антипиренов ограничивает их применение особенно во вспененных полимерах. Однако наблюдается рост применения фосфорсодержащих соединений (7 %
в год), что связан с такими их преимуществами, как низкое дымообразование и отсутствие коррозии оборудования при переработке.
53
С. Н. БОБРЫШЕВА, Д. Л. ПОДОБЕД, Л. О. КАШЛАЧ
Введение в полимер инертных наполнителей, неорганических антипиренов – еще один из способов снижения горючести полимерного материала. Они не
оказывают существенного влияния на состав и количество продуктов пиролиза
полимеров в газовой фазе и величину коксового остатка в условиях горения и выделяют гораздо меньше дыма, чем галоген-, фосфорсодержащие антипирены. Их
можно разделить на две группы: 1) минеральные наполнители, устойчивые до
температуры 1000 °С – оксиды металлов, фториды кальция и лития, силикаты,
технический углерод, неорганическое стекло, порошкообразные металлы и т. п.;
2) вещества, разлагающиеся при температурах ниже 400–500 °С с поглощением
тепла и обычно с выделением углекислого газа и/или паров воды, аммиака – гидроксиды, карбонаты, гидрокарбонаты металлов, аммонийфосфаты и т. д.
Гидроксиды алюминия и магния занимают первое место среди антипиренов по
объему применения (более 40 % всего объема антипиренов). Это обусловлено их низкой стоимостью по сравнению с системами на основе галогенов или фосфора. Гидроксиды металлов под воздействием высоких температур разлагаются с выделением воды. Реакция разложения является эндотермической (сопровождается поглощением
тепла), что приводит к охлаждению полимера до температур ниже точки воспламенения. Образование воды способствует разбавлению горючих газов, выделяющихся при
разложении, ослабляет действие кислорода и уменьшает скорость горения. Эффективность гидроксидов прямо пропорциональна их содержанию в полимере.
Гидроксид магния (МН) – представляет собой белый порошок с размером
частиц от 0,5 до 5 мкм. Для достижения соответствующего огнезащитного эффекта
вводится в количестве 50–70 % от массы полимера. Гидроксид магния дороже, чем
гидроксид алюминия, поэтому объем применения на порядок меньше. Но у него есть
одно неоспоримое преимущество – он обладает более высокой теплостойкостью
(до 3000 °С), поэтому может применяться при переработке конструкционных термопластов. В основном используется в полипропилене, АБС пластиках и полифенилиденоксиде. Не рекомендуется использовать этот антипирен в термопластичных полиэфирах (ПЭТ, ПБТ), так как он ускоряет деструкцию таких полимеров.
Гидроксид алюминия (АТН) – применяется в эластомерах, реактопластах и
термопластах. Разлагается при температурах 190–230 °С в зависимости от размера
частиц (0,25–3 мкм). Одна из основных областей применения – повышение огнестойкости бутадиен-стирольного латекса, используемого при производстве ковровых покрытий. Также он широко используется для изготовления негорючих эластомеров для
кабельной изоляции, ленточных транспортеров, кровельных материалов и шлангов.
Возможно использование для повышения огнестойкости ненасыщенных полиэфиров.
Этот антипирен широко применяется в полиолефинах, ПВХ, термоэластопластах.
Так как добавки таких антипиренов могут достигать 70 %, то основным недостатком применения неорганических гидроксидов является ухудшение механических параметров полимерных материалов и технологические трудности [3].
Результаты исследований
Альтернативным решением в этом случае может быть применение модифицированных функционально алюмосиликатов – бентонитовых глин. К бентонитам
относятся тонкодисперсные высокопластичные глины, основную роль в составе которых играет породообразующий минерал – монтмориллонит. Высокие природные
дисперсность и поверхностная энергия вещества позволяют использовать его как
твердотельную матрицу для прививки функциональных групп, придающих ему необходимые свойства [4]. Так обработка гидрофобными органическими реагентами
позволяет повысить сродство вещества антипирена к полимерным материалам, что
54
СНИЖЕНИЕ ГОРЮЧЕСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
является необходимым требованием совместимости. Нами впервые для этих целей
применены соапстоки жирных кислот. Целесообразность использования последних
обусловлена их липидной природой, обеспечивающей гидрофобность, а также наличием поверхностно-активных свойств, способствующих диспергированию [5].
Рисунок 3 – Состав соапстока
Рисунок 4 – Компьютеризированный экструзиограф «Rheocord 90» фирмы «HAAKE» (ФРГ)
В полимерную матрицу на стадии загрузки полимера в компьютеризированный экструзиограф вводились различные навески (от 0,5 до 4,0 мас. %) антипирена
разработанного состава. Была получена полимерная лента, механические параметры
которой определялись по соответствующим методикам.
Рисунок 5 – Опытные образцы полимерной ленты с содержанием антипирена 0, 2 и 5 % от массы
55
С. Н. БОБРЫШЕВА, Д. Л. ПОДОБЕД, Л. О. КАШЛАЧ
Целесообразность проведения таких испытаний обусловлена проявлением
ухудшения механических характеристик при введении наполнителей. Как показали
результаты испытаний, антипирен при содержании 1,5 % оказывает усиливающее
действие и улучшает механические параметры композита.
Таблица 1 – Сравнительные свойства полимерных материалов
Механические характеристики
Наименование
полимера
Предел прочноМодуль упругости при растясти, МПа
жении, МПа
Относительное
удлинение при
деформации, %
Классификация
материала
по горючести
Контрольный
образец
26,74
18,2
274,48
Горючий средневоспламеняемый
С антипиреном
1,5 %
148,28
31,85
103,3
Горючий трудновоспламеняемый
Исследования, направленные на изучение горючести таких полимерных материалов, выявили повышение их термостойкости. Это связано с тем, что само неорганическое вещество является термостойким, а также с тем, что органический остаток модификатора обладает собственной склонностью к карбонизации (образованию
кокса при пиролизе). Последнее является аддитивным свойством органической молекулы. Количественно оно может быть оценено по вкладам составляющих молекулу отдельных групп. Каждая группа вносит свой характеристический вклад в образование коксового остатка. Вклад органического модификатора рассчитывался по
известной методике. Органический остаток модификатора повышает термостойкость
полимерного композита в целом, что подтверждается данными дифферинциальнотермического анализа. Экспериментальные данные не дают точного ответа о механизме повышения огнестойкости полимерных композитов с использованием антипиренов на основе бентонитовых глин. Одним из предполагаемых механизмов действия антипирена является образование барьера из слоев органоглины,
выполняющих роль термоизоляторов и элементов, препятствующих выделению
продуктов горения, т. е. формируется карбонизированный слой, влияющий на массои теплоперенос между зоной горения и полимерным материалом.
Пожароопасность полимерных материалов определяли по соответствующим
стандартным методикам в аккредитованной лаборатории, позволяющим на первоначальном этапе оценить степень огнестойкости материала.
На основание результатов испытаний получено заключение: материалы с добавками антипиренов относятся к группе горючих трудновоспламеняемых, в то время как полимерные материалы без антипирена – к группе горючих средневоспламеняемых. Кроме того, механизм действия антипиренов позволяет уменьшить
количество и состав газообразных продуктов горения полимеров, снижая их экологическую опасность.
Заключение
Получены полимерные материалы, содержащие разработанный антипирен на
основе модифицированных бентонитовых глин. Добавки антипирена не только не
ухудшают свойств полимера, но и значительно улучшают его механические свойства. Оптимизирован состав композита. Оптимальные добавки (по механическим
свойствам) антипирена составляют 1,5 мас. %. Механизм действия антипирена предположительно заключается в эффекте термоизоляции, обусловленном коксообразо56
СНИЖЕНИЕ ГОРЮЧЕСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ванием органической составляющей антипиренов, повышением температуры терморазложения за счет минеральной составляющей композита. Добавки антипиренов в
полимерную матрицу позволяют перевести композиционный материал в группу
трудновоспламеняемых материалов. Использование органоглин в качестве антипиренов для полимеров не требует переналадки технологического процесса [6].
Литература
1 Праведников, А. Н. Полимерные материалы с пониженной горючестью / А. Н. Праведников. – М. : Химия, 1986. – 222 с.
2 Валетндинов, Р. И. Перспективные антипирены на основе фосфористого водорода
/ Р. И. Валетндинов // Горючесть полимерных материалов : Межвуз. сб. науч. тр. –
Волгоград, 1987. – С. 43–56.
3 Состояние и перспективы развития работ по антипиренам / В. М. Карлик [и др.]
// Тез. докл. V Всесоюз. совещ., Саки, 1981 г. – Черкассы, 1981. – 42 с.
4 Дисперсные системы в технологиях предупреждения и ликвидации чрезвычайных
ситуаций / С. Н. Бобрышева [и др.] // Чрезвычайные ситуации: образование и наука. – 2011. – № 1 (6). – С. 59–68.
5 Бобрышева, С. Н. Новое направление в области антипиренов для полимеров / С. Н. Бобрышева, В. В. Загор, Д. Л. Подобед // Пожарная безопасность – 2011 : X Междунар.
науч.-практ. конф. – Харьков, 2011. – С. 227–228.
6 Новые материалы в технологиях предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций / С. Н. Бобрышева [и др.] // Промышленность региона: проблемы и перспективы инновационного развития : II Респ. науч.-техн. конф. с междунар. участием. – Гродно, 2012. – С. 12–14.
Поступила в редакцию 03.10.2013
S. N. Bobrysheva, D. L. Podobed, L. O. Kashlach
DECREASE OF COMBUSTIBILITY OF POLIMER MATIRIALS
The work gives the short review of information about reducing fire hazard of polymer materials. Burning characteristics and various mechanisms of combustibility decreasing as well as assortment of modern fire retardants are considered. The results of own developments of ecologically clean fire retardant are presented.
57
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.841:630.432
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ
КОНДЕНСИРОВАННЫХ ПЕН ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
ПОЖАРОВ ПО КАБЕЛЬНЫМ ШАХТАМ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
М. М. ТИХОНОВ, старший преподаватель1
В. В. БОГДАНОВА, заведующий лабораторией, доктор химических наук, профессор2
О. Н. БУРАЯ, младший научный сотрудник2
1
Государственное учреждение образования «Командно-инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь, г. Минск
2
Учреждение БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем»
В статье представлены результаты исследований влияния системы замедлителей горения на реакционные параметры компонентов, физико-химические и огнестойкие свойства
композиционного материала на основе напыляемого пенополиуретана марки «Изолан–125».
Исследована возможность его применения в качестве огнезащитных барьеров для ограничения распространения пожара по кабельным шахтам гражданских зданий.
Ключевые слова: антипирен, кабельная шахта, пенополиуретан, огнезащитный
барьер, заделка.
Введение
Наиболее опасными пожарами в жилом секторе и общественных зданиях являются пожары в кабельных шахтах, возникающие при перегрузке электросети,
больших переходных сопротивлениях и коротких замыканиях, приводящих к возгоранию кабельной изоляции. Линейная скорость распространения горения при этих
пожарах – 0,8–1,1 м/мин [1].
Существующие требования технических нормативных правовых актов [2] к
заделке зоны прохода линий через междуэтажные перекрытия и способы ликвидации пожаров в кабельных шахтах гражданских зданий не эффективны. В связи с
этим актуальной является задача разработки эффективной активной и пассивной защиты, способной обеспечить герметичность заделки мест прохода кабельных шахт
гражданских зданий, ограничивающей распространение пожара, а также разработки
методов проведение испытаний, позволяющих оценить эффективность этой защиты.
Основная часть
Результаты экспериментов и их обсуждение. Для решения данной задачи
перспективно применение полимерных органических быстротвердеющих конденсированных пен, способных принимать любую форму и изолировать зону горения от
доступа воздуха, препятствуя тем самым развитию процесса горения. Однако использование имеющихся на рынке материалов для локализации пожаров в ограниченном
пространстве не может быть реализовано из-за их горючести. Вместе с тем наибольший интерес в плане быстрого создания противопожарных барьеров в кабельных шахтах гражданских зданий, имеющих свободные пространства и зазоры внутри изоли58
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ПЕН
ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЖАРОВ ПО КАБЕЛЬНЫМ ШАХТАМ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
рующих труб, представляет напыляемый пенополиуретан (ППУ), образующий в течение короткого времени (5–10 с) изолирующую пробку любой конфигурации, перекрывая тем самым пути распространения пожара по кабельным шахтам.
Трудность создания огнезащищенного ППУ состоит, во-первых, во множестве различных марок, используемых для их синтеза исходных продуктов, что не позволяет получить сопоставляемые экспериментальные данные с имеющимися в патентной и технической литературе сведениями при работе с компонентами
реакционных смесей других марок и производителей.
Во-вторых, в различных литературных источниках [3]–[7] используются неединообразные методы испытаний, характеризующие снижение уровня пожароопасности горючих полимерных материалов: скорость и время самостоятельного горения, каплепадение, воспламеняемость, потеря массы, длина поврежденного огнем
участка, изменение термических свойств, кислородный индекс. За рубежом используют стандарты [8] для характеристики огнестойких свойств ППУ, предусматривающие поджигание в течение различного времени, – 10, 30 и 60 с – вертикально
или горизонтально закрепленных образцов с регистрацией времени самостоятельного горения и образования горящих капель.
Наиболее соответствующим этим методам испытаний является ГОСТ 28157 [9].
Предварительными испытаниями неогнезащищенных образцов ППУ различных марок нами установлено, что описанные выше стандарты из-за высокой способности
ППУ к каркасообразованию и нераспространению в связи с этим горения при локальном воздействии пламени не позволяют получить достоверные данные об уровне горючести этого материала.
В работе [10] пожароопасность ППУ устанавливали по DIN 4102 (B1), где определяющей характеристикой горючести материала является длина поврежденной
части и температура отходящих газов продуктов горения, что в наибольшей степени
соответствуют ГОСТ 30244 [11] для определения горючести строительных материалов. Проведение испытаний по этим стандартам затратно при разработке антипиренов, когда требуется большое количество экспериментов. Наиболее приемлемым методом для экспериментального определения горючести на предварительном этапе
разрабатываемого нами [12] огнезащитного ППУ может явиться метод определения
группы горючести материалов по ГОСТ 12.1.044 [13].
В данной работе с целью создания материала, способного выполнить функцию
огнезащитного барьера при локализации пожара в кабельных шахтах гражданских зданий, исследованы реакционные параметры компонентов ППУ, физико-химические и
огнестойкие свойства напыляемого жесткого пенополиуретана марки «Изолан–125» в
присутствии азотфосфорсодержащих антипиренов. В качестве безгалогенных замедлителей горения использовали аммонийные фосфаты двух- и трехвалентных металлов,
которые вместе с другими модифицирующими добавками вводили в компонент А.
На предварительных этапах исследования установлено [12], что используемый антипирен при 15 мас. % содержании в компоненте А ППУ смеси не влияет на
реакционные параметры компонентов ППУ и физико-химические свойства получаемого материала. Пенополиуретановая композиция в присутствии исследуемого антипирена является трудногорючей, что позволяет предположить ее применимость в
качестве огнезащитного барьера.
Для проверки этого предположения на первом этапе нами разработана методика
и проведены лабораторные испытания по определению эффективности локализации
горения с применением огнезащищенного ППУ с помощью экспериментальной лабораторной установки (рисунок 1), моделирующей условия огневого воздействия на кабель
в замкнутом пространстве.
59
М. М. ТИХОНОВ, В. В. БОГДАНОВА, О. Н. БУРАЯ
Рисунок 1 – Схема экспериментальной установки, моделирующей условия
огневого воздействия на кабель в замкнутом пространстве:
1 – труба из негорючего материала; 2 – кабель; 3 – термопара; 4 – горелка;
5 – измеритель-регулятор ТРМ-210; 6 – барьер из ППУ
Принцип работы установки заключался в следующем: в трубу 1 из негорючего материала длиной 285 мм и внутренним диаметром 65 мм помещали кабель с горючей поливинилхлоридной (ПВХ) изоляцией 2; температуру, реализующуюся на
выходе из трубы на одном и том же расстоянии (335 мм) от источника пламени, регистрировали термопарой 3, находящейся на глубине 5 мм в центральной точке внешней поверхности изолирующего барьера 6 из исходного или огнезащищенного ППУ.
Значение температуры определяли с помощью измерителя-регулятора ТРМ-210 5.
Эксперимент проводили в течение 10 мин, температура пламени газовой горелки с
кислородным дутьем 4 составляла 1100 °С.
Как следует из полученных данных, образование летучих горючих продуктов
из ПВХ изоляции кабеля (свыше 120 °С) [14] при отсутствии ППУ барьера начинается на первой минуте эксперимента, а с барьером, выполненным из исходного
ППУ, – на третьей минуте (рисунок 2, кривые 2, 3).
3
2
1
Рисунок 2 – Температурные профили при моделировании условия
огневого воздействия на кабель в замкнутом пространстве, заполненном ППУ:
1 – трудногорючий; 2 – исходный; 3 – без барьера
Далее рост температуры по сравнению с контрольным экспериментом, достигнув температуры 200 °С, замедляется. После окончания эксперимента в обоих
случаях наблюдалось полное разрушение оболочки кабеля до одинакового уровня.
В случае использования аналогичного барьера, изготовленного из трудногорючего ППУ, регистрируемая температура в течение всего эксперимента находилась
на уровне температуры окружающей среды (рисунок 2, кривая 1) при сохранении
60
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ПЕН
ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЖАРОВ ПО КАБЕЛЬНЫМ ШАХТАМ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
целостности материала кабельной изоляции [15]. Эти результаты позволили сделать
принципиальный вывод о возможности применения пробок из трудногорючего ППУ
в качестве огнезащитного барьера, для подтверждения которого необходимо было
провести полигонные испытания.
Ввиду отсутствия нормативной документации по проведению испытаний заделки мест прохода электрической сети через ограждающие конструкции в кабельных
шахтах гражданских зданий нами были разработаны и в установленном порядке утверждены соответствующие методики проведения установочных и полигонных испытаний. В результате установочных испытаний, максимально приближенных к полигонным, показано, что исходный ППУ не выполняет функцию огнезащитного барьера.
Полигонные испытания трудногорючего ППУ проводились на испытательном
полигоне НИИ ПБ и ЧС МЧС Республики Беларусь. На рисунках 3 и 4 приведены
схемы экспериментальной установки и расстановки термопар.
6
7
1
2
4
3
8
5
Рисунок 3 – Схема экспериментальной установки:
1 – огневая камера; 2 – кладка печи; 3 – нагревательные каналы форсунок; 4 – форсунка;
5 – дымовой канал; 6 – испытываемый образец; 7 – свод печи; 8 – смотровой люк
1
2
3
4
5
2
6
Рисунок 4 – Схема расстановки термопар:
1 – заполнение из трудногорючего ППУ; 2 – труба ПВХ;
3 – спай термопары на поверхности ППУ; 4 – кабель; 5 – спай термопары
на поверхности оболочки кабеля; 6 – поверхность железобетонной панели
61
М. М. ТИХОНОВ, В. В. БОГДАНОВА, О. Н. БУРАЯ
В железобетонной панели размером 3500 × 3500 × 200 мм с проемом 300 × 300 мм
монтировалась труба ПВХ диметром 50 мм и длиной 500 мм, в которой проложены
два кабеля АВВГ 2 × 4 длиной 1500 мм, и заполнялось свободное пространство в трубе с одного конца трудногорючим ППУ толщиной 200 мм (рисунок 3). Высота необогреваемой части трубы составляла 150 мм от поверхности железобетонной плиты.
Длина выходящих из испытываемого образца кабелей с обеих сторон составляла 500 мм.
Железобетонная панель помещалась в установку по экспериментальному определению огнестойкости стержневых строительных конструкций.
В основу эксперимента положен принцип определения времени от начала теплового воздействия на испытываемый образец в соответствии с ГОСТ 30247.0–94 [16]
и ГОСТ 30247.1–94 [17] до наступления одного или последовательно нескольких предельных состояний по огнестойкости: потери теплоизолирующей способности, потери
целостности, достижения критической температуры нагрева материала оболочек кабелей в необогреваемой зоне (145 °С [18]). Эксперимент продолжался 60 мин.
Температура, °С
80
1
2
60
40
20
0
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Время, мин
Рисунок 5 – Температурные профили, реализующиеся
на необогреваемой поверхности образца при проведении полигонных испытаний:
1 – материал заделки; 2 – оболочка кабелей
В ходе проведения испытаний не наблюдалось потери целостности испытываемого образца и превышения предельно допустимых температур, при этом максимальная температура на поверхности ППУ материала составила 62 °С (рисунок 5,
кривая 1), максимальная температура на оболочке кабеля составила 59,6 °С (рисунок 5, кривая 2). Эти данные окончательно подтверждают эффективность применения разработанного нами трудногорючего ППУ марки «Изолан-125» для создания
огнезащитных барьеров, ограничивающих распространение пожара по кабельным
шахтам гражданских зданий.
Заключение
Таким образом, в результате проведенных исследований по разработке, исследованию реакционных параметров компонентов ППУ, физико-химических и огнестойких свойств напыляемого ППУ марки «Изолан-125» показана перспективность его применения в качестве огнезащитных барьеров для ограничения
распространения пожара по кабельным шахтам гражданских зданий. Разработанные
оригинальные методики позволяют оценить эффективность применения полимерных конденсированных пен различных марок для ограничения распространения пожара по кабельным шахтам.
62
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ПЕН
ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЖАРОВ ПО КАБЕЛЬНЫМ ШАХТАМ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
Литература
1 Иванников, В. П. Справочник руководителя тушения пожара / В. П. Иванников,
П. П. Клюс. – М. : Стройиздат, 1987. – 288 с.
2 Системы электрооборудования жилых и общественных зданий. Правила проектирования = Сicтэмы электраабсталявання жылых i грамадскiх будынкаў. Правiлы
праектавання : ТКП 45-4.04-149–2009 (02250). – Введ. 01.01.2010. – Минск : М-во
архитектуры и строительства Респ. Беларусь, 2009. – 63 с.
3 Thermal properties of polyurethane-polyisocyanurate foams based on poly(ethylene
torephthalate) waste / D. Vitkauskiene [et al.] // Materials Science (Medziagotyra). –
2011. – 17. – № 3. – P. 249–253.
4 Singh, H. Fire retardant ridig polyurethane foam – a fire safe insulation building material
/ H. Singh // National conference. Trends and challenges in structural engineering and
construction technologies, February 11–12, 2009. – P. 196–206.
5 Решетников, С. М. Термическое разложение пенополиуретанов с антипиренами
/ С. М. Решетников, А. В. Шиляев, Л. А. Зенитова // Полимерные материалы пониженной горючести : тр. VI Междунар. конф., Вологда, 14–18 мая 2011. – Вологда, 2011. – С. 23–27.
6 Влияние концентрации антипирена и химической структуры жестких пенополиуретанов на их пожароопасность / Л. В. Лучкина [и др.] // Полимерные материалы
пониженной горючести : тр. VI Междунар. конф., Вологда, 14–18 мая 2011. – Вологда, 2011. – С. 43–45.
7 Цыганова, Е. А. Оксиэтилендифосфоновая кислота, ее аминные соли и ангидрид
борной и фосфоновой кислот, как антипирены для жестких пенополиуретанов : автореф. дис. … канд. хим. наук: 02.00.06 / Е. А. Цыганова, КГТУ. – Казань, 2001. – 16 с.
8 Weil, R. D. Commercial flame retardancy of polyurethanes / R. D. Weil, S. V. Levchik
// J. Fire Sci. – 2004. – № 22. – P. 183–210.
9 Пластмассы. Методы определения стойкости к горению : ГОСТ 28157–89. – Введ.
17.12.92. – Минск : Гос. ком. по стандартизации Респ. Беларусь, 1992. – 12 с.
10 Евсеев, Л. Д. О пожароопасности пенополиуретанов / Л. Д. Евсеев // Кровельные и
изоляционные материалы. – 2009. – № 4–6. – С. 8–11.
11 Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть : ГОСТ 30244–94. – Введ.
01.01.97. – Минск : М-во архитектуры и строительства Респ. Беларусь, 1997. – 28 с.
12 Богданова, В. В. Исследование эксплуатационных и огнезащитных свойств пенополиуретановых конденсированных пен / В. В. Богданова, М. М. Тихонов // Весцi
НАН Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. – 2013. – № 1. – С. 24–28.
13 Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения : ГОСТ 12.1.044–89. –
Введ. 01.01.91. – Минск : Гос. ком. по стандартизации Респ. Беларусь, 1991. – 104 с.
14 Шур, А. М. Высокомолекулярные соединения / А. М. Шур. – М. : Высш. шк.,
1971. – 515 с.
15 Тихонов, М. М. Огнепреграждающая композиция на основе жесткого напыляемого
пенополиуретана / М. М. Тихонов // Чрезвычайн. ситуации: предупреждение и ликвидация. – 2013. – № 1 (33). – С. 50–60.
16 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования : ГОСТ 30247.0–94. – Введ. 01.10.98. – М. : ГЦНИиПЭИКПСКиС, 1998. – 12 с.
17 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции : ГОСТ 30247.1–94. – Введ. 01.10.98. – М. : ГЦНИиПЭИКПСКиС, 1997. – 11 с.
63
М. М. ТИХОНОВ, В. В. БОГДАНОВА, О. Н. БУРАЯ
18 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость кабельных проходок и герметичных кабельных вводов : НПБ 237–97. – Введ. 01.09.97. – М. :
ВНИИПО МВД России, 1998. – 7 с.
Поступила в редакцию 08.11.2013
M. М. Tikhonov, V. V. Bogdanova, O. N. Buraya
DETERMINATION OF THE EFFICIENCY OF CONDENSED POLYMER
PEN FOR DISTRIBUTION RESTRICTIONS ON FIRE CABLE SHAFT OF CIVIL
BUILDINGS
The results of studies of the effect of flame retardants on the reaction parameters of
components, physical and chemical and fire resistant properties of a composite material
based on polyurethane foam sprayed mark «Izolan-125». The possibility of its use as fire
barriers to limit the spread of fire through cable mines civic buildings.
64
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.8
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИ ТОЛСТОГО ТЕЛА
ОГНЕТУШАЩИМИ ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИМИ СОСТАВАМИ
А. Я. ШАРШАНОВ, кандидат физико-математических наук, доцент
Ю. А. АБРАМОВ, главный научный сотрудник, доктор технических наук, профессор
А. А. КИРЕЕВ, кандидат химических наук, доцент
Национальный университет гражданской защиты Украины, г. Харьков
Для охлаждения горючих материалов и конструкций во время пожара предложено
использовать гелеобразующие системы, которые обеспечивают нанесение на защищаемые
поверхности стойкого слоя геля. Построена математическая модель, описывающая динамику охлаждения термически толстого тела гелеобразным слоем. Для этого процесс охлаждения массивного тела разбит на два последовательных этапа: а) прогрев влажного геля до
температуры «кипения» с последующим «выкипанием» жидкой фазы геля; б) остывание
массивного тела с отводом тепла во внешнюю среду через теплоизолирующий слой образовавшегося сухого геля.
Ключевые слова: гелеобразующие системы, гелевое покрытие, охлаждение горючих
материалов и строительных конструкций, математическая модель.
Введение
Охлаждение горючих материалов и конструкций во время пожара является
одним из основных условий его успешной ликвидации. В качестве огнетушащего
вещества в большинстве случаев используется вода, которая обладает уникально высокой охлаждающей способностью. Однако коэффициент использования воды при
тушении пожаров обычно не превышает 10 % [1]. Как известно, она имеет тот недостаток, что стекает с наклонных и вертикальных поверхностей. Это приводит к
необходимости один и тот же объект обрабатывать водой многократно, что существенно уменьшает возможности оперативной огнезащиты.
Ранее для повышения эффективности пожаротушения были предложены огнетушащие гелеобразующие системы (ГОС) [2]–[4]. Они представляют собой два
раздельно хранимых и раздельно-одновременно подаваемых состава. Первый состав
представляет собой раствор гелеобразующего компонента, второй состав – раствор
катализатора гелеобразования. При одновременной подаче двух растворов они смешиваются на горящих или защищаемых поверхностях. Между компонентами растворов происходит взаимодействие, приводящее к образованию стойкого геля. Гель
образует на поверхности нетекучий огнезащитный слой, который надежно удерживается на вертикальных и наклонных поверхностях.
Преимущество ГОС перед водой заключается в существенном уменьшении потерь огнетушащих веществ, связанных с его стеканием с наклонных и вертикальных
поверхностей. Применение ГОС при тушении пожаров позволяет не только уменьшить
расход огнетушащих веществ, но и уменьшить убытки от залива низлежащих этажей.
65
А. Я. ШАРШАНОВ, Ю. А. АБРАМОВ, А. А. КИРЕЕВ
Вопрос о динамике охлаждения объектов, обработанных ГОС, до настоящего
времени не был рассмотрен. Для оценки параметров охлаждения тел гелеобразными
слоями целесообразно провести математическое моделирование такого процесса.
Основная часть
В работе данная проблема рассматривается как задача охлаждения массивного тела (полупространства), равномерно нагретого до температуры t0, превышающей
некий критический уровень tc, являющийся температурой равновесия паров воды с
влажным гелем. Для охлаждения тела на него наносится пленка влажного геля с
температурой tg0 < tc. Вследствие теплового воздействия со стороны охлаждаемого
тела гель сначала нагревается до температуры tc, а далее (в случае возможности отвода образующегося пара) «сушится»: происходит переход жидкой составляющей
геля в газообразную фазу с последующим удалением пара. В процессе охлаждения
массивного тела реализуются два последовательных этапа: а) прогрев влажного геля
до температуры tc с последующим «выкипанием» жидкой фазы геля; б) остывание
массивного тела с отводом тепла во внешнюю среду через теплоизолирующий слой
образовавшегося сухого геля. Опишем эти этапы подробнее.
А Сначала влажный гель образует на плоской поверхности массивного тела
плоскую пленку толщиной hg. Далее за счет тепла, поступающего от массивного тела, идет процесс прогрева пленки влажного геля до температуры tc. Его динамика
такова: сначала за пренебрежимо малое время температура геля в плоскости контакта гелиевой пленки с массивным телом (пространственная координата х = 0 на рисунке 1) достигает величины tc. Далее фронт критического прогрева (до температуры tc) движется по влажному гелю справа налево, при этом нарастание температуры
влажного геля справа от фронта пренебрежимо мало. На этой стадии испарение подавляется отсутствием возможности отвода пара. По достижению фронтом критического прогрева внешней границы гелиевой пленки (координата х = –h) на этой поверхности начинается процесс сушки геля с отводом образующегося пара во
внешнюю среду (влево). Далее соответствующий фронт высыхания геля, имеющий
ту же температуру tc, движется к массивному телу (слева направо), при этом пар отводится через формирующуюся пленку сухого геля. Процесс заканчивается по достижении фронтом высыхания границы массивного тела, температура которой весь
этап «А» сохраняет практически постоянную величину tc. В тоже время толщина
пленки h может изменяться.
qw
α
tf
x
–h
Рисунок 1 – Пространственная схема охлаждения
Мы предполагаем, что температурное поле t(х,τ) в массивном теле на протяжении обоих этапов охлаждения (А и Б) описывается линейным однородным уравнением нестационарной теплопроводности:
66
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИ ТОЛСТОГО ТЕЛА
ОГНЕТУШАЩИМИ ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИМИ СОСТАВАМИ
∂ 2 t ( x , τ)
∂t ( x, τ)
= a*
; 0 ≤ x < ∞,
∂τ
∂x 2
(1)
λ*
м2
,
– коэффициент температуропроводности; λ * и c∗′ – соотc∗′
с
ветственно коэффициент теплопроводности, Вт · м–1 · К–1, и удельная объемная изобарная теплоемкость, Дж · м–3 · К–1, защищаемого тела.
Граничным условием уравнения (1) в ходе всего процесса является ограничение величины температуры тела вдали от границы (при x → ∞). Ключевым обстоятельством, позволяющим аналитически описать температурное поле в массивном
теле в ходе этапа «А», является неизменность температуры тела на границе с гелем.
Она задает характерное только для этапа «А» второе граничное условие:
в котором a∗ ≡
t ( x, τ) x = +0 = tc .
(2)
Начальным условием задачи (1)–(2) принято однородное распределение температуры в защищаемом теле (0 < x):
t(x –Δτ) = t0,
(3)
где t0 – считающаяся известной начальная температура; Δτ – длительность этапа «А»,
начинающегося (при τ = –Δτ) с образования пленки влажного геля на поверхности массивного тела и заканчивающегося (при τ = 0) в момент полного высыхания геля.
Задача (1)–(3) является известной граничной задачей 1-го рода. Ее решение
имеет вид [1]):
⎞
⎛
x
⎟,
t ( x, τ) = t 0 + Δt c erfc⎜
⎜ 2 a (τ + Δτ) ⎟
*
⎠
⎝
(4)
где Δtc ≡ tc − t0 , а символом erfc(Z) обозначена дополнительная функция ошибок Гаусса от аргумента Z.
Для определения недостающей величины Δτ воспользуемся соображениями
энергетического баланса. Будем считать, что все изменения, происходящие с гелиевой
пленкой в ходе этапа «А», обеспечивались за счет потока тепла от массивного тела.
Теплота ΔEs, Дж · м–2, передающаяся из массивного тела в гель в расчете на
1 м2 площади контакта за время этапа «А», согласно закону Фурье (с учетом формулы (4)) равна:
0
∂t ( x, τ)
ΔE s = ∫ λ *
∂x
− Δτ
0
dτ =
x =0
∫
− Δτ
λ * Δt c dτ
πa* (Δτ + τ)
=
2λ * Δt c Δτ
πa*
.
(5)
Эта теплота идет на нагревание влажного геля до температуры tc и дальнейшую полную сушку его, в связи с чем
[
]
ΔE s = hg c′p. g (t c − t g 0 ) + k m ρ g ΔH g ,
(6)
где c′p. g – удельная объемная изобарная теплоемкость влажного геля, Дж · м–3 · К–1;
ρ g – плотность влажного геля, кг · м–3; km – массовая доля влажного геля, переходящая в пар при полной сушке геля; ΔHg – теплота, Дж · кг–1, идущая на получение 1 кг
пара из влажного геля при температуре tc.
67
А. Я. ШАРШАНОВ, Ю. А. АБРАМОВ, А. А. КИРЕЕВ
Сопоставление соотношений (5), (6) дает оценку длительности этапа «А»:
[
]
2
πa ⎧ hg c′p. g (t c − t g 0 ) + k m ρ g ΔH g ⎫
Δτ = * ⎨
⎬ , с.
4 ⎩
λ * (t 0 − t c )
⎭
(7)
Перейдем к этапу «Б», реализующемуся при τ ≥ 0. На этом этапе в области
массивного тела (x > 0) сохраняется вид уравнения (1) с ограничением величины
температуры при x → ∞ и начальным распределением температуры, определяющимся выражением (4) при τ = 0. В области сухого геля (–h < x < 0) температурное поле
подчиняется уравнению нестационарной теплопроводности:
∂ 2t ( x, τ)
∂t ( x, τ)
=a
; − h ≤ x ≤ 0,
∂τ
∂x 2
(8)
λ м2
,
– коэффициент температуропроводности; λ и c′ – соответстc′ с
венно коэффициент теплопроводности, Вт · м–1 · К–1; и удельная объемная изобарная
теплоемкость, Дж · м–3 · К–1, сухого геля.
Граничные условия к уравнению (8) имеют известный вид. Так, на границе
геля с внешней средой (х = –h) граничное условие выражает непрерывность полного
потока тепла:
в котором a ≡
−λ
[
]
∂t ( x, τ)
= qw − α t (−h, τ) − t f ,
∂x x=− h
(9)
где qw – результирующая плотность потока излучения, падающего на поверхность,
Вт · м–2; α – коэффициент конвективной теплоотдачи с данной поверхности в воздух, Вт · м–2 · К–1; tf – температура окружающей среды, °С.
Условиями на границе сухого геля с массивным телом (х = 0) является непрерывность температуры и удельного теплового потока.
Начальным условием данной задачи может быть принято однородное распределение температуры в покрытии (–h < x < 0): t(x, 0) = tс. Отметим, что начальное
распределение температуры в сухом геле практически не влияет на вид поля t(х, τ)
при временах τ, превышающих характерное время прогрева покрытия:
τ0 ≡
h2
.
a
(10)
Описанная задача в случае постоянства величин а, a* , λ, λ* , qw, α, tf и t0 решается при помощи преобразования Лапласа, проведенного по временной переменной нестационарного поля t(x, τ) отдельно в областях –h < x < 0 и x > 0 [5]. В результате происходит переход к изображениям по Лапласу, удовлетворяющим линейной системе
обыкновенных дифференциальных уравнений относительно пространственной переменной х. Решив эту систему и совершив обратное преобразование Лапласа, мы получили, что в реализующихся пределах немалого критерия относительной тепловой акλ* c*′
тивности сред K ≡
и малого критерия Био задачи охлаждения покрытия средой
λ c′
αh
Bi ≡
<< 1 температура поверхности массивного тела на этапе «Б» имеет вид:
λ
68
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИ ТОЛСТОГО ТЕЛА
ОГНЕТУШАЩИМИ ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИМИ СОСТАВАМИ
τ0 τ
+
⎛ 1 τ0 ⎞
⎛
τ ⎞⎤
qw ⎞⎡
⎛
⎟ − e τ* τ* erfc⎜ τ + 1 0 ⎟⎥ +
t (0, τ) = t 0 − ⎜ t 0 − t f − ⎟ ⎢erfc⎜⎜
⎜ τ* 2 τ ⎟ ⎥
⎟
α ⎠⎢
⎝
⎝2 τ ⎠
⎝
⎠⎦
⎣
⎤
⎡
τ
τ* y
⎥
⎢ τ
⎛ τ ⎞ 1 e erfc( y )dy 2
⎛
τ ⎞⎥
τ*
⎢
⎜
⎟
⎜
⎟
.
+ (t 0 − t c ) e erfc⎜
− arcsin⎜
⎟ + π ∫ τ + Δτ
π
τ + Δτ ⎟⎠⎥
⎢
0
⎝ τ* ⎠
⎝
−y
⎥
⎢
τ*
⎦
⎣
(11)
Данное решение практически точно при временах τ >> τ0. При временах τ ~ τ0
оно имеет точность ~50 %. При необходимости повысить точность расчетов при малых временах (τ ~ τ0) необходимо в первую квадратную скобку формулы (11) добавлять соответствующее количество слагаемых ряда (12) с n = 1, 2 и т. д.:
∞
⎧1
I f (τ) = ∑ ⎨ n
n =0 ⎩ 2
n
∑ (−1)
k
k =0
⎫
n!
Ib(τ, k )⎬ ,
k!(n − k )!
⎭
(12)
где
⎛ 1 + 2k
Ib(τ, k ) ≡ erfc⎜⎜
⎝ 2
τ0
τ
⎞ (1+ 2 k )
⎟−e
⎟
⎠
τ0 τ
+
τ* τ*
⎛ τ 1 + 2k
erfc⎜⎜
+
2
τ
*
⎝
τ0
τ
⎞
⎟.
⎟
⎠
(13)
2
⎛
τ ⎞
λ c′
При записи (11), (13) используется параметр τ* ≡ ⎜ K 0 ⎟ = * 2 * , представ⎜ Bi ⎟
α
⎝
⎠
ляющий собой характерное время теплоотвода от массивного тела в охлаждающую
среду, с.
Рисунок 2 – Зависимость температуры поверхности массивного тела (°С)
от времени при охлаждении (с)
График зависимости t(τ) температуры поверхности массивного тела в течение
всего процесса охлаждения с участием геля представлен сплошной линией на рисунке 2.
При его построении выбраны типичные значения параметров: h = hg = 3 · 10–3 м;
ρg = 1250 кг · м–3; km = 0,75; c′p.g = 5 · 106, Дж · м–3 · К–1; ΔHg = 2 · 106, Дж · кг–1; tg0 = tf = 20 °С;
69
А. Я. ШАРШАНОВ, Ю. А. АБРАМОВ, А. А. КИРЕЕВ
t0 = 400 С; tс = 100 °С; λ = 0,25 Вт · м–1 · К–1; с' = 2,5 · 105, Дж · м–3 · К–1; λ* = 1,0 Вт · м–1 · К–1;
c*′ = 1,0 · 106, Дж · м–3 · К–1; qw = 0 Вт · м–2; α = 10, Вт · м–2 · К–1. Время нагрева и
сушки гелиевой пленки оказывается равным Δτ ≈ 400 с, а характерное время прогрева пленки сухого геля τ0 = 9 с. Этапу «А» отвечает временной интервал –Δτ < τ < 0,
этап «Б» протекает при τ > 0. На этот же график пунктирной линией нанесена зависимость температуры поверхности массивного тела tn(τ) в случае остывания без нанесения геля. Сравнение линий очень наглядно демонстрирует эффективность влажного геля как средства охлаждения поверхности.
Заключение
Таким образом, рассмотрен вопрос об охлаждении термически толстого тела
при нанесении на него гелеобразующего состава. Получены формулы расчета температуры охлаждаемой поверхности после образования на ней слоя влажного геля.
Продемонстрирована эффективность данного механизма охлаждения.
Основные условные обозначения
t – температура; t0 – начальная температура термически твердого тела; tc –
критический уровень температуры, при которой наступает равновесие паров воды с
влажным гелем (аналог температуры кипения воды); tg0 – начальная температура геля; tf – температура окружающей среды; х – пространственная координата; τ – временная координата; hg – толщина слоя геля; a* – коэффициент температуропроводности защищаемого тела; λ* – коэффициент теплопроводности защищаемого тела;
c*′ – удельная объемная изобарная теплоемкость защищаемого тела; а – коэффициент температуропроводности сухого геля; λ – коэффициент теплопроводности сухого геля; c′ – удельная объемная изобарная теплоемкость сухого геля; ΔEs – теплота,
передающаяся из массивного тела в гель в расчете на 1 м2 площади контакта за время этапа «А»; c′p.g – удельная объемная изобарная теплоемкость влажного геля; ρg –
плотность влажного геля; km – массовая доля влажного геля, переходящая в пар при
полной сушке геля; ΔHg – теплота, идущая на получение 1 кг пара из влажного геля
при температуре tc; qw – результирующая плотность потока излучения, падающего на
поверхность; α – коэффициент конвективной теплоотдачи с поверхности в воздух;
К – критерий относительной тепловой активности среды; Вi – критерий Био задачи
охлаждения покрытия средой.
Литература
1 Тарахно, О. В. Фізико-хімічні основи використання води в пожежній справі
/ О. В. Тарахно, А. Я. Шаршанов. – Харків : АГЗУ, 2004. – 252 с.
2 Способ тушения пожара и состав для его осуществления : пат. 2264242 РФ.
№ 2003237256/12, 2005.
3 Кірєєв, О. О. Обґрунтування вибору систем для дослідження явища гелеутворення
при розробці нових рідинних засобів пожежогасіння / О. О. Кірєєв, О. В. Бабенко
// Проблемы пожар. безопасности. – 2002. – Вып. 12. – С. 107–110.
4 Киреев, А. А. Исследование концентрационных областей быстрого гелеобразования в
огнетушащих системах на основе силиката натрия / А. А. Киреев, В. Н. Романов,
Г. В. Тарасова // Проблемы пожар. безопасности. – 2004. – Вып. 15. – С. 107–110.
5 Лыков, А. В. Теория теплопроводности / А. В. Лыков. – М. : Высш. шк., 1967. – 233 с.
Поступила в редакцию 30.09.2013
70
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИ ТОЛСТОГО ТЕЛА
ОГНЕТУШАЩИМИ ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИМИ СОСТАВАМИ
А. J. Sharshanov, J. A. Abramov, A. A. Kireev
MODELLING OF COOLING OF THERMALLY THICK BODY BY EXTINGUISHING GEL-FORMING COMPOSITIONS
For cooling of combustible materials and structures during the fire is suggested to
use the gel-forming systems, which ensure the application of the protected surfaces resistant layer of gel. A mathematical model describing the dynamics of cooling thermally thick
body dy gel layer. For this, the process of cooling of a massive body broken two consecutive stages: A) warm-up wet gel to boiling temperature, with the subsequent «boilsng-off»
liquid phase gel; B) the cooling of a massive body with a tap of the heat into the environment through the heat-insulating layer formed dry gel.
71
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 621.357.7:621
МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ ТОКОПРОВОДЯЩИХ МЕЖСОЕДИНЕНИЙ
В МАТЕРИАЛАХ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
Н. Н. ФЕДОСЕНКО, кандидат технических наук, доцент1
Н. А. АЛЕШКЕВИЧ, кандидат физико-математических наук, доцент1
П. В. АСТАХОВ, кандидат физико-математических наук, доцент2
А. Н. КУПО1
1
Учреждение образования «Гомельский государственный университет
имени Ф. Скорины», Республика Беларусь
2
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
Рассмотрен метод послойного формирования трехмерных токопроводящих межсоединений на кремниевых подложках, отличающийся тем, что для повышения адгезионных
свойств получаемых покрытий непосредственно на подложку наносится промежуточный
подслой титана, а в целях обеспечения высокой токопроводящей способности полученных
соединений процесс электрохимического осаждения сопровождается лазерной стимуляцией.
Ключевые слова: токопроводящие межсоединения, фотолитография, адгезия,
электрохимическое осаждение, лазерная стимуляция.
Введение
Наряду с тенденцией увеличения степени интеграции и миниатюризации изделий в микроэлектронике, растет спрос на повышение функциональности микросистем, улучшение их характеристик, повышение производительности и снижение
их себестоимости. В технологии изготовления изделий электронной техники более
половины производственных затрат приходится на долю фотолитографии.
В настоящее время особый интерес представляют технологии формирования
сквозных токопроводящих каналов, так называемых межсоединений. Известно, что
наиболее приемлемыми характеристиками обладают поверхностные структуры, сформированные на поверхности кремния фотолитографическим методом и покрытые слоем фоторезиста. При этом используемые фоторезисты должны обладать высокой чувствительностью к действию излучения, высокой стойкостью к плазмохимическому
травлению, малой дефектностью, высокой контрастностью, низкой чувствительностью
к изменению параметров фотолитографического процесса и т. п. [1]. В связи с этим
разработка и совершенствование технологий и материалов для создания сквозных токопроводящих каналов (межсоединений) является задачей весьма актуальной [2].
Основная часть
Основным материалом для формирования токопроводящих межсоединений
фотолитографическим методом является электроосажденная медь, которая имеет
низкое удельное сопротивление, высокую токонесущую способность, а сама техно-
72
МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ ТОКОПРОВОДЯЩИХ МЕЖСОЕДИНЕНИЙ
В МАТЕРИАЛАХ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
логия дает возможность дальнейшего масштабирования (т. е. уменьшения топологических размеров) и обладает достаточно высокой экономической эффективностью
[3], [4]. Кроме того, медные микро- и наноконтакты способны выдерживать высокие
плотности тока, что актуально при переходе к более компактным нанометровым
межсоединениям.
Проведенные ранее исследования [5] показали, что формирование медного
подслоя непосредственно на поверхности кремния с последующим нанесением и
проявлением фоторезиста не позволяет получить токопроводящие структуры с высокими электропроводящим и прочностными свойствами.
В целях повышения прочности адгезионного соединения полученных покрытий было принято решение нанести дополнительно, непосредственно на подложку,
промежуточный подслой титана с последующим нанесением слоя меди. С целью
выбора материала, обеспечивающего более высокие токопроводящие характеристики, непосредственно сами межсоединения формировались электрохимическим осаждением ряда металлов: медь, олово и серебро. Процесс электрохимического осаждения сопровождался лазерной стимуляцией.
Формирование промежуточных слоев «титан-медь» осуществлялось на базе
установки вакуумного напыления УВНИПА-1-001, содержащей газовый ионный источник ИИ-4-015, с помощью которого производится очистка и нагрев подложек;
источник плазмы стационарного катодно-дугового разряда с металлическим катодом
(титан/медь) [6]. Схема установки представлена на рисунке 1.
1
2
3
4
9
8
5
7
6
Рисунок 1 – Схема вакуумной установки, предназначенной
для формирования слоев титана и меди:
1 – магнитные катушки; 2 – электродуговой испаритель; 3 – источник плазмы;
4 – поток углеродной плазмы; 5 – ионный источник; 6 – предметный стол;
7 – смотровое окно; 8 – поток металла; 9 – вакуумная камера
Технология нанесения металлических слоев включала в себя несколько этапов и реализовывалась в следующей последовательности:
– откачка вакуумной камеры до остаточного давления 5 · 10–3 Па;
– очистка и нагрев подложки осуществлялись с помощью ионного источника
АИДА (Par = 6 · 10–2 Па, ток разряда 3 А, напряжение разряда 350 В). Очистка производилась в течении 15 мин;
73
Н. Н. ФЕДОСЕНКО, Н. А. АЛЕШКЕВИЧ, П. В. АСТАХОВ, А. Н. КУПО
– нанесение слоя титана катодно-дуговым методом с сепарацией капельной фазы. На стол с образцами подавался отрицательный потенциал смещения равный –200 В
(параметры работы дугового испарителя – ток дуги 90 А, напряжение 40 В). Время
нанесения слоя титана составляло 3 мин;
– нанесение катодно-дуговым методом слоя меди с сепарацией капельной фазы.
На стол с образцами подавался отрицательный потенциал смещения равный –150 В
(параметры работы дугового испарителя – ток дуги 70 А, напряжение 40 В). Время
нанесения слоя меди составляло 5 мин.
Далее на поверхности полученной двухслойной (Ti–Cu) структуры методом
центрифугирования формировали слой фоторезиста с последующим спеканием в
муфельной печи при температуре 90 ÷ 100 °С. Полученные образцы подвергались обработке ультрафиолетовым излучением через маску, представляющую собой матрицу
периодических структур с различным расстоянием между штрихами (до 10 штрихов
на один миллиметр). Проявление осуществлялось в 1%-м растворе гидроксида натрия. После «задубливания» пленка фоторезиста на поверхности медного подслоя
представляла собой чередование периодических структур с различным разрешением,
что давало возможность использовать полученные образцы для последующей электрохимической обработки с целью осаждения металлов в сквозные пустоты, сформированные в слое фоторезиста.
Электрохимическое осаждение меди, олова и серебра проводилось при стимуляции процесса лазерным излучением с длиной волны 1,06 мкм [7]. Используемая
лазерная установка характеризуется следующими параметрами: режим работы – импульсно-периодический; энергия лазерного излучения в импульсе составляет 12 Дж;
длительность импульса – (1 ÷ 4)10–3 с; частота следования импульсов – (1 ÷ 60) Гц.
В рамках экспериментальных исследований методом лазерного электролитического осаждения получена серия образцов медных, оловянных и серебрянных межсоединений в слое фоторезиста. Осаждение проводилось в течение 10 мин. Толщина
слоя электролита над катодом составляла 10 мм. Лазерное излучение фокусировалось
на поверхность катода в пучок с диаметром поперечного сечения d = 0,2 мм.
Структура полученного покрытия изображена на рисунке 2.
Медь
Фоторезист Медь Титан Кремний Рисунок 2 – Структура покрытия с периодическими межсоединениями
на поверхности кремния
Было установлено, что в зоне воздействия лазерного излучения характер поверхности контактной площадки существенно отличается от покрытий за пределами
этой зоны, а именно: формирующаяся под воздействием лазерного излучения поверхность характеризуется более высокой отражательной способностью, а значит,
гладкостью рельефа. Отличительной чертой медных покрытий является более существенное увеличение скорости осаждения в зоне локального осадка по сравнению с
74
МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ ТОКОПРОВОДЯЩИХ МЕЖСОЕДИНЕНИЙ
В МАТЕРИАЛАХ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
другими металлами, что объясняется, на наш взгляд, высоким значением коэффициента теплопроводности меди.
Были выполнены экспериментальные исследования по определению зависимости удельного поверхностного сопротивления R от плотности мощности W стимулирующего лазерного излучения для локальных осадков различных металлов. Для
определения поверхностного сопротивления был использован четырехзондовый метод. Результаты исследования приведены на рисунке 3.
12 Ом/квадрат
R,
10
8
медь
олово
6
серебро
4
2
0
1,5
2
2,5
3
3,5
2
4
W, 106 Вт/см
Рисунок 3 – Зависимость поверхностного удельного сопротивления
от плотности мощности лазерного излучения
Как видно из рисунка, поверхностное сопротивление локальных осадков металлов, полученных электрохимическим методом с использованием стимулирующего лазерного излучения с увеличением плотности мощности в интервале (1,5 ÷ 3,5)106 Вт/см2,
уменьшается и практически достигает значения, соответствующего идеально гладкой
поверхности, затем вновь возрастает. Эти результаты согласуются с динамикой характера микроструктуры локальных осадков, полученных при различных значениях
плотности мощности [7]. Увеличение плотности мощности лазерного излучения в
указанном диапазоне первоначально приводит к образованию более упорядоченной
микроструктуры, т. е. к формированию менее шероховатой поверхности, затем наблюдается деградация свойств и электрохимический осадок разрушается.
Заключение
Предложенный метод послойного формирования токопроводящих межсоединений на кремниевых подложках позволяет формировать трехмерные (сквозные)
контактные площадки, обладающие высокими адгезионными свойствами за счет использования титанового подслоя без потери электропроводящих свойств. Токопроводящие свойства полученных межсоединений (контактов) могут быть повышены за
счет использования в процессе электрохимического осаждения стимулирующего лазерного излучения. Стимулирующее действие лазерного излучения при соответствующем подборе режима облучения (плотность мощности порядка 3,5 · 106 Вт/см2)
приводит к улучшению морфологии поверхности и соответственно к уменьшению
поверхностного сопротивления пленок.
Литература
1 Зеленцов, С. В. Современная фотолитография : учеб.-метод. материал по программе повышения квалификации «Новые материалы электроники и оптоэлектроники
75
Н. Н. ФЕДОСЕНКО, Н. А. АЛЕШКЕВИЧ, П. В. АСТАХОВ, А. Н. КУПО
для информационно-телекоммуникационных систем / С. В. Зеленцов, Н. В. Зеленцова. – Н. Новгород, 2006. – 56 с.
2 Дубинин, М. В. Формирование наноразмерных медных межсоединений элементов
интегральных микросхем / М. В. Дубинин, В. Е. Борисенко // Докл. БГУИР. –
2011. – № 8 (62). – С. 34–38.
3 Edelstein, D. C. // IBM Res. Magazine. – 1997. – Vol. 16, № 4. – P. 773.
4 R. Rosenber [et al.] // Annu. Rev. Mater. Sci. − 2000. –Vol. 30.– P. 229.
5 Хмыль, А. А. Формирование трехмерных токопроводящих микроструктур на поверхности кремния / А. А. Хмыль, Н. Н. Федосенко, А. Н. Купо // Изв. Гомел. гос.
ун-та им. Ф. Скорины. – 2012. – № 6 (75). – С. 95–98.
6 Structure and Mechanical Properties of (Cu, Ti) – Binary Metal Doped Diamond-Like
Carbon Films / Xiaohong Jiang Bing Zhou1, Dzmitry G. Piliptsou, Aliaksandr V. Rahachou // Advanced Materials Research Vols. – 2011. – Р. 217–222 (Trans Tech Publications, Switzerland).
7 Технология и техника прецизионного лазерного модифицирования твердотельных
структур / А. П. Достанко [и др.] ; под общ. ред. А. П. Достанко и Н. К. Толочко. –
Минск : Технопринт, 2002. – 375 с.
Поступила в редакцию 03.10.2013
N. N. Fedosenko, N. A. Aleshkevich, A. N. Kupo
METHOD OF FORMING GANG INTERCONNECTIONS IN ELECTRONICS
MATERIALS
A method for forming three-layered conductive wiring on silicon substrates, characterized in that to improve adhesion of coatings applied directly to the substrate in between the titanium underplayed, and in order to ensure high current-carrying capacity of
the compounds of the electrochemical deposition process followed by laser stimulation.
76
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.8:614.8.086.3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ПЫЛИ – РАСЧЕТ ДАВЛЕНИЯ ВЗРЫВА
В ПОМЕЩЕНИИ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ
А. Л. БУЯКЕВИЧ, начальник кафедры
С. Н. БОБРЫШЕВА, профессор кафедры, кандидат технических наук, доцент
А. В. КОЛТУНЧИК, курсант
И. В. ВАШКЕВИЧ, курсант
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
В данной статье осуществлен анализ действующих технических нормативных правовых актов системы противопожарного нормирования и стандартизации Республики Беларусь, в которых рассматриваются вопросы определения категорий взрывопожарной и пожарной опасности помещений, связанных с обращением взрывопожароопасной пыли.
Выявлены недостатки в существующей методике определения расчетного избыточного давления взрыва и изложены требования, которые необходимо учитывать.
Ключевые слова: аэровзвесь, аэрогель, взрывопожароопасная категория помещения,
взрыв пыли, горючая пыль, максимальное давление взрыва,
пожароопасная категория помещения, пожароопасные свойства
пыли, стехиометрическая концентрация пыли.
Ведение
На территории Республики Беларусь расположено более 100 крупных промышленных предприятий, где в технологическом процессе обращаются или являются сопровождающим продуктом горючие пыли. Горючая пыль – дисперсная система,
состоящая из твердых частиц размером менее 850 мкм, находящихся во взвешенном
или осевшем состоянии в газовой среде, способная к самостоятельному горению в
воздухе нормального состава [1], [2].
Взрывы пыли связаны с большими материальными и финансовыми потерями
и человеческими травмами и жертвами. На территории Республики Беларусь наиболее ярким примером является пожар с несколькими каскадными взрывами, произошедший в 2010 г. на фабрике ДСП Холдинговой компании ЗАО «Пинскдрев», где
общий материальный ущерб составил 3 949 319 997 р. и было потерянно 14 человеческих жизней. Статистика чрезвычайных ситуаций в Европе и в мире в целом, связанных с взрывопожароопасностью пыли, также свидетельствует об актуальности
проблемы безопасности пылепроизводящих объектов.
Основная часть
Пожарная безопасность объектов обеспечивается проведением мероприятий,
исключающих возможность возникновения взрыва и пожара, либо обеспечивается
защита людей и материальных ценностей от этих опасных факторов [3]. Определе-
77
А. Л. БУЯКЕВИЧ, С. Н. БОБРЫШЕВА, А. В. КОЛТУНЧИК, И. В. ВАШКЕВИЧ
ние перечня таких мероприятий осуществляется с учетом категории по взрывопожарной и пожарной опасности. В соответствии с [4] по взрывопожарной и пожарной
опасности помещения с наличием взрывопожароопасной пыли относят к категории Б (взрывопожароопасная) или В1–В4 (пожароопасная).
Обеспечение безопасности помещений с взрывопожароопасной категорией
требует дополнительных финансовых затрат, так как необходимо предусмотреть дополнительные (относительно помещений, отнесенных к пожароопасной категории)
требования. Например:
– устройство полов, исключающих искрообразование при механических ударах [5];
– оборудование входов в эти помещения – тамбур-шлюзами [5];
– установка систем обеспечения взрывопредупреждения и взрывозащиты [6];
– оборудование автоматическими установками пожаротушения [7] и т. д.
От правильного определения категории по взрывопожарной и пожарной
опасности производственных и складских помещений с наличием взрывопожароопасных пылей зависит не только жизнь и здоровье людей и сохранность материальных ценностей, и пожарная безопасность объекта в целом, но и экономические
потери от необоснованных затрат на ее обеспечение.
Отнесение к взрывопожароопасной категории может осуществляться вероятностным и детерминированным методами. Вероятностный метод основан на определении вероятности возникновения взрыва [6], которая не должна превышать величины 10–6 в течение года. Методика определения вероятности возникновения взрыва
рассмотрена в ГОСТ 12.1.004–91 «Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования» [8].
Детерминированный метод определяет основным критерием для отнесения
помещения с наличием пыли к взрывопожароопасной или пожароопасной категории
величину расчетного избыточного давления взрыва пыли в состоянии аэрогеля, способной перейти во взвешенное состояние – аэровзвесь [9]. При этом необходимо
учитывать, что во взрыве могут участвовать как взрывоопасные (с нижним концентрационным пределом распространения пламени до 65 г/м3 [10]), так и пожароопасные пыли (с нижним концентрационным пределом распространения пламени, равном или большем 65 г/м3 [10]), так как и те, и другие относятся к горючим пылям [1].
Методика определения избыточного давления взрыва приведена в [4] и рассчитывается по формуле
ΔP =
mH т Р0 Z 1
,
Vсв ρ в C рT0 k н
(1)
где m – масса пыли, кг; H т – теплота сгорания, Дж/кг; Р0 – начальное давление, кПа
(допускается принимать равным 101 кПa); Vсв – свободный объем помещения, м3;
ρв – плотность воздуха до взрыва при начальной температуре Т0, кг/м3; Ср – теплоемкость воздуха, Дж/кг ⋅ К (допускается принимать равной 1010 Дж/кг ⋅ К); Т0 – начальная
температура воздуха, К; k н – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения
и неадиабатичность процесса горения, допускается принимать k н = 3; Z – коэффициент
участия взвешенной пыли во взрыве рассчитывается по формуле
Z = 0,5 F ,
(2)
где F – массовая доля частиц пыли размером менее критического, с превышением
которого аэровзвесь становится взрывобезопасной, т. е. неспособной распространять
78
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ПЫЛИ – РАСЧЕТ ДАВЛЕНИЯ ВЗРЫВА В ПОМЕЩЕНИИ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ
пламя. В отсутствие возможности получения сведений для расчета величины Z допускается принимать Z = 0,5.
Определение категорий помещений с наличием взрывопожароопасной пыли
(выполняемые для субъектов хозяйствования), а также анализ формулы (1) показал
ее несовершенство, а в некоторых случаях и недопустимость применения. Рассмотрим подробнее на следующем примере.
Исходные данные для примера:
– помещение размерами (длина, ширина, высота соответственно) L × B × H =
= 20 × 10 × 8 м;
– максимальная температура воздуха в помещении 38 °С или 311 °К (для г. Гомеля) [11];
– обращается древесная сосновая пыль Нт = 18731000 Дж/кг [12];
– количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг древесины, – 3,74 м3/кг
при влажности 20 % [13];
– плотность воздуха до взрыва – 1,134748 кг/м3 при Т0 = 38 °С;
– коэффициент участия взвешенной пыли во взрыве принимаем максимальным Z = 0,5.
Расчет давления взрыва пыли произведем последовательно для разного количества пыли с учетом того, что все другие параметры формулы (1) остаются неизменными.
Результаты расчета избыточного давления взрыва представлены в таблице 1 и
на рисунке 1.
Таблица 1 – Результаты расчета избыточного давления взрыва сосновой пыли
m, кг
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
∆Р, кПа 35
70 104 139 173 208 243 277 312 347 381 416 451 485 520 554
600
500
∆ P, кПа
400
300
200
100
0
0
50
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750
m, кг
Рисунок 1 – Изменение величины расчетного избыточного давления взрыва от массы пыли
Анализ проведенного расчета показал, что изменение (увеличение) величины
расчетного избыточного давления взрыва происходит линейно в зависимости от
увеличения массы пыли. При этом, увеличивая неограниченно массу пыли, увеличивается (согласно формуле 1 и рисунка 1) давление взрыва также неограниченно.
79
А. Л. БУЯКЕВИЧ, С. Н. БОБРЫШЕВА, А. В. КОЛТУНЧИК, И. В. ВАШКЕВИЧ
Так, увеличение массы пыли в помещении приводит к тому, что расчетное
избыточное давление взрыва пыли при ее содержании в количестве 800 кг составит
554 кПа, что не соответствует показателям пожарной опасности для пыли древесины
сосновой согласно [12], где отмечается, что максимальное давление взрыва составляет 520 кПа.
Максимальное давление взрыва определяется согласно [1] в лабораторных
условиях или расчетным путем, т. е. избыточное давление взрыва пыли, определенное расчетным методом по формуле 1 с учетом атмосферного давления, не должно
превышать величины максимального давления взрыва, установленного в лабораторных условиях согласно [1].
В реальных же условиях на давление продуктов взрыва в помещении влияет
множество факторов:
– физические свойства пыли (влажность, дисперсный состав пыли, наличие
горючих и негорючих частиц других пылей и др.) [14];
– наличие легкосбрасываемых конструкций;
– высота выхода пыли из аппаратов при аварии [15];
– скорость осаждения частиц пыли [14];
– объем помещения (формула 1), т. е. количество воздуха, участвующего во
взрыве пыли, и много др.
Следовательно, в реальных условиях давление взрыва пыли в помещении не
должно превышать максимального давления взрыва, установленного в лабораторных условиях.
Рассмотрим, как влияет объем помещения на объем воздуха, необходимого
для сгорания соответствующего количества древесной пыли. Результаты расчета
представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Результаты расчета объема воздуха, необходимого для сгорания сосновой
пыли
m, кг
V, м
3
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
187
374
561
748
935
1122 1309 1496 1683 1870 2057 2244 2431
В соответствии с расчетом объем воздуха, необходимый для сгорания 650 кг
сосновой пыли, составил 2431 м3, притом, что свободный объем помещения составляет 1280 м3. Так как воздуха недостаточно, то при взрыве внутри помещения сгорит
не вся пыль, т. е. во взрыве будет участвовать только такое количество пыли, которое соответствует стехиометрической концентрации. При определении давления
взрыва внутри технологического аппарата с наличием горючей пыли согласно [16]
данный фактор учитывается. При определении же давления взрыва в помещении
стехиометрическая концентрация пыли не учитывается. Следовательно, при расчете
массы пыли (при ее избытке) необходимо учесть только такое количество пыли, которое бы образовывало стехиометрическую концентрацию в воздухе помещения.
При этом необходимо также учесть следующий факт. Нужно различать стехиометрическую концентрацию, установленную в лабораторных условиях или расчетным
методом, и стехиометрическую концентрацию, определенную относительно нижнего концентрационного предела распространения пламени с использованием коэффициента учета количества пыли, участвующего во взрыве. Поэтому за стехиометрическую концентрацию (определяемую относительно нижнего концентрационного
предела распространения пламени) необходимо принять условную величину:
80
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ПЫЛИ – РАСЧЕТ ДАВЛЕНИЯ ВЗРЫВА В ПОМЕЩЕНИИ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ
Сст = 10 ⋅ НКПР,
(3)
где НКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени, г/м3.
Также отсутствует учет избытка массы пыли, не участвующей во взрыве. Так,
согласно [14] при испытаниях максимального давления взрыва полимеров установлено, что увеличение концентрации горючего (после стехиометрической концентрации)
приводит к незначительному росту максимального давления взрыва, а затем к незначительному уменьшению. Недостаток окислителя в этой области концентраций приводит к замедлению скорости горения и снижению температуры зоны горения.
Пункт А.3.1 [4] устанавливает предпосылки для определения массы горючей
пыли, которая может образовывать взрывоопасные пылевоздушные смеси:
– при отсутствии экспериментальных данных технологов о пыленакоплении
при нормальных режимах работы допускается принимать пыленакопление, равное
5 % от расчетного количества пыли, выделившейся из технологического оборудования при аварии;
– в момент расчетной аварии произошла плановая (ремонтные работы) или
внезапная разгерметизация одного из технологических аппаратов, за которой последовал аварийный выброс в помещение всей находившейся в аппарате пыли.
Как видно, данный пункт не учитывает вышеприведенные несоответствия
при определении массы горючей пыли, участвующей во взрыве.
Заключение
Проведенный выше анализ методики определения расчетного избыточного
давления взрыва пыли в помещении показал необходимость внесения изменений и
дополнений в п. А.3.1 [4] введением ограничений:
• 1-е ограничение – избыточное давление взрыва пыли не должно превышать
его избыточного максимального давления (установленного справочной литературой
или испытаниями);
• 2-е ограничение – в случае образования концентрации пылевоздушной смеси, превышающей стехиометрическую концентрацию, расчетное количество пыли,
участвующее во взрыве, не должно превышать стехиометрической концентрации
пылевоздушной смеси. При этом необходимо учесть, что стехиометрическая концентрация пылевоздушной смеси должна быть выше нижнего концентрационного
предела распространения пламени, определенного согласно формуле 3.
Необходимо провести исследования по определению массы пыли, участвующей во взрыве. Расчетное избыточное давление взрыва не должно превышать максимальное давление взрыва для данного вещества. Также необходимо установить
зависимость давления взрыва от количества пыли, не участвующего во взрыве при
превышении стехиометрической концентрации пыли в воздухе помещения, т. е. того
количества пыли, которое не смогло сгореть ввиду выгорания окислителя при горении стехиометрической пылевоздушной смеси.
Литература
1 Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения : ГОСТ 12.1.044–89. –
Переизд. с изм. № 1. – М. : ИПК Изд-во стандартов, 2006. – 99 с.
2 Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывобезопасность горючих пылей. Общие требования : ГОСТ 12.1.041–83. – Переизд. с изм. № 2. – М. : ИПК
Изд-во стандартов, 1990. – 14 с.
81
А. Л. БУЯКЕВИЧ, С. Н. БОБРЫШЕВА, А. В. КОЛТУНЧИК, И. В. ВАШКЕВИЧ
3 О пожарной безопасности : Закон Респ. Беларусь от 15.06.1993 г. № 2403-XII : с изм.
и доп., принятыми Законами от 03.05.1996 г. № 21 ; от 13.11.1997 г. № 87-З ; от
11.01.2002 г. № 89-З ; от 18.11.2004 г. № 338-З ; от 29.06.2006 г. № 137-З ; от 20.07.2006 г.
№ 162-З ; от 14.06.2007 г. № 239-З ; от 31.12.2009 г. № 114-З ; от 30.11.2010 г. № 196-З. –
Нац. Интернет-портал Респ. Беларусь [Электронный ресурс] / Нац. центр правовой информ. Респ. Беларусь. – Минск, 2005. – Режим доступа:
http://www.pravo.by. – Дата доступа: 26.09.2012.
4 Категорирование помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и
пожарной опасности : ТКП 474-2013 (02300). – Введ. 15.04.2013. – Минск : НИИ
ПБ и ЧС МЧС Респ. Беларусь, 2013. – 53 с.
5 Ограничение распространения пожара в зданиях и сооружениях. Объемно-планировочные и конструктивные решения. Строительные нормы проектирования :
ТКП 45-2.02-92–2007 (02250). – Введ. 01.07.2008. – Минск : Стройтехнорм, 2008. –
34 с.
6 Система стандартов безопасности труда. Взрывобезопасность. Общие требования :
ГОСТ 12.1.010–76. – Переизд. с изм. № 1. – М. : ИПК Изд-во стандартов, 2003. – 7 с.
7 Нормы пожарной безопасности Республики Беларусь. Область применения автоматических систем пожарной сигнализации и установок пожаротушения : НПБ 15–2007. –
Введ. 01.03.2008. – Минск : НИИ ПБ и ЧС МЧС Беларуси, 2008. – 44 с.
8 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования : ГОСТ 12.1.004–91. – М. : ИПК Изд-во стандартов, 1992. – 81 с.
9 Годжеллло, М. Г. Взрывы промышленных пылей и их предупреждение / М. Г. Годжелло. – М. : Изд-во М-ва коммунального хоз-ва РСФСР, 1952. – 138 с.
10 Таубкин, С. И. Пожар и взрыв, особенности их экспертизы / С. И. Таубкин. – М.,
1999. – 600 с.
11 Строительная климатология. Изменение № 1 СНБ 2.04.02–2000 = Будаўнічая
кліматалогія. Змяненне № 1 БНБ 2.04.02–2000. – Введ. 01–07–07. – Минск : М-во
архитектуры и стр-ва Респ. Беларусь, 2007. – 35 с. – (Нац. комплекс норм.-техн.
док. в стр-ве).
12 Корольченко, А. Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их
тушения : в 2 кн. / А. Я. Корольченко, Д. А. Корольченко. – М. : ПожНаука, 2004. –
1 кн. – 713 с.
13 Иванников, В. П. Справочник руководителя тушения пожара / В. П. Иванников,
П. П. Клюс. – М. : Стройиздат, 1987. – 288 с.
14 Корольченко, А. Я. Пожаровзрывоопасность промышленной пыли / А. Я. Корольченко. – М. : Химия, 1986. – 216 с.
15 Пушенко, С. Л. Оценка взрывопожароопасности производств, связанных с выделением горючих пылей : дис. … канд. техн. наук: 05.26.01 / С. Л. Пушенко. – М.,
1982. – 199 с.
16 Система стандартов пожарной безопасности. Пожарная безопасность технологических процессов. Методы оценки и анализа пожарной опасности : СТБ 11.05.03–
2010. – Введ. 01.01.2011. – Минск : Госстандарт : НИИ ПБ и ЧС МЧС Беларуси,
2010. – 76 с.
17 Тагиева, Л. В. Взрывобезопасность технологических процессов химикофармацевтических производств : учеб. пособие / Л. В. Тагиева, Л. Н. Константинова, В. И. Якимов ; Ленинград. хим.-фарм. ин-т. – Л. : ЛФФО, 1990. – 62 с.
Поступила в редакцию 30.10.2013
82
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ПЫЛИ – РАСЧЕТ ДАВЛЕНИЯ ВЗРЫВА В ПОМЕЩЕНИИ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ
A. L. Buyakevich, S. N. Bobrysheva, A. V. Koltunchik, I. V. Vashkevich
DETERMINING THE DUST MASS – CALCULATION OF EXPLOSION
PRESSURE IN CLOSED CONFINES BY MEANS OF DETERMINISTIC METHOD
The article presents the analysis of operating technical and legal instruments within
the system of fire safety regulations and standards of the Republic of Belarus which deal
with determining the categories of explosion and fire safety of dust containing closed confines. The shortcomings of the operating procedures of calculating explosion overpressure
are revealed, and suggestions for amending the requirements are made.
83
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 343:614.8
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНОВ ГОСУДАРСТВЕННОГО ПОЖАРНОГО
НАДЗОРА В УГОЛОВНОМ ПРОЦЕССЕ
И. Н. ЦЫКУНОВА, кандидат юридических наук, доцент1
А. Э. НАБАТОВА, кандидат юридических наук, доцент2
1
Учреждение образования «Гомельский государственный университет
имени Ф. Скорины», Республика Беларусь
2
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
Статья посвящена исследованию уголовно-процессуальной деятельности органов государственного пожарного надзора. Особое внимание уделено выделению и рассмотрению
направлений деятельности, осуществляемой государственными органами и должностными
лицами по уголовным делам о пожарах и нарушении противопожарных правил.
Ключевые слова: уголовный процесс, деятельность, органы государственного
пожарного надзора, органы дознания, преступления, связанные
с пожарами и нарушением противопожарных правил.
Введение
Органами государственного пожарного надзора в Республике Беларусь являются Министерство по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь; территориальные органы по чрезвычайным ситуациям; подразделения по чрезвычайным ситуациям [1, п. 1]. В соответствии со ст. 2, 14 Закона Республики Беларусь «Об органах и
подразделениях по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь» от 16 июля 2009 г.
№ 45-З на органы и подразделения по чрезвычайным ситуациям возлагается организация и осуществление в пределах своей компетенции производства по материалам и
уголовным делам [2].
Представляется необходимым определить цель исследования в статье. Она
заключается в определении функций должностных лиц государственного пожарного
надзора в уголовном процессе. Объектом выступает деятельность органов государственного пожарного надзора в уголовном процессе. Предметом исследования является нормативное правовое регулирование деятельности органов государственного
пожарного надзора в уголовном процессе.
Основная часть
Согласно п. 8 ч. 1 ст. 37 Уголовно-процессуального кодекса Республики Беларусь от 16 июля 1999 г. № 295-З (далее – УПК), а также Инструкции о порядке
приема, регистрации, учета и разрешения в органах и подразделениях по чрезвычайным ситуациям информации о пожарах и преступлениях, связанных с ними (далее –
Инструкция), органы государственного пожарного надзора являются государственными
органами и должностными лицами, уполномоченными законом осуществлять дознание
84
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНОВ ГОСУДАРСТВЕННОГО ПОЖАРНОГО НАДЗОРА В УГОЛОВНОМ ПРОЦЕССЕ
по уголовным делам о пожарах и нарушении противопожарных правил [3], [5]. В соответствии с требованиями ч. 2 ст. 37 УПК органы и должностные лица государственного пожарного надзора уполномочены осуществлять следующие виды деятельности в уголовном процессе: 1) прием, регистрация и рассмотрение заявлений и
сообщений о пожарах и нарушении противопожарных правил; 2) проведение проверки по заявлению или сообщению о преступлении, связанном с нарушением противопожарных правил, принятие по ним решения в соответствии со ст. 174 УПК;
3) производство неотложных следственных и других процессуальных действий по
уголовным делам о пожарах и нарушении противопожарных правил (ч. 2 ст. 37,
ст. 186 УПК).
Ч. 2 ст. 37 УПК называет еще один вид деятельности органов дознания в уголовном процессе – проведение необходимых оперативно-розыскных мероприятий и
принятие иных мер в целях обнаружения преступлений и выявления лиц, их совершивших, а также предупреждение и пресечение преступлений.
В соответствии со ст. 7 Закона Республики Беларусь «Об оперативнорозыскной деятельности» от 9 июля 1999 г. № 289-З право осуществлять оперативно-розыскную деятельность на территории Республики Беларусь предоставлено оперативным подразделениям восьми государственных органов: 1) органов внутренних
дел; 2) органов государственной безопасности; 3) органов пограничной службы;
4) Службы безопасности Президента Республики Беларусь; 4) Оперативноаналитического центра при Президенте Республики Беларусь; 5) органов финансовых расследований Комитета государственного контроля Республики Беларусь;
6) таможенных органов; 7) органов внешней разведки Министерства обороны Республики Беларусь [4].
Таким образом, на органы и подразделения по чрезвычайным ситуациям в
целом и на органы государственного пожарного надзора в частности, осуществление
оперативно-розыскной деятельности не возлагается ни Законом Республики Беларусь «Об оперативно-розыскной деятельности», ни Законом Республики Беларусь
«Об органах и подразделениях по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь». Поэтому предусмотренный п. 4 ч. 2 ст. 37 УПК вид деятельности органов дознания в
уголовном процессе – проведение оперативно-розыскных мероприятий – не может
быть возложен на органы государственного пожарного надзора, уполномоченные
осуществлять дознание по уголовным делам о пожарах и нарушении противопожарных правил.
Анализ положений п. 6 ч. 5 ст. 34, ч. 7 ст. 36, ч. 4 ст. 184, ч. 4 ст. 186 УПК позволяет выделить такой вид деятельности, осуществляемой органами и должностными лицами государственного пожарного надзора, действующими в качестве органа дознания, как исполнение письменных указаний прокурора и поручений
следователя о производстве следственных и иных процессуальных действий. Рассмотрим указанные выше виды уголовно-процессуальной деятельности органов и
должностных лиц государственного пожарного надзора.
1 Прием, регистрация и рассмотрение заявлений и сообщений о пожарах и
нарушении противопожарных правил регулируются ст. 172 УПК, а также Инструкцией. Информация, о пожарах и преступлениях, связанных с ними, принимается и
регистрируется в органах по чрезвычайным ситуациям круглосуточно. Согласно п. 2
Инструкции подразделяется на заявления и сообщения, являющиеся поводами к возбуждению уголовного дела; сообщения и другие сведения, не являющиеся поводами
к возбуждению уголовного дела, но требующие проверочных действий с целью установления признаков преступления или отсутствия таковых [5].
85
И. Н. ЦЫКУНОВА, А. Э. НАБАТОВА
При получении письменного заявления о пожаре или преступлении, связанном с ним, непосредственно от заявителя, оформлении протокола устного заявления,
явки с повинной работник органа по чрезвычайным ситуациям, в чьи должностные
обязанности входит прием заявлений и сообщений, обязан немедленно выдать заявителю талон-уведомление по форме. Заявитель расписывается на корешке талонауведомления с указанием даты и времени.
Письменные заявления, протоколы устного заявления граждан, сообщения
должностных лиц государственных органов и иных организаций о пожарах и преступлениях, связанных с ними, заявления о повинной, протоколы явки с повинной,
акты о пожарах, рапорты работников органов по чрезвычайным ситуациям при непосредственном обнаружении или выявлении ими пожаров и преступлений, связанных с ними, распространение такой информации в средствах массовой информации
немедленно регистрируются в соответствующем журнале [5].
2 Проведение проверки по заявлению или сообщению о преступлении, связанном с нарушением противопожарных правил, принятие по ним решения регулируются ст. 173, 174 УПК.
Под проверкой заявлений, сообщений о преступлении следует понимать уголовно-процессуальную деятельность, которая закреплена законодателем в ст. 173, 174
УПК. Но некоторые ученые делят ее содержание на определенные элементы и помимо
уголовно-процессуальной составляющей включают в нее административную (оперативно-розыскную) [6, с. 123]. По мнению ученого-процессуалиста И. Л. Петрухина,
деятельность по рассмотрению и проверке сообщений о преступлениях в стадии возбуждения уголовного дела, по существу, распадается на два элемента: 1) процессуальный (характеризующийся возможностью производства следственных действий);
2) непроцессуальный, который фактически выведен за рамки уголовного процесса,
что увеличивает сроки производства предварительного расследования [7, с. 65].
В процессе производства проверочных действий должностным лицам органа
дознания приходится составлять множество документов непроцессуального характера, которые в большинстве случаев не могут являться доказательствами. Чтобы
придать им форму доказательств, должностные лица органов дознания и предварительного следствия вынуждены повторно производить действия, направленные на
получение и закрепление доказательств после вынесения постановления о возбуждении уголовного дела (производить допрос опрошенных ранее лиц, акты ревизий
проверять путем проведения экспертиз и т. д.) [7, с. 66], т. е. осуществлять проверку
сведений, содержащихся в непроцессуальных документах, путем проведения следственных действий.
Чтобы исключить подобное дублирование, ряд процессуалистов предлагают
отказаться от предварительной проверки сообщений о преступлениях или сократить
ее сроки [8, с. 12], либо изъять ее из УПК, так как последняя носит «административнополицейский» характер и осуществляется непроцессуальными методами [9, с. 55].
Полагаем, институт проверки заявлений и сообщений о преступлении в уголовном процессе необходим, поскольку имеет свои конкретные задачи (направленные
на собирание данных, указывающих на наличие или отсутствие признаков преступления), способствует принятию решения о возбуждении либо об отказе в возбуждении
уголовного дела. Иначе возникают вопросы о том, что считать началом стадии предварительного расследования, можно ли проводить процессуальные действия, разрешенные до возбуждения уголовного дела в порядке ст. 173 УПК, а отказ в возбуждении уголовного дела как уголовно-процессуальный институт упраздняется.
86
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНОВ ГОСУДАРСТВЕННОГО ПОЖАРНОГО НАДЗОРА В УГОЛОВНОМ ПРОЦЕССЕ
Ч. 2 ст. 173 УПК содержит перечень действий, возможных для проведения до
возбуждения уголовного дела. В связи с чем должностные лица органа государственного пожарного надзора после принятия сообщения о преступлении к своему
производству на этапе сбора достаточных данных могут получать объяснения, образцы для сравнительного исследования, истребовать дополнительные документы,
назначать проверку финансово-хозяйственной деятельности, проводить осмотр места происшествия (пожара), трупа, местности, предметов, документов, освидетельствование, экспертизы, задержание и личный обыск при задержании, эксгумацию.
Согласно п. 35 Инструкции в ходе проверки (до возбуждения уголовного дела) заявления или сообщения:
1) устанавливаются время, место возникновения пожара, данные о его развитии и тушении; обстановка, события, обстоятельства и противопожарное состояние
объекта, имеющие причинно-следственную связь с возникновением пожара, его распространением и наступлением последствий; виновное(ые) лицо(а) в возникновении
пожара; вред, причиненный пожаром; причины и условия, способствовавшие возникновению и развитию пожара;
2) производятся осмотр места происшествия; составление планов и схем; получение объяснений свидетелей, потерпевших, участников тушения пожара, лиц,
ответственных за противопожарное состояние и охрану объекта; задержание лиц,
подозреваемых в совершении преступления; назначение пожарно-технической и
других экспертиз (при необходимости);
3) истребуются (при необходимости) заключения специалистов (электриков,
химиков, технологов и др.); техническая и другая документация объектов (технологические регламенты, паспорта на здания, оборудование, технические условия на
изделия, вещества и материалы), образцы материалов, веществ, изделий, устройств;
служебная документация (инструкции, докладные и служебные записки, должностные обязанности, приказы и распоряжения); акты (другие документы) ведомственного расследования пожара; предписания, заключения и постановления органов государственного пожарного надзора, дела об административных правонарушениях;
документы о вреде от пожара; другая документация, имеющая значение для правильного разрешения дела по пожару.
Результатом проверки заявлений (сообщений) о преступлении является итоговое решение, которое принимается компетентным лицом в течение трех суток.
В случаях, требующих проверки достаточности наличия или отсутствия оснований к
возбуждению уголовного дела, – не позднее десяти суток (ч. 1 ст. 173 УПК). В случае невозможности принятия решения в указанные сроки этот срок по материалам,
находящимся в органе дознания, может быть продлен прокурором до одного месяца.
В необходимых случаях вышестоящим прокурором срок проверки по заявлению,
сообщению о преступлении может быть продлен до трех месяцев (ч. 3 ст. 173 УПК).
Примечательно, что п. 36 Инструкции устанавливает: «продление прокурором срока
проверки по заявлению или сообщению осуществляется по письменному ходатайству начальника органа дознания, при этом проверка должна быть закончена в срок,
указанный прокурором, но не позднее трех месяцев».
В УПК не указаны конкретные случаи либо основания, в соответствии с которыми прокурор вправе продлить срок проверки до трех месяцев. Можно согласиться с мнением процессуалиста Б. А. Лукичева, что «применительно к преступлениям по делам о пожарах продление сроков проверки свыше 10 суток
представляется нецелесообразным, поскольку длительность рассмотрения заявления
(сообщения) о преступлении должным образом не влияет на мотивированность при87
И. Н. ЦЫКУНОВА, А. Э. НАБАТОВА
нимаемых по пожару решений, но может повлечь утрату возможности качественного сбора необходимых материалов, позволяющих установить причину пожара в
кратчайший срок. Кроме того, как представляется, длительные проверки отдаляют
начало расследования от момента совершения деяния и уже в силу этого затрудняют
установление и изобличение виновных» [10, с. 92].
При возбуждении уголовного дела выносится постановление, копия которого
в течение 24 ч направляется прокурору. Правом возбуждать уголовные дела действующее уголовно-процессуальное законодательство наделяет орган дознания, следователя, прокурора.
Органами дознания по уголовным делам о пожарах и нарушении противопожарных правил являются органы государственного пожарного надзора в соответствии
с административно-территориальным делением, а начальниками этих органов дознания – соответствующие главные государственные инспекторы по пожарному надзору.
Для возбуждения уголовного дела необходимо наличие двух составляющих:
повода и основания к возбуждению уголовного дела.
Поводами для возбуждения уголовного дела о пожарах и нарушении противопожарных правил служат: 1) заявления граждан; 2) явка с повинной; 3) письменное
сообщение должностных лиц государственных органов, иных организаций; 4) сообщение в средствах массовой информации; 5) рапорты работников органов по чрезвычайным ситуациям при непосредственном обнаружении сведений, указывающих на
признаки преступлений, связанных с пожарами (ст. 166 УПК, п. 3 Инструкции).
Основанием к возбуждению уголовного дела о преступлении, связанном с нарушением противопожарных правил, является наличие достаточных данных, указывающих на признаки преступления, при отсутствии обстоятельств, исключающих
производство по уголовному делу (п. 1 ст. 167 УПК). Поэтому к моменту принятия
решения о возбуждении уголовного дела не требуется наличие исчерпывающих сведений о составе преступления. Представляется, что достаточными данными для
принятия решения о возбуждении уголовного дела будут являться признаки объективной стороны состава преступления.
Признаками объективной стороны состава преступлений, связанных с пожарами и нарушением противопожарных правил, являются: 1) наличие крупного материального ущерба (оцененных в денежном выражении материальных ценностей, уничтоженных и (или) поврежденных вследствие непосредственного воздействия опасных
факторов пожара, огнетушащих веществ, мер, принятых для спасения людей и материальных ценностей); 2) множественность очагов пожара; 3) наличие травмированных
или погибших; 4) уничтожение или повреждение торфяников, леса [10, с. 81]; 5) наличие иных обстоятельств, указывающих на преступления, предусмотренные ст. 218,
219, 270, 276, 304, 307 Уголовно-процессуального кодекса Республики Беларусь.
По факту пожара, вред от которого не превышает десятикратного размера базовой величины на момент происшествия и при котором отсутствуют поводы и основания к возбуждению уголовного дела, процессуальное решение в соответствии со
ст. 174 УПК не принимается. В трехдневный срок с момента обнаружения пожара
лицо, производящее дознание, составляет мотивированное заключение (с указанием
соответствующих оснований), подлежащее утверждению начальником органа дознания. Материалы проверки должны содержать объяснение потерпевшего (если он
имеется) и сведения о причиненном вреде. При установлении нарушений противопожарных требований, послуживших причиной или способствовавших возникновению пожара, и лиц, совершивших эти нарушения, материалы рассматриваются в соответствии с административным законодательством (п. 37 Инструкции).
88
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНОВ ГОСУДАРСТВЕННОГО ПОЖАРНОГО НАДЗОРА В УГОЛОВНОМ ПРОЦЕССЕ
3 Производство неотложных следственных и других процессуальных действий по уголовным делам о пожарах и нарушении противопожарных правил (ч. 2
ст. 37, ст. 186 УПК).
В соответствии с ч. 1 ст. 186 УПК при наличии признаков преступления орган
дознания передает заявление или сообщение с собранными материалами проверки
по подследственности или возбуждает уголовное дело. Руководствуясь правилами
УПК, лицо, производящее дознание, по возбужденному уголовному делу производит
неотложные следственные и другие процессуальные действия для установления и
закрепления следов преступления. При этом УПК указывает, какие следственные и
другие процессуальные действия являются неотложными: осмотр, обыск, выемка,
наложение ареста на имущество, почтово-телеграфные и иные отправления, прослушивание и запись переговоров, предъявление для опознания, освидетельствование, задержание, применение меры пресечения и допрос подозреваемых, допрос потерпевших и свидетелей, получение образцов для сравнительного исследования,
назначение экспертиз. Указанный перечень следственных и других процессуальных
действий, которые органы дознания вправе производить в качестве неотложных, является исчерпывающим и расширительному толкованию не подлежит.
В соответствии с ч. 3 ст. 186 УПК по выполнении неотложных следственных
и других процессуальных действий, но не позднее десяти суток со дня возбуждения
уголовного дела орган дознания обязан передать дело следователю. Продлению этот
срок не подлежит. Если орган дознания выполнит неотложные следственные действия ранее этого срока, он обязан, не ожидая истечения десятидневного срока, немедленно направить уголовное дело следователю.
После передачи уголовного дела следователю орган дознания действует по
нему в зависимости от результата выполненной процессуальной деятельности. Если
по делу не представилось возможным установить лицо, совершившее преступление,
орган дознания обязан осуществлять оперативно-розыскные мероприятия для установления лица, совершившего преступление, уведомляя следователя о полученных
результатах. Поскольку, как было отмечено ранее, правом осуществлять оперативнорозыскную деятельность органы государственного пожарного надзора, действующие
в качестве органов дознания, не наделены, обязанность проводить оперативнорозыскные мероприятия для установления лица, совершившего преступление, на
них не может быть возложена.
Рассмотрим такой вид уголовно-процессуальной деятельности, осуществляемой органами и должностными лицами государственного пожарного надзора, как
исполнение письменных указаний прокурора и поручений следователя о производстве следственных и иных процессуальных действий.
Исполнение указаний прокурора и поручений следователя закреплено законодателем в п. 6 ч. 5 ст. 34, ч. 7 ст. 36, ч. 4 ст. 184, ч. 4 ст. 186 УПК. Однако из
содержания и сущности норм уголовно-процессуального закона не видно, что они
четко регламентируют форму и содержание таких поручений и указаний. В юридической литературе по данным вопросам высказаны разные мнения. Ряд процессуалистов полагает, что поручения органам дознания о производстве каких-либо действий
должны даваться следователем только в исключительных случаях, когда в силу уважительных причин отсутствует возможность производства или в связи с необходимостью проведения оперативно-розыскной деятельности [11]. Другие считают, что
дача следователем поручений допускается при условии, что не происходит отчуждения исключительных процессуальных полномочий следователя (переложения своих
функций на другого), неоправданного возложения на орган дознания несвойственных для него полномочий [12, с. 449].
89
И. Н. ЦЫКУНОВА, А. Э. НАБАТОВА
Несмотря на различие суждений по вопросу о пределах указаний прокурора и
поручений следователя органам дознания, необходимо согласиться с мнением одного из автора комментария к уголовно-процессуальному кодексу Российской Федерации К. Б. Калиновского, что следователь обязан лично выполнить процессуальные
действия и не имеет право поручить их выполнение лицу, производящему дознание,
когда: 1) необходимо произвести большой объем следственных действий; 2) следственные и другие процессуальные действия связаны с оценкой доказательств в их совокупности, т. е. с принятием решений, определяющих направление расследования
(например, допрос обвиняемого, предъявление обвинения, назначение экспертизы)
[12, с. 449].
В соответствии с требованиями УПК указания и поручения органам дознания
излагаются письменно и обязательны для исполнения (п. 6 ч. 5 ст. 34, ч. 7 ст. 36, ч. 4
ст. 184, ч. 4 ст. 186 УПК). В УПК перечень вопросов, по которым прокурор вправе
давать указания, а следователь – поручения органу дознания в связи с возбуждением
и расследованием уголовных дел, не установлен. Полагаем, следователь и прокурор
вправе давать поручения и письменные указания о производстве процессуальных
действий органам дознания по любым вопросам, возникающим в связи с расследованием уголовного дела, и требовать от них содействия. УПК не определяет срок
исполнения органами дознания указаний прокурора и порядок их исполнения. Поручения следователя подлежат выполнению в срок не позднее десяти суток, если иной
срок не согласован со следователем, давшим поручение. Представляется, что прокурор вправе установить срок исполнения органами дознания указаний, однако этот
срок не должен превышать десяти суток, как определено в ч. 4 ст. 184 УПК для исполнения поручений следователя.
Полагаем, исполнение указаний прокурора и поручений следователя о производстве следственных и иных процессуальных действий является самостоятельным
видом уголовно-процессуальной деятельности органов дознания, поскольку совокупность выполняемых ими процессуальных действий направлена на установление
обстоятельств, имеющих значение для уголовного дела.
Заключение
1 Анализ норм уголовно-процессуального закона позволил определить и раскрыть содержание следующих направлений деятельности органов государственного
пожарного надзора, осуществляемой в пределах производства по материалам и уголовным делам: 1) прием, регистрация и рассмотрение заявлений и сообщений о пожарах и нарушении противопожарных правил; 2) проведение проверки по заявлению
или сообщению о преступлении, связанном с нарушением противопожарных правил,
принятие по ним решения; 3) производство неотложных следственных и других
процессуальных действий по уголовным делам о пожарах и нарушении противопожарных правил; 4) исполнение письменных указаний прокурора и поручений следователя о производстве следственных и иных процессуальных действий.
2 Уголовно-процессуальная деятельность органов государственного пожарного надзора носит усеченный характер в силу следующих обстоятельств. Во-первых,
данные органы не имеют права осуществлять оперативно-розыскную деятельность.
Во-вторых, на практике отсутствует механизм реализации органами государственного пожарного надзора мер процессуального принуждения. В-третьих, дознание осуществляется лицами, не имеющими юридического образования, а перечисленные
выше виды уголовно-процессуальной деятельности требуют специальных познаний
в области уголовного процесса, криминалистики, уголовного права.
90
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНОВ ГОСУДАРСТВЕННОГО ПОЖАРНОГО НАДЗОРА В УГОЛОВНОМ ПРОЦЕССЕ
Таким образом, есть необходимость пересмотра законодательных положений
в части конкретизации и уточнения функций органов государственного пожарного
надзора в уголовном процессе.
Литература
1 О некоторых вопросах органов государственного пожарного надзора : постановление Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь от 11 мая
2011 г. № 25 : в ред. постановления от 15 июня 2011 г. № 35 // Эталон – Беларусь
[Электронный ресурс] / Нац. центр правовой информ. Респ. Беларусь. – Минск,
2013.
2 Об органах и подразделениях по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь : Закон Респ. Беларусь от 16 июля 2009 г. № 45-З : с изм. и доп. по сост. на 13 дек. 2011 г.
// Нац. Интернет-портал Респ. Беларусь [Электронный ресурс] / Нац. центр правовой информ. Респ. Беларусь. – Минск, 2013. – Режим доступа: http://www.pravo.by. –
Дата доступа: 10.07.2013.
3 Уголовно-процессуальный кодекс Республики Беларусь от 16 июля 1999 г. № 295-З :
принят Палатой Представителей 24 июня 1999 г. : одобр. Советом Респ. 30 июня
1999 г. : с изм. и доп. по сост. на 13 июля 2012 г. // Нац. Интернет-портал Респ. Беларусь [Электронный ресурс] / Нац. центр правовой информ. Респ. Беларусь. –
Минск, 2013. – Режим доступа: http://www.pravo.by. – Дата доступа: 10.07.2013.
4 Об оперативно-розыскной деятельности : Закон Респ. Беларусь от 9 июля 1999 г.
№ 289-З : с изм. и доп. по сост. на 13 дек. 2011 г. // Нац. Интернет-портал Респ. Беларусь [Электронный ресурс] / Нац. центр правовой информ. Респ. Беларусь. –
Минск, 2013. – Режим доступа: http://www.pravo.by. – Дата доступа: 10.07.2013.
5 Инструкция о порядке приема, регистрации, учета и разрешения в органах и подразделениях по чрезвычайным ситуациям информации о пожарах и преступлениях, связанных с ними : утв. постановлением М-ва по чрезвычайн. ситуациям Респ.
Беларусь от 27 янв. 2003 г. № 3 : с изм. и доп. по сост. на 28 дек. 2005 г. // Эталон –
Беларусь [Электронный ресурс] / Нац. центр правовой информ. Респ. Беларусь. –
Минск, 2013.
6 Рыжаков, А. П. Органы дознания в уголовном процессе / А. П. Рыжаков. – М. : Городец, 1999. – 360 с.
7 Петрухин, И. Л. Возбуждение уголовного дела по действующему УПК РФ
/ И. Л. Петрухин // Государство и право. – 2005. – № 1. – С. 64–70.
8 Володина, Л. М. Механизм обеспечения прав личности в российском уголовном
процессе : автореф. дис. … д-ра юрид. наук: 12.00.09. – Уголовный процесс. Криминалистика. Теория оперативно-розыскной деятельности / Л. М. Володина ; М-во
образования Рос. Федерации ; Уральская гос. юрид. акад. – Екатеринбург, 1999. –
48 с. // Юрид. Россия. Федерал. правовой портал (v.3.2) [Электронный ресурс]. –
Режим доступа: http://law.edu.ru/book/book.asp?bookID=1226045. – Дата доступа:
10.07.2013.
9 Вицин, С. Институт возбуждения дела в уголовном судопроизводстве / С. Вицин
// Рос. юстиция. – 2003. – № 6. – С. 54–56.
10 Лукичев, Б. А. Уголовно-процессуальная деятельность органов государственного
пожарного надзора и пути ее совершенствования : монография / Б. А. Лукичев. – Екатеринбург : Уральский ин-т Гос. противопожар. службы МЧС России, 2007. – 263 с.
11 Дербенев, А. П. Пределы поручений следователя органам дознания о производстве
розыскных действий / А. П. Дербенев // Правоведение. – 1983. – № 4. – С. 78–82.
91
И. Н. ЦЫКУНОВА, А. Э. НАБАТОВА
12 Смирнов, А. В. Комментарий к Уголовно-процессуальному кодексу Российской Федерации. Постатейный / А. В. Смирнов, К. Б. Калиновский ; под общ. ред. А. В. Смирнова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : КНОРУС, 2007. – 992 с.
Дата поступления 20.08.2013
I. N. Tsykunova, A. E. Nabatava
ACTIVITIES OF FIRE STATE OVERSIGHT IN CRIMINAL PROCEDURE
The article is devoted to the study of criminal procedure bodies of the state fire
supervision. Special attention is paid to the selection, and the Review of the activities
carried out by government and officials in criminal cases involving fires and violation of
fire safety regulations.
92
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
ОБРАЗОВАНИЕ
УДК 531.66
УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ЗАДАЧИ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ТЕМЫ
«ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В МЕХАНИКЕ» КУРСА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ
Д. В. КОМНАТНЫЙ, кандидат технических наук, доцент
Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет
имени П. О. Сухого», Республика Беларусь
В статье рассматривается вопрос об активизации работы студентов при проведении
практических занятий по курсу общей физики. Анализируется выбор задач, решение которых необходимо для закрепления раздела «законы сохранения в механике». Предлагается
использовать задачи, извлеченные из трудов выдающихся исследователей: физиков и механиков. Приведена подборка таких задач, посильных для студентов/курсантов высших технических и военных заведений. Выявлены особенности таких задач, способствующие повышению интереса учащихся к учебе и улучшению их знаний.
Ключевые слова: курс общей физики, решение задач, законы сохранения, ударные
процессы, задачи о расчете ударных явлений, связь с историей
науки, гуманитаризация.
Введение
Современные условия требуют обращать самое серьезное внимание на закрепление теоретических знаний путем решения задач при изучении курса общей физики в технических и военных учебных заведениях. Для достижения этой цели применительно к разделу «Законы сохранения в механике» в имеющихся учебных
пособиях традиционно предлагаются задачи по расчету процессов упругого и неупругого удара. Зачастую условия этих задач во многом надуманы, что снижает интерес студентов и курсантов к теме задачи и стремление к поиску решения. От преподавателя требуется отыскать и выбрать те задачи, рассмотрение которых
предоставит возможность заинтересовать учащихся, активизировать их мышление.
Постановка задачи
Опыт показывает, что студентов привлекает рассмотрение задач, которые
занимали существенное место в истории формирования механики и изучались в
свое время выдающимися исследователями. Для расширения кругозора студентов
и для формирования основ научного мышления полезно провести их учебу по тем
же этапам, по которым шло создание изучаемой науки. Поэтому рационально осуществить отбор тех задач об ударных явлениях, которые были поставлены при создании основ механики, а решение их крупными учеными послужило серьезному
прогрессу в этой области.
93
Д. В. КОМНАТНЫЙ
При этом не нужно опасаться рассматривать частично неупругий удар по гипотезе Ньютона. Хотя эта гипотеза имеет существенные недостатки, но и абсолютно
устаревшей ее считать не следует [1], [2]; во многих технических задачах она позволяет получить достаточно точные решения простыми средствами. Целесообразно
предложить студентам ознакомиться с гипотезой Ньютона самостоятельно по какому-либо пособию, а затем дать дополнительные разъяснения.
Основная часть
Анализ трудов выдающихся исследователей-механиков, а также обобщающих
работ по истории физики и механики позволяет выбрать и предложить для учебноисследовательской работы следующие задачи.
1 Задача об опыте Галилея. Опыт, поставленный Г. Галилеем для изучения
«силы удара», заключается в следующем [3]. К одному из плеч весов подвешены
один над другим два сосуда. В верхнем сосуде находится вода. Весы уравновешиваются; после чего в днище верхнего сосуда открывается кран. Галилей полагал, что
удар струи о дно нижнего сосуда вызовет нарушение равновесия. Но опыт показал,
что система остается в равновесии все время перетекания воды. В задаче требуется
объяснить наблюдаемое явление. Упрощенный анализ процессов в описанной системе дан в [4]. При анализе решения учащийся должен обратить внимание на то, что
начальное количество движения системы равно нулю, и таким образом, в процессе
переливания жидкости система остается в покое. Это обстоятельство приводит к
первоначальному выводу о справедливости закона сохранения количества движения.
2 Задача о выводе и проверке формул Карре для абсолютно упругого удара.
Эти формулы имеют вид [5]:
V1 = v1 −
2m2 (v1 + v2 )
;
m1 + m2
V2 = v2 −
2m1 (v1 + v2 )
,
m1 + m2
где V1, V2 – скорости тел после удара, м/с; v1, v2 – скорости тел до удара, м/с; m1, m2 –
массы тел.
Вывести их современный аналог для случаев удара вдогон и навстречу можно
путем алгебраических преобразований выражений для постударных скоростей при
абсолютно упругом ударе [6]. Анализ решения и сравнение его с результатом Карре
должны убедить учащегося в полезности приложения векторного исчисления к решению задач механики.
3 Задача И. Бернулли-отца об абсолютно упругом ударе шара по двум неподвижным шарам, симметрично расположенным относительно линии движения ударяющего шара. Задача очень часто помещается в пособия, но почему-то без указания
имени автора. Решение ее легко получить, применяя закон сохранения количества
движения и закон сохранения энергии [5].
4 Обобщенная задача об абсолютно упругом ударе шара по двум неподвижным шарам, расположенным под данными углами относительно линии движения
ударяющего шара (рисунок 1). Для простоты предполагается, что ударяющий шар
после удара продолжает движение по той же прямой, что и до удара. Эту задачу решали К. Маклорен и Ж.-Л. Даламбер [7].
94
УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ЗАДАЧИ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ТЕМЫ
«ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В МЕХАНИКЕ» КУРСА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ
Рисунок 1 – Обобщенная задача об абсолютно упругом ударе двух шаров
5 Задача об ударе по плоской фигуре [7]. По движущейся со скоростью v1
плоской фигуре ABCD массы M наносит удар материальная точка E массы m, движущаяся со скоростью v2 перпендикулярно основанию AD. Удар является абсолютно
неупругим. Для простоты полагаем, что фигура не приходит во вращение. Требуется
найти скорость фигуры после удара. Задача рассмотрена в «Динамике» Ж.-Л. Даламбера, и для ее решения достаточно применить закон сохранения количества движения в проекциях на оси Ox и Oy (рисунок 2).
Рисунок 2 – Задача об абсолютно неупругом ударе по плоской фигуре
6 Задача об ударе двух тел, вращающихся вокруг осей. Ее исследовал Ж.-Л. Даламбер [7]. В общем случае рассматривается частично неупругий удар. Поэтому для
решения задачи применяется теорема об изменении момента количества движения и
гипотеза Ньютона [6]. Система расчетных уравнений имеет вид:
J1 (Ω1 − ω1 ) = Br1;
J 2 (Ω 2 − ω2 ) = − Br2 ;
e=
r2Ω 2 − r1Ω1
,
r1ω1 − r2ω2
95
Д. В. КОМНАТНЫЙ
где J1, J2 – моменты инерции тел, кг/м2; Ω1, Ω2 – угловые скорости тел после удара,
рад/с; ω1, ω2 – угловые скорости тел до удара, рад/с, B – ударный импульс, Н · с;
r1, r2 – расстояния от осей вращения до точки удара первого и второго тела, м; e –
коэффициент восстановления.
7 Упрощение предыдущей задачи. Рассматривается абсолютно неупругий
удар двух материальных точек массы m1и m2, укрепленных на невесомых стержнях
длин r1 и r2. В этом случае из предыдущих уравнений легко усмотреть, что удар
происходит так, как если бы материальные точки были свободными [2]. Это решение было получено И. Бернулли-сыном, но неправильно обобщено им на общий случай, что вызвало критику Даламбера [7].
8 Доказательство первой теоремы Карно. Эта теорема гласит [8]: разность кинетической энергии двух тел до и после абсолютно неупругого удара (потерянная
энергия) определяется из соотношения:
2
1
mm
μ(v1 − v2 )
= 1 2 ,
; μ=
ΔT =
1
1
m1 + m2
2
+
m1 m2
где ΔT – потерянная кинетическая энергия, Дж.
Доказательство теоремы достаточно простое, проводится прямым вычислением потерянной кинетической энергии по определению.
9 Вывод формул для вычисления постударных скоростей в случае частично
неупругого удара вдогон. Дополнительно учащимся предлагается рассмотреть с их
помощью случай соударения двух тел, из которых одно покоится; причем масса покоящегося тела много меньше массы тела движущегося. Решение задачи получается
на основе закона сохранения количества движения и выражения для гипотезы Ньютона и имеет вид [6]:
V1 =
V1 =
(m1 − m2 e)v1 + m2 (1 + e)v2
m1 + m2
= v1 +
(m2 − m1e)v2 + m1 (1 + e)v1 = v
m1 + m2
2
+
(1 + e)(v1 − v2 ) ;
1+
m1
m2
(1 + e)(v1 − v2 ) .
1+
m2
m1
При рассмотрении указанного выше частного случая соударения V1 ≈ v1,
а V2 = v1 (1 + e ) >> v1. Таким образом, скорость ударяющего тела почти не изменяется,
а скорость тела ударяемого становится достаточно большой для его удаления с пути
первого тела. Рассматриваемая ситуация имела место при ударе быстро идущего поезда по препятствию на переезде. Она даже привлекла внимание Л. Н. Толстого, который поместил рассказ об этом происшествии в своей «Первой книге для чтения» [9].
10 Задача Гюйгенса. Три совершенно упругих шара с массами m1, m2 и m3 находятся в покое. Затем шар m2 налетает на шар m1 со скоростью v1. Какой должна
быть масса шара m2, чтобы шар m3 приобрел после столкновения с шаром m2 наибольшую скорость? Решение задачи дано в [10]. Это одна из немногих задач с историческим содержанием, помещенная в этом пособии.
Весьма часто рассматриваемая задача о центре удара также имеет историческую составляющую. Она была поставлена в XVII в. М. Мерсенном, а в ее решении
принимали участие Р. Декарт и Ж. Роберваль. Их решения имели значение не толь96
УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ЗАДАЧИ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ТЕМЫ
«ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В МЕХАНИКЕ» КУРСА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ
ко для развития теории удара, но и для создания теории колебаний физического
маятника [11].
Работа над перечисленными задачами будет привлекать учащихся в том случае, если им будут известны хотя бы основные сведения о жизни, деятельности и научных заслугах создателей этих задач. Тогда студенты/курсанты получат особенное
удовлетворение от результатов, не только добившись решения, но и успешно состязаясь с великими людьми, отчего должна повыситься их самооценка и стремление к
дальнейшей учебе.
Заключение
Таким образом, в статье показано, что в трудах выдающихся исследователей
можно подобрать задачи о расчете ударных процессов, доступные для решения студентами/курсантами при изучении физических основ механики. Многие из этих задач
имеют значение для исследования важных механических явлений, поэтому обучение
решению таких задач полезно для обеспечения должной подготовки инженеров.
Включение рассмотренных задач в пособия обеспечивает связь современного учебного курса с историей развития науки. Следовательно, происходит обогащение знаний
студентов/курсантов, повышается интерес к учебе. То, что предлагаемые задачи не
обезличены, а связаны с работами основоположников физики и механики, вносит гуманитарную составляющую в учебный курс, обращается не только к рассудку, но и к
чувству человека. Все вместе это должно способствовать успешному заложению знаний основ механики, что особенно необходимо в современных условиях, требующих
специалистов высокой квалификации и с большими творческими способностями.
Литература
1 Пановко, Я. Г. Введение в теорию механического удара / Я. Г. Пановко. – М. :
Наука, 1977. – 223 с.
2 Тарасов, В. Н. Теория удара в теоретической механике и ее приложение в строительстве / В. Н. Тарасов, Г. Н. Бояркин. – Омск : ОмГТУ, 1999. – 120 с.
3 Блудов, М. И. Беседы по физике. Ч. 1 / М. И. Блудов. – М. : Просвещение, 1984. –
207 с.
4 Перельман, Я. И. Знаете ли Вы физику / Я. И. Перельман. – М. : АСТ: Астрель :
Хранитель, 2007. – 381 с.
5 Яковлев, В. И. Начала аналитической механики / В. И. Яковлев. – М.-Ижевск : Ин-т
компьютерных исследований, 2002. – 352 с.
6 Пешль, Т. Техническая механика для инженеров и физиков / Т. Пешль. – М. : Гостехтеориздат, 1934. – 344 с.
7 Даламбер, Ж.-Л. Динамика / Ж.-Л. Даламбер. – Новокузнецк : Новокузнецкий физ.мат. ин-т, 2000. – 336 с.
8 Козлов, В. Соударение твердых тел / В. Козлов // Квант. – 1995. – № 4. – С. 48–52.
9 Перельман, Я. И. Занимательная механика / Я. И. Перельман. – М. : АСТ : Астрель :
Хранитель, 2007. – 246 с.
10 Методика решения задач механики / Белянкин А. Г. [и др.] ; под ред. А. Н. Матвеева. – М. : Изд-во МГУ, 1980. – 160 с.
11 Бублейников, Ф. Д. Физика и опыт / Ф. Д. Бублейников, И. Н. Веселовский. – М. :
Просвещение, 1970. – 272 с.
Поступила в редакцию 25.09.2013
97
Д. В. КОМНАТНЫЙ
D. V. Komnatny
EDUCATIONAL-RESEARCH PROBLEMS FOR CONSOLIDATION OF
COMMON PHYSICS COURSE THEME “CONSERVATION LAWS IN MECHANICS”
The question about student work activisation during practical studies of common
physics course is discussed in this article. The selection of problems, which solving is necessary for consolidation of section ”Conservation laws in mechanics” is analyzed. It is
proposed to use problems, extracted from transactions of outstanding researches – physicists and mechanicians. The collection of feasible for students of technical and military
high schools problems is presented. The differences of these problems, which promote to
raise students interest to studies and to improve they knowledge’s, are revealed.
98
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.8
ОСОБЕННОСТИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ РАБОТНИКОВ
ОРГАНОВ И ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ
ПО ПРОФЕССИИ РАБОЧИХ «СПАСАТЕЛЬ-ПОЖАРНЫЙ»
В. В. СИГНЕВИЧ
Государственное учреждение образования «Институт переподготовки
и повышения квалификации» МЧС Республики Беларусь, Минская обл., пос. Светлая Роща
На основе опыта проведения профессиональной подготовки работников органов и
подразделений по чрезвычайным ситуациям в ИППК МЧС Республики Беларусь по профессии «Спасатель-пожарный» в статье раскрываются проблемные вопросы подготовки по данной рабочей профессии. Рассматриваются требования, предъявляемые к специалистам
«Спасателям-пожарным». Рассматриваются составляющие готовности вновь принимаемых
работников к данному виду подготовки и предлагаются возможные пути решения проблемных вопросов, связанных с подготовкой по профессии «Спасатель-пожарный».
Ключевые слова: тарифно-квалификационная характеристика, профессиональная
подготовка, широкий спектр решаемых задач, высокие требования
заказчика обучения, практико-ориентированное обучение, производственная практика, квалификационный экзамен.
Введение
В современном мире по различным причинам (износ оборудования, неблагоприятные климатические условия, недостаток финансирования, человеческий фактор, несовершенство нормативно-правовой базы) происходит большое количество
аварий и катастроф.
Ежеминутно в мире гремят взрывы, возникают пожары, выбрасываются в окружающую природную среду сотни тонн вредных и опасных продуктов, происходят
аварии в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, что приводит к травмированию, заболеванию и гибели людей, уничтожению материальных ценностей,
огромным экономическим и экологическим потерям. Человечество вынуждено платить очень высокую цену за технический прогресс общества [1].
Основная часть
В Республике Беларусь в последние годы отмечается снижение количества чрезвычайных ситуаций и гибели в них людей. Так в 2012 г. в стране произошли 7425 чрезвычайных ситуаций (2011 г. – 8267), погиб 931 человек (2011 г. – 1110). В результате
действий подразделений МЧС спасены и эвакуированы более 6300 человек.
Подразделениями по чрезвычайным ситуациям в 2012 г. на ликвидацию пожаров осуществлено 34505 выездов, на проведение демеркуризационных работ 1108
выездов, для оказания помощи и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций
совершено 45587 выездов [2]. Как мы видим, эти количественные показатели значительны, спектр решаемых подразделениями МЧС задач широк.
99
В. В. СИГНЕВИЧ
МЧС Республики Беларусь и наше государство в целом нуждается в высокопрофессиональных специалистах, которые способны решать задачи как по тушению
пожаров, так и по ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного
характера различной степени сложности.
В этой связи одной из важнейших задач на современном этапе развития МЧС
является подготовка работников по профессии «Спасатель-пожарный» для обеспечения эффективной деятельности органов и подразделений по чрезвычайным ситуациям (далее – ОПЧС), подготовка кадров первичного звена с высоким уровнем профессиональной квалификации.
В ОПЧС Республики Беларусь после приема работника на службу с ним проводится первоначальная подготовка, которая включает три этапа: индивидуальное
обучение по месту службы, курсовое обучение, учебная практика [6].
Для решения данной задачи в соответствии с Кодексом Республики Беларусь
об образовании от 13 января 2011 г. № 243-З в ГУО «Институт переподготовки и повышения квалификации» МЧС Республики Беларусь (далее – Институт) организована и проводится подготовка работников ОПЧС по профессии рабочих «Спасательпожарный».
В 2011 г. педагогическим коллективом Института разработана тарифноквалификационная характеристика по профессии рабочих «Спасатель-пожарный»
7-го разряда, утвержденная Постановлением Министерства труда и социальной защиты Республики Беларусь от 1 декабря 2011 г. № 128, которая определила разряд
работ по уровню их сложности на основе описания основных, наиболее часто встречающихся работ [7].
Приведем перечень выполняемых работ из тарифно-квалификационной характеристики по профессии рабочих «Спасатель-пожарный» 7-го разряда. «Проведение
работ по локализации и ликвидации чрезвычайных ситуаций и тушению пожаров с
применением пожарно-технического вооружения, аварийно-спасательного инструмента, оборудования и снаряжения по поиску и спасению людей, эвакуации материальных ценностей. Определение наличия поражающих факторов и возможных путей
(вариантов) развития чрезвычайных ситуаций. Поиск пострадавших с использованием
подручных средств, специальной техники и оборудования. Извлечение пострадавших
из очага поражения и транспортировка их в безопасное место. Оказание первой медицинской помощи пострадавшим. Выполнение работ по вскрытию и разборке конструкций объектов чрезвычайных ситуаций. Несение дежурной службы на постах, в дозорах, во внутреннем наряде в соответствии с требованиями уставов и инструкций.
Техническое обслуживание, содержание в надлежащем состоянии, использование в
работе пожарно-технического вооружения, аварийно-спасательного инструмента,
оборудования и снаряжения, средств пожаротушения, связи, оповещения, проведения
радиационной и химической разведки, индивидуальной защиты, устранение неисправностей, не требующих специальной подготовки» [3].
В тоже время заказчики обучения – областные управления МЧС, имеющие
широкий спектр решаемых задач, предъявляют высокие требования к уровню подготовленности выпускников по данной рабочей профессии.
В этой связи большое значение имеет степень готовности самих слушателей к
обучению в Институте в рамках образовательной программы профессиональной
подготовки по профессии рабочих «Спасатель-пожарный» 7-го разряда.
Готовность – это активно-действенное состояние личности. По определению
Д. И. Уснадзе: «Готовность организма или субъекта к совершению определенного
действия или к реагированию в определенном направлении – установка». «Для го100
ОСОБЕННОСТИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ РАБОТНИКОВ ОРГАНОВ И ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ
ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ ПО ПРОФЕССИИ РАБОЧИХ «СПАСАТЕЛЬ-ПОЖАРНЫЙ»
товности к действиям нужны знания, умения, навыки, настроенность и решимость
совершить эти действия. Готовность к определенному виду деятельности предполагает наличие мотивов и способностей. Психологическими предпосылками возникновения готовности к выполнению конкретной учебной или трудовой задачи являются
ее понимание, осознание ответственности, желание добиться успеха, определение
последовательности и способов работы. Готовность обеспечивает достижение индивидом такого уровня развития, который необходим для успешной подготовки к определенному виду деятельности» [4].
М. А. Пасынкова выделяет две основные составляющие готовности к процессу обучения: физиологическую и психологическую.
Физиологическая готовность включает физическую готовность, уровень биологического развития, состояние здоровья.
Психологическая готовность состоит из личностной и интеллектуальной готовности [4].
Важной особенностью подготовки является конструктивное решение перманентно возникающего противоречия между высокими требованиями к уровню профессиональной подготовленности выпускников по профессии «Спасатель-пожарный»
со стороны заказчика и степенью готовности к обучению слушателей (рисунок 1).
Следует также отметить, что большинство слушателей, прибывающих на
обучение, не проходили срочную службу в Вооруженных Силах Республики Беларусь до принятия на службу в ОПЧС, а также имеют малый стаж службы в ОПЧС до
обучения (в среднем, стаж составляет 2 месяца). Как следствие этого, обучающиеся
не готовы к проживанию в отдалении от дома, на казарменном положении, в замкнутом коллективе, на ограниченной территории Института в течение всего периода
обучения и тяжело переносят значительные физические нагрузки, связанные с практическим обучением в рамках цикла специальных дисциплин.
ИППК МЧС
Слушатели:
Заказчики:
многие не проходили срочную
службу в Вооруженных
Силах Республики Беларусь
широкий спектр
решаемых задач
незначительный
практический опыт работы
испытывают значительные
психические и физические
нагрузки в период обучения
низкая степень готовности
к обучению
высокие требования
к выпускникам
Рисунок 1 – Схема взаимодействия ИППК МЧС, слушателей и заказчиков обучения
101
В. В. СИГНЕВИЧ
Для повышения уровня готовности слушателей, в частности, психологической готовности в Институте в 2012 г. введена должность психолога. Со слушателями проводится тестирование на определение стрессоустойчивости, занятия по психологической подготовке по теме «Психологическая подготовка к работе в условиях
чрезвычайных ситуаций», психологическое сопровождение слушателей в период
всего обучения. Занятия по психологической подготовке внесены в сетку расписания
занятий учебных групп.
Для повышения физической готовности значительное внимание уделяется
физической подготовке слушателей. В утреннее время с ними согласно распорядку
дня проводится зарядка. Со второй недели пребывания и до выпуска проводится
спартакиада по различным командным и индивидуальным видам спорта. Награждаются лучшие учащиеся, ведется рейтинг спортивных результатов, летопись рекордов
центра подготовки (таблица 1), результаты спартакиады отражаются на сайте института, к месту работы лучших учащихся посылаются благодарственные письма. Проведение спартакиады, в особенности процедура награждения победителей, создает
положительный климат в коллективе слушателей, а также мотивирует их на достижение положительного результата, в том числе в учебной деятельности.
Таблица 1 – Спортивные рекорды центра на 16.07.2013 г.
Фамилия, имя
Управление
Упражнение
Результат
Дата
Матусевич Александр
Минское
ГУМЧС
Бег 1000 м
2 мин 53 с
08.02.2012 г.
Буркун Денис
Минское
ОУМЧС
Подтягивание
на перекладине
40 раз
12.07.2012 г.
Зубков Андрей
Гродненское
ОУМЧС
Сгибание и разгибание рук в упоре
на брусьях
64 раза
06.11.2012 г.
Ботько Дмитрий
Гродненское
ОУМЧС
Бег 100 м
11,52 с
29.05.2013 г.
Брестское ОУМЧС
КСУ
90 раз
29.05.2013 г.
Пинчук Андрей
Гомельское
ОУМЧС
Рывок гири 16 кг
275 раз
07.06.2013 г.
Олешкевич Александр
Гродненское
ОУМЧС
Подъем по установленной трехколенной
лестнице
5,58 с
12.06.2013 г.
Сайко Семен
В основе подготовки «Спасателей-пожарных» лежит практико-ориентированное обучение, где 78 % занятий отводится на лабораторно-практические занятия.
Практические занятия проводятся на полигоне оперативно-тактической подготовки
института, где оборудованы 43 учебные площадки, на которых смоделированы различные аварийные ситуации. Учебная программа включает 530 учебных ч, из них
предметы общепрофессионального цикла составляют 8,4 %, предметы специального
цикла – 67,3 %, производственная практика в учебной пожарной аварийноспасательной части института составляет 22,8 % (рисунок 2). По итогам обучения
слушатели сдают квалификационный экзамен.
102
ОСОБЕННОСТИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ РАБОТНИКОВ ОРГАНОВ И ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ
ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ ПО ПРОФЕССИИ РАБОЧИХ «СПАСАТЕЛЬ-ПОЖАРНЫЙ»
8,4 %
предметы общепрофессионального цикла 23,8 % 67,8 %
Рисунок 2 – Распределение нагрузки по циклам подготовки
При проведении занятий со слушателями преподавателями Института используются интерактивные формы обучения, такие, как метод кейсов, дискуссии,
игровой метод, метод «мозгового штурма», тренинг.
Наряду с традиционным подходом в обучении (от теории к практике), обучение с использованием интерактивных образовательных технологий предполагает
формирование нового опыта у обучающихся посредством его практического применения с последующим теоретическим осмыслением [8].
Т. С. Панина и Л. Н. Вавилова выделяют следующие общие эффекты интерактивного обучения: интенсификация процесса понимания и усвоения материала,
повышение мотивации и вовлеченности слушателей в решение обсуждаемых проблем, способность мыслить неординарно и др. [5].
В период обучения в институте слушатели проходят производственное обучение. Развитая учебно-тренировочная база Института позволяет проводить производственную практику в учебной пожарной аварийно-спасательной части Института
(далее – УПАСЧ) в составе дежурной смены. Это позволяет адаптировать приобретенные раннее знания, умения и навыки к реальным практическим условиям, адаптироваться к дежурству в ночное время, принимать участие в тушении реальных пожаров в случае боевых выездов УПАСЧ. Под руководством опытных мастеров
производственного обучения (начальников дежурных смен УПАСЧ) и инструкторов
(командиров отделений УПАСЧ) слушатели проводят прием-смену дежурства, техническое обслуживание пожарно-технического вооружения и аварийноспасательного оборудования, отрабатывают нормативы боевого развертывания, ликвидацию различных смоделированных на многочисленных площадках полигона
оперативно-тактической подготовки чрезвычайных ситуаций, изучают документацию дежурных смен. На последнем дежурстве в УПАСЧ обучающиеся выполняют
квалификационную (пробную) работу. Мастера производственного обучения представляют слушателей на практическую часть квалификационного экзамена.
В период проведения квалификационного экзамена в работе комиссии принимают участие представители областных управлений МЧС – заказчики обучения.
По результатам проведения итоговой аттестации заказчиками обучения в случае необходимости высказываются предложения по корректировке учебной программы.
Члены квалификационной комиссии отмечают, что уровень подготовки слушателей от выпуска к выпуску неуклонно повышается. Наблюдается тенденция роста итогового среднего балла. Средний балл квалификационного экзамена по всем наборам составляет 7,28 баллов (7,23 – в 2012 г., 7,33 – в 2013 г.), представители областных
управлений подтверждают достаточный уровень подготовки «Спасателей-пожарных».
103
В. В. СИГНЕВИЧ
В конце обучения проводится церемония выпуска. В торжественной обстановке проводится построение работников института, исполняется государственный
гимн Республики Беларусь, знаменной группой вносится знамя института, выступают ветераны пожарной службы с напутствием перед выпускниками, вручаются свидетельства государственного образца. В заключение слушатели проходят торжественным маршем по плацу института.
Заключение
Обучение в институте работников МЧС по образовательной программе профессиональной подготовки рабочих «Спасатель-пожарный» является новым и перспективным направлением в развитии системы подготовки кадров первичного звена
для подразделений по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь.
Важной особенностью подготовки рабочих «Спасатель-пожарный» является
конструктивное решение противоречия между высокими требованиями к уровню
профессиональной подготовленности выпускников по профессии «Спасательпожарный» со стороны заказчика и степенью готовности к обучению слушателей
Литература
1 Шойгу, С. К. Учебник спасателя / С. К. Шойгу ; под общ. ред. Ю. Л. Воробьева. –
2-е изд., перераб. и доп. – Краснодар : Сов. Кубань, 2002.
2 Пресс-релиз об итогах работы МЧС в 2012 г. [Электронный ресурс]. – 2012. – Режим доступа: http://www.mchs.gov.by. – Дата доступа: 12.08.2012.
3 О внесении дополнений и изменений в некоторые постановления Министерства
труда Республики Беларусь и Министерства труда и социальной защиты Республики Беларусь : постановление М-ва труда и соц. защиты Респ. Беларусь от 1 дек.
2011 г. № 128 // Консультант Плюс: Версия Проф. Технология 2012 [Электронный
ресурс] / ООО «ЮрСпектр», Нац. центр правовой информ. Респ. Беларусь. –
Минск, 2012.
4 Пасынкова, М. А. Структура готовности к обучению в вузе (на примере военного
вуза) / М. А. Пасынкова // Вестн. ТГПУ. – 2013. – № 1. – С. 18–21.
5 Панина, Т. С. Современные способы активизации обучения : учеб. пособие / Т. С. Панина, Л. Н. Вавилова ; под ред. Т. С. Паниной. – 4-е изд., стер. – М. : Академия,
2008.
6 О внесении изменений и дополнений в Инструкцию по организации профессиональной подготовки в органах и подразделениях по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь : постановление МЧС Респ. Беларусь от 12 дек. 2007 г. № 117
// Консультант Плюс: Версия Проф. Технология 2012 [Электронный ресурс] / ООО
«ЮрСпектр», Нац. центр правовой информ. Респ. Беларусь. – Минск, 2012.
7 Об утверждении Общих положений Единого тарифно-квалификационного справочника работ и профессий рабочих (ЕТКС) : постановление М-ва труда и соц. защиты Республики Беларусь от 30 марта 2004 г. № 34 // Консультант Плюс: Версия
Проф. Технология 2012 [Электронный ресурс] / ООО «ЮрСпектр», Нац. центр
правовой информ. Респ. Беларусь. – Минск, 2012.
8 Гущин, Ю. В. Интерактивные методы обучения в высшей школе / Ю. В. Гущин
// Психол. журн. Междунар. ун-та природы, общества и человека «Дубна» [Электронный ресурс]. – 2012. – № 2. – Режим доступа: http://www.psyanima.ru/journal/
2012/2/index.php. – Дата доступа: 12.08.2012.
Поступила в редакцию 23.08.2013
104
ОСОБЕННОСТИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ РАБОТНИКОВ ОРГАНОВ И ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ
ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ ПО ПРОФЕССИИ РАБОЧИХ «СПАСАТЕЛЬ-ПОЖАРНЫЙ»
V. V. Signevich
FEATURES OF PROFESSIONAL TRAINING OF EMPLOYEES OF
EMERGENCY BODIES AND SUBDIVISIONS ON WORKING PROFESSION
“RESCUER-FIREFIGHTER”
Based on the professional training experience of employees of emergency bodies
and subdivisions in the IRPD of Belarus MES on profession “Rescuer-firefighter” the article reveals problematic issues of training on this working profession. The article considers
requirements for specialists “Rescuers-firefighters”. Discusses readiness elements of newly
hired employees for this type of training and proposes possible ways of the problem issues
solving related to the training on profession «Rescuer-firefighter».
105
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 378.147.31
ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МУЛЬТИМЕДИЙНОГО КОНТЕНТА
В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ
С. Н. БОБРЫШЕВА, профессор кафедры, кандидат технических наук, доцент
В. Б. БОДНАРУК, старший преподаватель
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
В статье рассматриваются вопросы применения мультимедийных средств в учебном
процессе. Подробно описаны достоинства и недостатки использования фильмов-лекций по
сравнению с традиционным способом изложения учебного материала. Представлены рекомендации по рациональному построению фильма-лекции.
Ключевые слова: образовательный процесс, мультимедийные средства, фильм-лекция.
Введение
Одной из мировых тенденций в развитии современного инженерного образования является распространение электронных и мультимедийных обучающих
средств [1]–[5].
Использование мультимедиа – закономерное направление совершенствования
образовательного процесса в вузе. Переход на четырехлетнее обучение, актуализация учебных программ с потребностями рынка образования, необходимость частого
повторения одинаковых лекций, отсутствие централизованного обеспечения средствами обучения приводят к тому, что в настоящее время нужно рассматривать большее количество учебных вопросов, использовать для доведения информации не
только голосовой канал, а и зрительные образы, т. е. фактически использовать видео
(рисунок 1).
Рисунок 1 – Примеры фильма-лекции: слева – пояснения на статичной картинке;
справа – видеофрагмент установки механизированного моста
106
ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МУЛЬТИМЕДИЙНОГО КОНТЕНТА В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ
Основная часть
Достоинства метода. Фильмы-лекции хорошо воспроизводятся на мультимедиаплеерах карманного формата, планшетных компьютерах, ноутбуках и даже на
смартфонах. Лекция может быть воспроизведена неограниченное количество раз в
обстановке, комфортной для обучаемого. В этом случае наиболее эффективно применение фильмов-лекций при дистанционном и заочном обучении. Такая практика в
течение нескольких лет осуществляется в Гомельском инженерном институте МЧС,
где общая продолжительность учебных фильмов по дисциплине «Пожарная аварийно-спасательная техника и связь» превышает 35 астрономических ч. Современные
учебные программы настолько насыщены, что делать пространный конспект лекции – непозволительная роскошь. На наш взгляд, конспект должен не дублировать
лекцию, а содержать некоторые замечания по ее содержанию, наименования основных вопросов, непонятные моменты, резюме лекции.
Фильм выверен по времени, в нем отсутствуют непроизводительные потери
времени (кашель, оговорки и т. д.). В процессе изготовления фильма материал многократно воспроизводится, что позволяет убрать даже мелкие шероховатости стиля
или изложения материала.
Недостаточное распространение компьютерных технологий в образовании,
в первую очередь, связано с отсутствием достаточных навыков работы с компьютером у профессорско-преподавательского состава, что вызывает подсознательное неприятие этого вида работы. Разумеется, этому надо учить, в том числе и преподавателей. Функции сценариста, режиссера, артиста и корректора совместить в одном
лице достаточно сложно, поэтому в некоторых вузах функции разработчика контента и оформителя-корректора разделены, что, безусловно, положительно сказывается
на качестве мультимедийной продукции.
Недостатки метода. Ряд преподавателей ВУЗов высказывает критические
замечания по поводу такого способа проведения лекций: в некоторой степени формализуется контакт с аудиторией, темп изложения не позволяет составлять пространные конспекты лекций, изготовление фильма-лекции – достаточно трудоемкий
процесс, который дополнительно никак не оплачивается, использование фильма для
преподавания исследовательской дисциплины затруднительно (хотя, весь образовательный процесс по характеру деятельности – это исследовательская работа для пока
еще недостаточно опытного интеллекта студента; критика исходила от преподавателя математики). По сравнению с обычной лекцией количество информации, подлежащей анализу, увеличивается в разы, и это вызывает некоторые проблемы при слабой мотивации обучающихся.
Обсуждение результатов
Об авторском праве. Роль преподавателя при проведении фильма-лекции заключается в комментировании некоторых моментов лекции, ответах на возникшие
вопросы, постановке задач, поддержании эмоционального контакта с аудиторией.
Изготовление фильма на одну лекцию занимает от 4 до 6 ч чистого времени при готовых презентациях и подобранных видеофрагментах. Но с пополнением библиотеки фильмов приобретается необходимый опыт, в некоторой степени снижаются трудозатраты. При столь существенных трудозатратах необходимо решать вопрос об
авторском праве.
О рациональном построении фильма-лекции. Технически лекция может состоять из одного фильма или набора видеофрагментов. Фрагменты видео снимаются
при помощи видеокамер, берутся из сторонних источников или изготавливаются на
107
С. Н. БОБРЫШЕВА, В. Б. БОДНАРУК
основе презентационных материалов для проведения лекции. Опыт использования
видео в образовательном процессе показывает, что наиболее эффективна та часть,
которая изготавливается преподавателем на основе презентационных материалов
для чтения лекций. При этом используется статическая картинка, на которой движется курсор в качестве указателя, оставляя или не оставляя за собой след. Для показа и рисования используются средства «Power Point». Все, что происходит на
экране компьютера и голос преподавателя с пояснениями, записывается с помощью
специализированных для этих задач программ, например, CamtasiaStudio. В дальнейшем видеофрагменты редактируются и из них составляется фильм-лекция.
Целесообразно разделять видеофрагменты по учебным вопросам. В таком
случае лекция представляет собой набор видеороликов, каждый из которых представляет собой отдельный учебный вопрос. Для показа этого набора можно использовать презентацию с гипертекстовыми ссылками или им даются имена, которые в
списке воспроизведения плеера, например, Windows Media, будут располагаться последовательно (проще говоря, их надо пронумеровать). В этом случае появляется
свобода маневра для составления лекции. И значительно облегчается поиск материалов во время подготовки к экзамену (нет необходимости просматривать целый
фильм из-за одного учебного вопроса).
Очень познавательно и эффектно смотрится переход от принципиальной схемы к чертежу и далее видеофрагменту использования технического средства, например, пожарной автолестницы или инженерной машины разграждения (рисунок 2).
Практика показала, что при разработке презентаций в среде Power Point (а любая
фильм-лекция начинается как презентация) следует избегать перенасыщения слайдов текстовой информацией, не использовать разные и сложные переходы между
слайдами, отказаться от использования анимации, созданной средствами Power
Point. Во-первых, это неоправданно трудоемко, а во-вторых, быстро утомляет обучаемых. Допустимы пояснения к схемам и чертежам, например, расшифровка позиций, без этого схемы и чертежи неинформативны в принципе.
Рисунок 2 – Пример презентации с использованием схемы, чертежа и видеофрагмента
108
ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МУЛЬТИМЕДИЙНОГО КОНТЕНТА В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ
О тестовых заданиях. В материалы, предназначенные для подготовки и дистанционного обучения, могут включаться тестовые задания. При этом предпочтения
целесообразно отдавать тем оболочкам для тестирования, которые позволяют создать исполняемый файл. Таким образом, снимается проблема использования теста
на разных компьютерах и исключается возможность несанкционированного вмешательства в тест.
Бытует точка зрения о том, что обучающиеся не должны знать вопросы теста.
На наш взгляд, это – в корне неверная позиция. Тестовая оболочка, например, KTC
Net 3, позволяет выбрать вопросы в случайном порядке и в случайном порядке поместить варианты предполагаемых ответов. Таким образом, исключается возможность зрительного «натаскивания» на тест.
Количество вопросов в базе вопросов должно быть максимальным. Чем больше
вопросов, тем глубже удается проверить уровень знаний. В настоящее время по дисциплине «Пожарная аварийно-спасательная техника» в базе находится более тысячи вопросов. Поэтому ответить на них, не зная содержания дисциплины, нереально.
Готовы ли обучаемые к внедрению инновационных технологий? Можно с
уверенностью сказать, что готовы. Если сейчас прочитать лекцию по дисциплине
«Пожарная аварийно-спасательная техника и связь» без использования проектора и
мультимедийных презентаций или фильма-лекции, то на лекции будет рассмотрено
процентов на 30–50 % меньше информации, а уровень усвоения материала будет катастрофически низким. Это специалисту можно сказать: «Рабочее колесо центробежного насоса закрытого типа, с двухсторонним подводом жидкости». А обучаемому нужно показать, как оно выглядит, и сначала на схеме еще и стрелочками
показать, а потом непосредственно на самом колесе, куда подходит и откуда выходит эта вода, подаваемая на тушение пожара.
Заключение
В идеале должна быть выстроена система мультимедийного образовательного
контента по следующим уровням: квалификационная характеристика специальности → образовательный стандарт по специальности → учебная программа дисциплины → тема дисциплины → учебный вопрос → руководство по эксплуатации конкретного технического средства → тест.
Такое построение образовательных ресурсов позволит не прекращать образовательный процесс и после окончания вуза. Разумеется, образовательный контент
должен быть доступен. Информация, закрытая множеством ограничений, в конечном итоге не работает на повышение профессионального уровня обучаемых, а значит ресурсы, затраченные на ее создание, израсходованы зря.
Использование мультимедийных образовательных материалов и видео, в частности, неизбежно и необходимо. В Гомельском инженерном институте в этом направлении ведется активная работа. Заинтересованные лица могут обращаться по
электронному адресу: bodnaruk7@gmail.com для обмена опытом и дальнейшего сотрудничества.
Литература
1 Приходько, В. Подготовка преподавателей технических дисциплин в соответствии
с международными требованиями / В. Приходько, А. Соловьев. // Высш. образование в России. – 2008 – № 10. – С. 43–49.
2 Берлев, С. В. Особенности применения видеоматериалов и учебных презентаций в
преподавании технических дисциплин / С. В. Берлев // Проблемы и перспективы
109
С. Н. БОБРЫШЕВА, В. Б. БОДНАРУК
развития образования : материалы междунар. заоч. науч. конф., г. Пермь, апрель
2011 г. – Т. II. – Пермь : Меркурий, 2011. – С. 184–186.
3 Чернышева, С. В. О внедрении e-learning в учебный процесс медицинских вузов
/ С. В. Чернышева // Изв. Алтай. гос. ун-та. – Режим доступа:
http://izvestia.asu.ru/2010/2-1/peda/TheNewsOfASU-2010-2-1-peda-09.pdf.
4 Демкин, В. П. Формы организации учебного процесса / В. П. Демкин, Г. В. Можаева // Организация учебного процесса на основе технологий дистанционного обучения : учеб.-метод. пособие. – Томский гос. ун-т. – Томск, 2003. – Режим доступа:
http://www.ict.edu.ru/ft/003625/2.html.
5 Свит, Т. Ф. Учебно-методическое обеспечение образовательного процесса в вузе
/ Т. Ф. Свит ; ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет
им. И. И. Ползунова», г. Барнаул // Гарантии качества профессионального образования : тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф., Барнаул, 2010 г. – Режим доступа:
http://elib.altstu.ru/elib/php5/disser/conferenc/2010/01/.
6 Кузнецов, Е. В. Использование новых информационных технологий в учебном
процессе / Е. В. Кузнецов // Юбилейный сб. тр. ученых РГАФК, посвященный
80-летию академии. – М., 1998. – Т. 5. – С. 78–84.
7 Каспаринский, Ф. О. (2007) Мультимедийные интерактивные ресурсы в образовательном процессе: реалии и перспективы развития / Ф. О. Каспаринский // Биологическое образование и общество знаний : материалы Всерос. конф., Брянск, 22–24 нояб.
2006 г. / Брянск. гос. ун-т им. Г. И. Петровского. – М. : МАКС Пресс, 2007. –
С. 166–182.
Поступила в редакцию 23.10.2013
S. N. Bobrysheva, V. B. Bodnaruk
MULTIMEDIA IN EDUCATIONAL PROCESS
The article considers the questions of application multimedia in educational process. Multimedia advantages and disadvantages are described in detail in comparison with
traditional method presenting of the material. Recommendations for rational construction
of movie-lecture are suggested.
110
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.841
ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕРАКТИВНЫХ МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ
(НА ПРИМЕРЕ ДИСЦИПЛИН НАДЗОРНО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ)
А. В. СУРИКОВ, начальник кафедры
И. В. ШЕСТИТКО, профессор кафедры, кандидат педагогических наук, доцент
Государственное учреждение образования «Институт переподготовки
и повышения квалификации» МЧС Республики Беларусь, Минская обл., пос. Светлая Роща
Представлены практические рекомендации по организации учебных занятий по дисциплинам надзорно-профилактического направления специальности «Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций», а также при повышении квалификации инженерноинспекторского состава отделов государственного пожарного надзора (ОГПН). Предложена
структура проведения занятия по изучению порядка рассмотрения проектно-сметной документации объектов строительства с применением интерактивных методов обучения.
Ключевые слова: надзорно-профилактическая компетентность, проектно-сметная
документация, интерактивные методы обучения, рефлексия.
Введение
Современная дидактика интенсивно развивается, обогащаясь новыми концепциями, подходами, технологиями обучения, отражающими запросы современной
педагогической реальности. В настоящее время преподаватель учреждения дополнительного образования специалистов должен иметь соответствующую профилю учреждения квалификацию (например, «инженер по предупреждению и ликвидации
чрезвычайных ситуаций») и квалификацию, свидетельствующую о наличии педагогического образования, так как на современном этапе развития педагогической
практики недостаточно быть компетентным в узкой профессиональной области (например, в области пожарной безопасности). Необходимо знать и владеть современными методами и технологиями организации учебного процесса, обладающими признаками интенсивности и эффективности в условиях ограниченности учебного
времени, постоянно изменяющегося и усложняющегося содержания. В условиях
реализации принципа развивающего обучения преподаватель учреждения дополнительного образования дипломированных специалистов обязан обеспечить максимальную активность самого слушателя в процессе формирования ключевых профессиональных компетенций, так как последние активизируются лишь в опыте
собственной деятельности. В соответствии с этим многие исследователи связывают
инновации в образовании с использованием интерактивных методов обучения.
Профессиональная компетентность государственного инспектора по пожарному надзору представляет собой выраженную способность специалиста применять
знания, умения и опыт для осуществления надзорно-профилактической деятельности по контролю обеспечения пожарной безопасности на объектах. Структура про-
111
А. В. СУРИКОВ, И. В. ШЕСТИТКО
фессиональной компетентности государственного инспектора по пожарному надзору включает интегральную совокупность специальных компетентностей: управленческой, нормативно-технической, надзорной, правовой и педагогической.
Нормативно-техническая компетентность представляет собой личностновыраженную способность государственного инспектора по пожарному надзору осуществлять детерминированную и расчетную деятельность по предупреждению нарушений требований системы противопожарного нормирования и стандартизации
при проектировании и строительстве объектов [1].
В данной статье приведен положительный опыт внедрения в образовательный
процесс ИППК МЧС Республики Беларусь интерактивных методов обучения при
проведении учебных занятий по специальности «Предупреждение и ликвидация
чрезвычайных ситуаций», а также при повышении квалификации инженерноинспекторского состава органов государственного пожарного надзора (ОГПН), в частности, практические примеры применения данных методов при изучении порядка
рассмотрения проектно-сметной документации.
Основная часть
Интерактивные методы основаны на принципах взаимодействия, активности
слушателей, опоре на групповой опыт профессиональной деятельности и обязательной обратной связи по итогам взаимодействия. Интерактивные методы позволяют в
полной мере реализовать в образовательном процессе специалистов рефлексивный
дидактический метод. Это способствует формированию у обучающихся рефлексивной компетентности на основе включения субъектов образовательного процесса во
взаимодействие по схеме сложной коммуникации в различных видах деятельности.
Анализ содержательно-целевого и операционально-деятельностного компонентов интерактивных методов позволяет утверждать, что они могут быть отнесены к диалоговым (полилоговым) методам. Данные методы рефлексивны по своей
сути. В них проявляется личностная рефлексия, связанная с индивидуальностью
обучающегося и его волевой направленностью, а также интеллектуальная рефлексия, позволяющая осуществить саморегуляцию мышления; кооперативная рефлексия, способствующая переосмыслению обучающимися структуры складывающегося взаимодействия, и коммуникативная рефлексия, с помощью которой происходит
формирование способности обучающегося видеть и оценивать себя, свои знания,
учебные действия с позиции другого человека.
При таком обучении формируются и развиваются такие качества, как самостоятельность слушателей, ответственность за принятие решений, познавательная,
творческая, коммуникативная, личностная активность, определяющие профессиональные качества специалиста МЧС.
На кафедре «Предупреждение чрезвычайных ситуаций» ИППК МЧС Республики Беларусь ведется активная работа по использованию на учебных занятиях интерактивных методов обучения, усиленных рефлексивным анализом состоявшегося
педагогического взаимодействия. Для этого на протяжении всего учебного занятия с
целью получения преподавателем информации о его ходе и предварительных результатах реализуется метод «Рефлексивная мишень».
Цель метода: активизация всех типов рефлексии в зависимости от выбора
критериев, предлагаемых для оценки; получение преподавателем информации о ходе, результатах занятия (взаимодействия).
Алгоритм проведения: преподаватель предлагает обучающимся при помощи
точки зафиксировать свою оценку предложенных критериев. Мишень предполагает
наличие четырех секторов, что предопределяет подбор четырех критериев для оцен112
ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕРАКТИВНЫХ МЕТОДОВ
ОБУЧЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ДИСЦИПЛИН НАДЗОРНО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ)
ки. Например, слушателям предлагается оценить: 1) подготовку к занятию;
2) выполнение индивидуального задания по теме; 3) доступность изучаемого материала; 4) интерес к изучаемой теме; 5) свою работу на занятии; 6) деятельность преподавателя на занятии; 7) формы и методы взаимодействия и т. д.
При коллективном использовании «Рефлексивной мишени» она может располагаться на доске. При этом названия критериев прописываются непосредственно на
листе. В этом случае применение метода целесообразно в конце.
В рассматриваемом ниже примере проведения учебного занятия слушателям
предлагалось дать свою оценку следующих критериев: оцените свою готовность к
занятию; оцените работу Вашей мини-группы, оцените работу всей группы; оцените,
насколько Вам понравилась форма проведения занятия.
Далее представим технологию проведения учебного занятия по рассмотрению
проектно-сметной документации объектов строительства с использованием интерактивных методов обучения (рисунок 1):
1 этап. Оценка готовности слушателей к занятию посредством «Рефлексивной мишени» (вопрос 1: «Оцените Вашу готовность к занятию»).
Рисунок 1 – Алгоритм проведения занятия
2 этап. Формирование малых учебных групп. Учебный взвод делится на малые учебные группы посредством использования метода «Собери определение».
Цель применения: создание малых групп.
Задачи: диагностика владения терминологией в соответствии с темой занятия
(в соответствии с изученным материалом на предыдущих занятиях, активизация
мышления слушателей, реализация «случайного выбора» состава рабочих групп).
Алгоритм проведения:
– преподаватель заранее готовит 4 определения по теме занятия (по количеству малых групп). Каждое определение делится на 5 частей (по количеству участников в малых группах). Каждая часть записана на отдельных листах (рисунок 2);
Например:
Рисунок 2 – Деление определений на части
113
А. В. СУРИКОВ, И. В. ШЕСТИТКО
– в начале занятия слушатели получают (выбирают) в случайном порядке
фрагмент определения (фразы);
– преподаватель предлагает слушателям, используя каждый фрагмент, собрать
данные определения. При сборе фразы целиком образовываются малые группы;
– представители групп зачитывают определения, объясняют содержание. При
необходимости исправляются ошибки.
Примечание. На данном занятии использовались 4 определения (по количеству малых групп):
• Пожарный извещатель – это устройство для формирования сигнала о пожаре.
• Устройства электроснабжения технических средств противопожарной защиты.
• Система передачи извещений о пожаре.
• Система оповещения людей о пожаре и управления эвакуацией.
3 этап. Решение инженерной задачи по рассмотрению соблюдения требований проектно-сметной документации объекта строительства в части соблюдения
требований ТНПА с помощью «Метода проектов».
Цель применения: формирование умений применять методику рассмотрения
проектной документации на предмет соответствия принятых проектных решений
техническим нормативным правовым актам (ТНПА) системы противопожарного
нормирования и стандартизации.
Задачи: развитие поисковых (исследовательских) умений и формирование навыков работы в сотрудничестве.
Алгоритм проведения:
– назначаются «главные эксперты» в каждой малой учебной группе, в обязанности которых входит контроль времени выполнения задания, организация обсуждения, проверка принятых решений участниками, представление результатов работы
группы;
– по распределенным между участниками перечням вопросов, подлежащим
проверке при рассмотрении проектно-сметной документации, в каждой малой группе проводится проверка проектных материалов с фиксацией нарушений. Каждый
участник малой группы отвечает за свой перечень вопросов;
– проверка результатов в каждой малой группе осуществляется совместно с
главными экспертами.
4 этап. Оценка работы малой учебной группы посредством «Рефлексивной
мишени» (вопрос 2: «Оцените работу Вашей мини-группы»).
5 этап. Обсуждение результатов с использованием метода «Миниконференция».
Цель применения: проверка найденных нарушений, обсуждение результатов.
Презентация результатов работы в малых группах.
Задачи: развитие умений и навыков публичного выступления и развитие навыков критического мышления.
Алгоритм проведения:
– «главные» эксперты каждой группы выступают с короткими сообщениями
по итогам работы «своих» групп;
– присутствующие (члены других групп) задают вопросы и высказывают собственное мнение об услышанном.
6 этап. Оценка работы всей учебной группы посредством «Рефлексивной
мишени» (вопрос 3: «Оцените работу всей группы»).
7 этап. Подведение итогов – сравнение полученных результатов в малых
группах с эталонным перечнем нарушений.
114
ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕРАКТИВНЫХ МЕТОДОВ
ОБУЧЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ДИСЦИПЛИН НАДЗОРНО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ)
Рисунок 3 – «Рефлексивная мишень»
8 этап. Оценка формы проведения учебного занятия посредством «Рефлексивной мишени» (вопрос 4: «Оцените, насколько Вам понравилась форма проведения
занятия»).
Примечание. Результаты, полученные по данной методике, представлены на
рисунке 3 (в реализации участвовали 72 слушателя).
Заключение
Применение интерактивных методов в обучении специалистов обеспечивает
формирование и развитие профессиональной компетентности специалиста, которая
выступает как:
– качество личности (ответственность, самостоятельность, толерантность,
способность к диалогу);
– способность (к обнаружению и постановке проблем, продуцированию идеи,
рефлексированию основания собственной деятельности);
– средство деятельности;
– результат (овладения действиями по осознанию себя как субъекта деятельности, фиксирования и оценки своих профессиональных приращений).
Интерактивное обучение при решении «классической» пожарно-технической
задачи, несомненно, выступает перспективным направлением интенсификации образовательного процесса специалистов МЧС.
Литература
1 Маковчик, А. В. Формирование профессиональной компетентности государственных инспекторов по пожарному надзору (в учреждении дополнительного образования специалистов) : автореф. дис. ... канд. техн. наук: 13.00.08 / А. В. Маковчик ;
Акад. последиплом. образования. – Минск, 2013. – 22 с.
Поступила в редакцию20.09.2013
А. V. Surikov, I. V. Shestitko
ORGANIZATION OF EDUCATIONAL TECHNOLOGY EXERCISES USING INTERACTIVE TEACHING METHODS (FOR EXAMPLE, THE DISCIPLINES OF SUPERVISORY AND PREVENTIVE PROFILE)
Provide practical recommendations on the organization of training sessions on the
disciplines of supervisory and preventive direction specialty "Prevention and elimination
of emergency situations", also professional development of fire inspectors. A structure of
classes to study the order of checking of design estimates for construction projects using
interactive teaching methods.
115
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 37.091.3:53.001.89
ФОРМИРОВАНИЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ КОМПЕТЕНЦИЙ
ИНЖЕНЕРОВ-СПАСАТЕЛЕЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ФИЗИКИ
О. А. АЛЕШКЕВИЧ, методист1
Н. А. АЛЕШКЕВИЧ, кандидат физико-математических наук, доцент2
Н. Н. ФЕДОСЕНКО, кандидат технических наук, доцент2
П. В. АСТАХОВ, кандидат физико-математических наук, доцент1
1
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
2
Учреждение образования «Гомельский государственный университет
имени Ф. Скорины», Республика Беларусь
Рассмотрены организационно-методические аспекты формирования исследовательских компетенций инженеров-спасателей в рамках изучения курса физики. Показано, что
исследовательские компетенции курсантов могут быть сформированы в процессе учебноисследовательской деятельности в рамках лекционных, практических и лабораторных занятий по физике посредством систематического анализа и выполнения творческих заданий,
решения учебно-исследовательских физических задач и выполнения экспериментальных
исследовательских работ.
Ключевые слова: компетентностный подход, образовательный процесс, исследовательская
компетенция, физическое образование, учебно-исследовательская
задача, образовательные технологии.
Введение
На современном этапе развития высшего технического образования в системе
подготовки инженерных кадров все более доминирует компетентностный подход.
Это обусловлено тем, что выпускник учреждения высшего образования в условиях
жесткой конкуренции на рынке интеллектуального труда может быть профессионально успешным, если он будет обладать профессионализмом и компетентностью в
широкой предметной области, профессиональной мобильностью, умением адаптироваться к быстро изменяющимся инновационным процессам и социальноэкономическим условиям [1], [2].
В этих условиях важнейшей задачей учреждений высшего образования является вовлечение студентов и курсантов в исследовательскую деятельность. В процессе обучения необходимо вооружить будущего специалиста основополагающими
знаниями, научить сознательному, творческому применению знаний в практической
деятельности, выработать у обучающихся потребность в систематическом самосовершенствовании профессиональных компетенций и самообразовании.
Особую значимость данная задача приобретает в учреждениях высшего образования силовых структур, поскольку от профессионализма их выпускников зачастую зависит жизнь людей, что в полной мере относится и к подготовке специалистов
116
ФОРМИРОВАНИЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ КОМПЕТЕНЦИЙ ИНЖЕНЕРОВ-СПАСАТЕЛЕЙ
ПРИ ИЗУЧЕНИИ ФИЗИКИ
для Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь. Специалист,
обладающий исследовательской компетенцией, умеет самостоятельно продуктивно
анализировать фактическую информацию, создавать и выбирать новые, более эффективные алгоритмы, ресурсы, технологии для решения поставленных задач [3].
Основная часть
Основополагающая роль в формировании исследовательских компетенций,
творческих навыков и умений студентов и курсантов традиционно отводится научно-исследовательской работе студентов (НИРС), которая является одной из важных
форм образовательного процесса. Выполняя научно-исследовательские работы
(НИР), обучаемый развивает не только самостоятельность суждений, умение отстаивать свою точку зрения, но и творческое мышление.
Несмотря на существующее многообразие организационных форм и методов
реализации НИРС, по отношению к образовательному процессу ее принято делить на
три категории: научно-исследовательская работа, включенная в образовательный процесс; научно-исследовательская работа, дополняющая образовательный процесс; научно-исследовательская работа, проводимая параллельно с образовательным процессом.
К научно-исследовательской работе, включенной в образовательный процесс,
относится выполнение творческих заданий на практических и семинарских занятиях,
лабораторных работ, содержащих элементы научных исследований, выполнение
курсовых и дипломных работ, имеющих реальный научно-исследовательский характер, а также практическая научно-исследовательская деятельность в рамках производственных и преддипломных практик.
Научно-исследовательская работа, дополняющая образовательный процесс,
включает в себя участие студентов в работе научных семинаров, студенческих научно-исследовательских лабораторий и конструкторских бюро, участие в научных и
научно-методических конференциях, конкурсах и олимпиадах, подготовку рефератов и сообщений по темам, вынесенным для самостоятельного изучения, а также
подготовку тезисов и статей по результатам НИР.
К научно-исследовательской работе, осуществляемой параллельно образовательному процессу, целью которой является повышение уровня научной квалификации
студентов и приобретение навыков коллективной научной деятельности, относится участие в выполнении бюджетных и внебюджетных НИР под руководством преподавателей кафедр и сотрудников научно-исследовательских лабораторий, а также выполнение
собственных НИР при получении гранта на исследовательскую работу.
Не вызывает сомнения тот факт, что НИРС, дополняющая образовательный
процесс, является наиболее эффективной формой исследовательской деятельности,
позволяющей студенту непосредственно в процессе выполнения конкретной исследовательской работы приобретать необходимые навыки и умения, которые пригодятся ему в дальнейшей профессиональной деятельности. Однако серьезной причиной, препятствующей более активному вовлечению студентов во внеаудиторные
формы научно-исследовательской деятельности, является не только большая академическая загруженность студентов и преподавателей, но и недостаточное финансирование бюджетных и внебюджетных НИР. Кроме того, как показывает практика
последних лет, у подавляющего большинства студентов, пришедших на специализированные кафедры, наряду с достаточно низким уровнем базовой подготовки по общим дисциплинам наблюдается полное отсутствие интереса к творческой, исследовательской деятельности.
117
О. А. АЛЕШКЕВИЧ, Н. А. АЛЕШКЕВИЧ, Н. Н. ФЕДОСЕНКО, П. В. АСТАХОВ
Решение данной проблемы требует некоторой переориентации образовательного процесса на развитие творческого потенциала личности, воспитание культуры
мышления, овладение методологией науки и в конечном итоге – на подготовку специалиста, способного находить пути решения проблем, возникающих в профессионально-производственной и научной сфере. Необходимо максимально использовать
все возможности образовательного процесса, чтобы пробудить у студентов интерес
к творческой и научно-исследовательской работе в рамках НИРС, включенной в образовательный процесс.
Остановимся на некоторых аспектах стимулирования познавательной и творческой активности студентов и формировании их исследовательских компетенций в рамках лекционных, практических и лабораторных занятий по физике. Среди всех фундаментальных наук, определяющих современный научно-технический прогресс, физике
принадлежит особая роль в подготовке выпускников высших учебных заведений к активному и деятельному участию в современном производстве. Изучение физики способствует формированию у обучаемых знаний, необходимых для усвоения технических
и специальных дисциплин, навыков и умений их использования в своей будущей деятельности, позволяет теоретически и практически подготовить будущих специалистов к
творческому применению различных физических законов при решении конкретных
технических вопросов, в том числе и аспектов пожарной безопасности и безопасности в
чрезвычайных ситуациях. При этом актуальным остается наличие взаимосвязи фундаментальной и профессиональной подготовки специалистов, профессиональной направленности общетеоретических дисциплин. Знания, сформированные у студентов на занятиях по физике, являются фундаментальной базой для изучения общетехнических и
специальных дисциплин, освоения новой техники и технологий.
Анализ литературных источников показал, что эффективными педагогическими средствами формирования исследовательских компетенций студентов при изучении физики могут быть проблемные лекции и практические занятия по решению
учебно-исследовательских задач и исследовательские лабораторные практикумы.
В рамках проблемных лекционных занятий непосредственно в процессе усвоения нового материала у студента должны вырабатываться умения анализировать
и оценивать информацию, логически ее осмысливать, выделять главное, сопоставлять и обобщать физические явления и экспериментальные факты и явления. При
формировании проблемных ситуаций и заданий необходимо учитывать уровень знаний фактического и теоретического материала, на основе которого можно вести обсуждение той или иной проблемы и делать выводы. При обсуждении проблемных
вопросов или вопросов, связанных с современным состоянием науки, можно заранее
назначить не только докладчиков, но и их оппонентов, предусмотрев возможность
проведения индивидуальных консультаций. Все это требует от профессорскопреподавательского состава большой подготовительной работы по методическому
обеспечению преподаваемых курсов, так как они переходят от традиционной роли
организатора познавательной деятельности студента, транслятора знаний к специалисту, готовому к объяснению и обсуждению любых вопросов, связанных с освоением программы соответствующей учебной дисциплины.
На практических и семинарских занятиях необходимо прививать умения видеть проблему и находить пути ее решения, понимать и объяснять физические процессы и явления, составлять и решать физические задачи, осмысливать причинноследственные связи, строить умозаключения на основе анализа собранного материала, формулировать и аргументировать выводы, участвовать в дискуссиях. При этом
особое внимание необходимо уделять приобретению навыков решения физических
118
ФОРМИРОВАНИЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ КОМПЕТЕНЦИЙ ИНЖЕНЕРОВ-СПАСАТЕЛЕЙ
ПРИ ИЗУЧЕНИИ ФИЗИКИ
задач различных видов и уровней сложности. Физической задачей называют небольшую проблему, которая в общем случае решается с использованием законов и
методов физики посредством логических умозаключений, математических действий,
мысленного эксперимента. Создание проблемных ситуаций при постановке задач и
их последующее разрешение способствуют активизации мыслительной деятельности обучающихся и развитию их творческих способностей [4].
Процесс решения любой задачи можно рассматривать как совокупность ориентировочных, исполнительных и контрольных действий; при этом первым этапом
является формирование идеи решения на основе анализа рассматриваемого физического процесса, соотношения исходных данных и искомых физических величин и
выбора метода решения. Объединяя идею и метод решения, составляют план решения и организуют творческую деятельность по решению задачи в процессе реализации этого плана. При этом наибольший развивающий эффект в обучении достигается тогда, когда освоение методов решения задач идет последовательно, путем
постепенного перехода от одного метода решения задач к другому, от одной ориентировочной основы действий к другой, от применения эмпирического мышления к
теоретическому с постоянным усложнением задач. Формированию исследовательской компетенции курсантов в большей степени способствует решение учебноисследовательских задач, процесс решения которых заранее неизвестен и должен
быть выполнен в соответствии с методологией научного исследования.
Эффективность проблемной лекции или практического занятия определяется
не только их содержанием и способом организации совместной деятельности, но и
средствами и методическими приемами, которые обеспечивают глубокое усвоение
материала. Для того чтобы придать практическому занятию исследовательский характер, необходимо обеспечить студентов не просто перечнем вопросов и задач, но и
творческими проблемными заданиями, которые и станут предметом обсуждения.
Важнейшее значение в формировании исследовательских компетенций будущих инженеров-спасателей занимает лабораторный практикум. Лабораторное занятие должно сочетать в себе практические и исследовательские виды деятельности,
создающие предпосылки для проявления студентами способностей к саморазвитию
и творчеству. Как показывает практика, традиционный вузовский метод проведения
лабораторных занятий по готовым методическим указаниям приводит к тому, что,
работая по единому шаблону, студент, строго следуя инструкции, может благополучно выполнить работу, так и не осознав до конца сути проведенного эксперимента, что не способствует формированию исследовательских умений и развитию творческих способностей.
Только при правильной методической постановке лабораторный практикум
может вызвать значительный научный и познавательный интерес у студента. По
мнению авторов, к каждой лабораторной работе, особенно по дисциплинам специализации, следует разработать несколько экспериментальных творческих заданий
различного уровня сложности, которые необходимо предлагать студентам в зависимости от их способностей и подготовленности. Развитие исследовательских компетенций в процессе такого лабораторного практикума связаны с исследовательскими
заданиями и с проведением самостоятельных исследований по теме экспериментальной работы. Студенты учатся решать практические проблемы, используя различное оборудование, планируя и проводя эксперимент, накапливая определенный
запас знаний и опыт.
Использование компьютерной техники и современных программных продуктов при выполнении виртуальных лабораторных работ представляет собой опреде119
О. А. АЛЕШКЕВИЧ, Н. А. АЛЕШКЕВИЧ, Н. Н. ФЕДОСЕНКО, П. В. АСТАХОВ
ленный цикл исследовательской работы от постановки задачи до анализа результата
и способствует подготовке специалистов, обладающих высоким уровнем информационной культуры, владеющих современными информационными и компьютерными технологиями.
Более эффективному формированию исследовательских компетенций в рамках образовательного процесса при изучении физики будет способствовать применение современных образовательных технологий, позволяющих вовлекать курсантов
в поиск, и применение новых знаний, приобретение опыта самостоятельного решения разнообразных физических задач. К таким технологиям относятся технология
проблемно-модульного обучения, которая предполагает самостоятельное изучение
учебного материала с организацией закрепления и применения знаний при решении
физических задач, самоконтроля и проверки полученных результатов, самооценки и
коррекции образовательной деятельности, проектное обучение, коммуникативные
технологии. Использование в образовательном процессе названных технологий
обеспечивает проблемно-исследовательский характер образовательного процесса,
его прикладную исследовательскую и профессиональную направленность.
Заключение
Таким образом, учитывая всевозрастающие требования к образовательному
уровню специалистов и их конкурентоспособности при трудоустройстве, необходимо
переориентировать образовательный процесс на формирование исследовательских
компетенций будущих инженеров-спасателей, в том числе и непосредственно в рамках
аудиторных занятий по физике. Это требует новых методических подходов к их организации, проведению и методическому обеспечению, однако позволит подготовить грамотного, творческого, динамичного специалиста, способного самостоятельно осваивать
современные технологии и решать профессиональные задачи научными методами.
Литература
1 Андреев, А. Л. Компетентностная парадигма в образовании: опыт философскометодологического анализа / А. Л. Андреев // Педагогика. – 2005. – № 4. – С. 19–27.
2 Жук, О. Л. Педагогическая подготовка студентов: компетентностный подход
/ О. Л. Жук. – Минск : РИВШ, 2009. – 336 с.
3 Лобова, Г. Н. Основы подготовки студентов к исследовательской деятельности
/ Г. Н. Лобова. – М. : ИЦ АЛО, 2000. – 196 с.
4 Разумовский, В. Г. Развитие творческих способностей учащихся в процессе обучения физике: пособие для учителей / В. Г. Разумовский. – М. : Просвещение, 1975.
Поступила в редакцию 11.10.2013
О. A. Aleshkevich, N. A. Aleshkevich, P. V. Astahov, N. N. Fedosenko
FORMATION OF THE RESEARCH COMPETENCE ENGINEERS LIFEGUARDS ON THE STUDY OF PHYSICS
Considered organizational and methodological aspects of the formation of a research competencies of engineers and rescuers in the study of the physics course. It is
shown that the research competence of students can be formed in the process of teaching
and research activities in the lecture, of practical and laboratory classes in physics, through
a systematic analysis and execution of creative assignments, training and research solutions physical tasks and experimental research.
120
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА. ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОЙ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
УДК 614.841
УСТАНОВКА, МОДЕЛИРУЮЩАЯ ПРОЦЕСС ИЗМЕНЕНИЯ
КОНЦЕНТРАЦИИ ПАРОВ ПОЖАРООПАСНОЙ ЖИДКОСТИ
ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ВНУТРИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО АППАРАТА
Ф. Н. АБДРАФИКОВ, старший преподаватель1
В. П. АРТЕМЬЕВ, доцент2
1
Государственное учреждение образования «Институт переподготовки
и повышения квалификации» МЧС Республики Беларусь
2
Государственное учреждение образования «Командно-инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь, г. Минск
Рассмотрена необходимость разработки установки, которая может быть использована в качестве учебной лабораторной установки в учебных заведениях как МЧС, так и других, связанных с изучением основ пожарной безопасности, а также в качестве лабораторной
установки в научно-исследовательских лабораториях того же профиля.
Ключевые слова: пожароопасная жидкость, ЖК-индикатор, экспериментальный
модуль, датчики температуры, датчики концентрации паров,
технологический аппарат, нижний (верхний) температурные
пределы воспламенения, электронный блок управления,
термообогреватель.
Введение
Для подготовки специалистов по направлению «Предупреждение чрезвычайных ситуаций» в ИППК МЧС Республики Беларусь и КИИ МЧС Республики Беларусь разработана и запатентована лабораторная установка по определению зависимости концентрации паров пожароопасной жидкости от температуры внутри
технологического аппарата [1], которая относится к новым техническим средствам
обучения с расширенными демонстрационными возможностями.
Основная часть
Целью разработки лабораторной установки является создание установки, позволяющей проводить измерение давления насыщенного пара при любой заданной
температуре, любых жидкостей (при наличии соответствующего датчика концентрации), упростить операции определения, визуализировать процесс изменения концентрации во времени при фиксированной температуре.
Использование лабораторной установки в образовательном процессе позволяет
сформировать устойчивые представления о зависимости давления насыщенного пара
(концентрации паров) от температуры и процесса образования горючей среды в технологическом аппарате с пожароопасной жидкостью при изменении температуры.
121
Ф. Н. АБДРАФИКОВ, В. П. АРТЕМЬЕВ
Техническое решение, позволяющее достигнуть цели, заключается в том, что в
лабораторной установке используются сменные датчики концентрации паров, установленные внутри паровоздушного пространства емкости. Измерение концентрации
паров происходит непрерывно. На мониторе компьютера и дисплее электронного блока управления лабораторной установкой графически отображаются соответствующие
концентрации паров пожароопасной жидкости.
В установке предусмотрен подогрев жидкости термообогревателем, установленном в дне емкости, что позволяет изучать процесс изменения концентрации (φ)
паров пожароопасных жидкостей в аппаратах во времени при различных температурах (t) жидкости. Лабораторная установка позволяет находить время достижения
нижнего и верхнего температурных пределов воспламенения путем сравнения полученных концентраций со справочными данными.
Внешний вид установки представлен на рисунке 1.
22
33
11
Рисунок 1 – Внешний вид установки: 1 – электронный блок управления;
2 – экспериментальный модуль; 3 – персональный компьютер
Установка (рисунок 2) состоит из экспериментального модуля I и электронного блока управления и демонстрации II.
99
88
77
11
22
33
13
13
44
55
11
11
66
14
14
10
10
12
12
Рисунок 2 – Схема установки по определению зависимости концентрации паров
пожароопасной жидкости от температуры внутри технологического аппарата
122
УСТАНОВКА, МОДЕЛИРУЮЩАЯ ПРОЦЕСС ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПАРОВ ПОЖАРООПАСНОЙ
ЖИДКОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ВНУТРИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО АППАРАТА
Экспериментальный модуль I включает: основание 1, на котором расположен
металлический кожух 4 с крышкой 8. Внутри кожуха установлена испытательная
емкость 5 с термообогревателем 3, имеющим регулятор мощности для подогрева
порции пожароопасной жидкости 2, которая закрывается герметичной крышкой 6.
Датчики (сменные) температуры 7 и концентрации паров веществ 9 находятся внутри исследуемой емкости 5.
Электронный блок управления и демонстрации II состоит из ЖКиндикатора 10, отображающего величины измеряемых параметров, органа управления 11 и персонального компьютера 12. Измерительные датчики 7, 9 соединены с
электронным блоком управления II проводами 13, электронный блок управления II
соединен с персональным компьютером 12 кабелем 14.
Установка функционирует следующим образом. В емкость 5 наливается необходимая порция пожароопасной жидкости 2, на ЖК-индикаторе 10 при этом отражаются исходные физические параметры воздушной среды. Включается термообогреватель 3 и начинается процесс нагревания пожароопасной жидкости 2 до
заданной температуры, который приводит к изменению концентрации паров пожароопасной жидкости.
Электронный блок управления регулирует мощность нагрева термостата для
поддержания заданной температуры, последовательно опрашивает все датчики и одновременно отображает измеряемые параметры на встроенном ЖК-индикаторе.
С помощью блока строится график зависимости концентрации паров пожароопасной
жидкости и соответствующего ему давления от температуры и передаются данные
на компьютер. На экране монитора компьютера с помощью специальной программы
(рисунок 3) в режиме реального времени дублируются измеряемые параметры и
строится график (рисунок 4). Полученные данные могут быть сохранены на жесткий
диск компьютера для дальнейшей обработки и анализа.
Рисунок 3 – Вид окна программы
123
Ф. Н. АБДРАФИКОВ, В. П. АРТЕМЬЕВ
Рисунок 4 – График определения зависимости концентрации паров пожароопасной
жидкости от температуры внутри технологического аппарата, отображаемый
на экране монитора компьютера
Отображение информации на мониторе компьютера дает возможность наблюдать изменение концентрации и давления паров пожароопасной жидкости в режиме реального времени вне места проведения исследования.
Заключение
Таким образом, установка обеспечивает:
– непрерывный контроль над изменением концентрации паров пожароопасной жидкости внутри технологического аппарата при заданной температуре;
– снижение погрешности измерений за счет использования датчиков концентрации;
– наглядность изменения концентрации пожароопасных паров от изменения
температуры исследуемой жидкости;
– проведение измерения при любой заданной температуре;
– возможность определять время достижения нижнего и верхнего концентрационных пределов воспламенения по графику;
– снижение трудоемкости проводимых измерений, и, как следствие, возможность каждого обучаемого в режиме реального времени наблюдать за протеканием
процесса нагрева пожароопасной жидкости и экспериментально определять значения нижнего и верхнего температурных пределов воспламенения и сравнения их со
справочными данными [3], [4];
– интенсификацию учебного процесса за счет уменьшения общего времени на
проведение лабораторной работы каждым обучающимся;
– сохранение на жестком диске компьютера результаты эксперимента.
Литература
1 Лабораторная установка для определения концентрации паров пожароопасных
жидкостей в аппаратах при различных температурах : пат. № 7819 Респ. Беларусь,
124
УСТАНОВКА, МОДЕЛИРУЮЩАЯ ПРОЦЕСС ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПАРОВ ПОЖАРООПАСНОЙ
ЖИДКОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ВНУТРИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО АППАРАТА
МПК G 09B 25/00/ А. В. Маковчик, Ф. Н. Абдрафиков, В. П. Артемьев, О. Г. Горовых ; заявитель ГУО ИППК МЧС Респ. Беларусь. № u 20110021 ; заявл. 17.01.11 ;
зарегистрирована в Гос. реестре полезных моделей 15.09.11.
2 ГОСТ 1756–2000 (ИСО 3007–99). Нефтепродукты. Определение давления насыщенных паров.
3 ГОСТ 12.1.044–89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов.
4 Программно-технический комплекс по определению температурных пределов распространения пламени по паровоздушным смесям по ГОСТ 12.1.044–89 п. 4.12 совместно с термостатом ТП-3А.
Поступила в редакцию 20.09.2013
F. N. Abdrafikov, V. P. Artemyev
INSTALLATION, DESCRIBES THE PROCESS OF CHANGE OF CONCENTRATION FIRE-PRONE VAPOR LIQUID TEMPERATURE INSIDE THE
PROCESS OF STAFF
We consider the need for a setup that can be used as a training laboratory facility in
educational institutions as rescue services, and other related to the study basics of fire
safety, as well as a laboratory facility in the research laboratories of the same profile.
125
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614
ПОДВИЖНЫЕ ПУНКТЫ УПРАВЛЕНИЯ
С. Ю. ВОРОБЬЕВ, главный специалист отдела связи и оповещения, магистр технических наук
Д. Б. ХОРОЛЬСКИЙ, заместитель начальника учреждения
Учреждение «Республиканский центр управления и реагирования
на чрезвычайные ситуации» МЧС Республики Беларусь, г. Минск
Рассматриваются вопросы применения подвижных пунктов управления в интересах
органов и подразделений по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь, их назначение,
состав и тактико-технические характеристики, предлагается модернизация подвижного
пункта управления МЧС Республики Беларусь.
Ключевые слова: пункт управления, подвижный пункт управления, радиосвязь,
узел связи, гражданская оборона.
Введение
Одним из основных элементов систем управления гражданской обороны (ГО)
являются пункты управления (ПУ), которые создаются на всех уровнях управления от
объекта экономики до районного, областного и республиканского уровней управления.
ПУ ГО – это специально оборудованные или приспособленные и оснащенные
техническими средствами сооружения, помещения или их комплексы, или транспортные средства, предназначенные для размещения органов управления ГО и обеспечения их устойчивой работой в особый период, а также при проведении мероприятий по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций (далее – ЧС)
природного и техногенного характера [1].
ППУ силами и средствами ГО применяются как в странах дальнего зарубежья, так и в странах СНГ.
Основная часть
ПУ разделяют на стационарные и подвижные, размещенные на различных
транспортных средствах.
Стационарные ПУ можно разделить на:
– повседневные ПУ, предназначенные для обеспечения функционирования
органов управления в местах их постоянной дислокации в мирное время;
– запасные ПУ, предназначенные для обеспечения устойчивого управления в
особый период и в мирное время в случае невозможности использования повседневных ПУ. По месту своего размещения они могут быть городскими и загородными [2].
Подвижные ПУ (далее – ППУ) создаются заблаговременно, оборудуются на
специальных командно-штабных машинах (далее – КШМ) или на специально дооборудованных транспортных средствах и должны быть способны быстро перемещаться, развертываться и свертываться, устойчиво работать круглосуточно, поддерживать связь на стоянке и в движении.
126
ПОДВИЖНЫЕ ПУНКТЫ УПРАВЛЕНИЯ
ППУ должны обеспечивать непосредственное управление подчиненными органами и силами при ликвидации ЧС в любом районе Республики Беларусь, на наиболее ответственных направлениях в военное время, а также выполнять функции
дублеров стационарных запасных ПУ.
Состав, оборудование и оснащение ППУ на каждом уровне управления различны. На транспортных средствах ППУ оборудуются рабочие места для руководителей исполнительных и распорядительных органов власти (начальников ГО), членов комиссии по ЧС и оперативных рабочих групп органа управления,
устанавливаются средства связи.
ППУ могут оборудоваться также на средствах воздушного, морского, речного и
железнодорожного транспорта (на практике в Республике Беларусь не применяются).
В зависимости от типа транспортных средств базирования ППУ можно разделить на:
– воздушные ПУ – на базе самолетов или вертолетов;
– мобильные ПУ (далее – МПУ) – на базе автомобильной техники высокой
проходимости (с использованием кунгов и прицепов) или автобусов, а также других
транспортных средств.
К особой группе МПУ следует отнести ПУ на базе кузовов-контейнеров, перевозимых всеми видами транспорта.
В состав МПУ, как правило, входят несколько автомобилей для размещения
личного состава органа управления, штабной автобус для работы смены оперативной группы органа управления, мобильный узел связи, подвижная звукоусилительная станция, машины сопровождения [2].
В настоящий момент в МЧС Республики Беларусь применяют ППУ на республиканском и областном уровнях.
В состав ППУ, как правило, входят КШМ ГАЗ-66 Р-142, ГАЗ-66 Р-140-05,
ЗИЛ-131 Р-140. Между тем существует ряд проблемных факторов, подвергающих
сомнению применение ППУ в комплектации настоящего времени.
Так, автомобильная техника и средства связи, входящие в состав ППУ морально
устарели, имеют срок эксплуатации начиная с 60–80-х гг. ХХ в. и значительный физический износ, проблемы с ремонтом и техническим обслуживанием и комплектом ЗИП.
В связи с этим представляется практически и экономически целесообразным применение новых современных средств радиосвязи в составе ППУ.
Так, в настоящее время в составе Вооруженных сил Республики Беларусь
применяется мобильный узел коротковолновой (КВ) автоматизированной адаптивной радиосвязи на базе комплекса «Пирс» (автомобильная радиостанция Р-140М в
кузове К-1-131, установленном на автомобиле ЗИЛ-13). Комплекс технических
средств «ПИРС» (далее – комплекс) предназначен для своевременной и достоверной
передачи данных и речи по КВ радиоканалам.
Для обеспечения безопасности передаваемой информации предусмотрена
возможность использования современных средств криптографической защиты, работающих в асинхронном режиме, не приводящем к потере информации и необходимости повторной передачи уже переданных блоков информации [3].
Структурно «ПИРС» входит в состав модернизированной радиостанции на
базе Р-140 (модернизацией занималась 263-я база хранения, ремонта и утилизации
средств связи), отличается от аналоговой тем, что в нее вмонтированы новые средства связи. Она позволяет на удалении до 3000 км передавать речевую и фотоинформацию, файловые изображения, адаптирована к другим системам связи и устойчива
к воздействию средств РЭБ (рисунок 1).
127
С. Ю. ВОРОБЬЕВ, Д. Б. ХОРОЛЬСКИЙ
Рисунок 1 – Модернизированная радиостанция Р140 (комплекс «ПИРС»)
Одна из особенностей работы: при подавлении средствами РЭБ противника
станция автоматически переходит на другие частоты и продолжает работать на них.
Также она в автоматическом режиме ведет все записи переговоров и сообщений,
вплоть до фиксации ошибок радиста [4].
В частях и соединениях связи Министерства обороны Республики Беларусь
активно осваивается комплекс связи П-261 «Мускат» [5] (рисунок 2).
Рисунок 2 – Аппаратная комплекса связи П-261 «Мускат»
Данный мобильный узел связи совмещает в себе средства нескольких родов
связи, размещавшихся ранее на базе отдельных машин – радио, релейной, проводной
и спутниковой связи. Вышеназванные средства связи скомпонованы и настроены на
совместную бесперебойную работу в одной аппаратной. Кроме того, проведена полная модернизация технических средств, устройств и изделий, ранее использовавшихся только в стационарных условиях. Аппаратная практически полностью состоит из аппаратуры белорусского производства [5].
Отличительной особенностью комплекса связи П261 «Мускат» является то,
что на данный момент в мире не существует ее аналогов. Зарубежные аппаратные
связи в отличие от белорусской разработки способны решать только отдельные задачи в меньшем объеме и наборе видов связи.
128
ПОДВИЖНЫЕ ПУНКТЫ УПРАВЛЕНИЯ
П-261 состоит из комплексной аппаратной связи, машины для обеспечения
комфортного отдыха экипажа, дизель-электростанции (двух агрегатов мощностью
36 киловатт каждый), обеспечивающей автономную работу на срок до семи суток, и
прицепа для перевозки кабельного имущества, необходимого для организации связи.
Комплекс связи П261 «Мускат» обладает универсальностью, унификацией оборудования, возможностью работать с современными цифровыми системами связи,
используя новейшие телекоммуникационные технологии. Аппаратная состоит из аппаратуры связи, имеющей стандартные международные протоколы и практически полностью совместимой с оборудованием заказчика без существенных видоизменений [5].
П261 «Мускат» способен обеспечить устойчивую и надежную связь на расстоянии до 75 км на открытом интервале, а также на определенном удалении на полуоткрытых и полностью закрытых участках местности.
Аппаратные АТС, радио-, радиорелейной и телеграфной связи, кроссовые и
специальные аппаратные, которые прежде размещались со своим экипажем и дизель-агрегатами на отдельных машинах, теперь помещаются на шасси всего одного
спецавтомобиля семейства МАЗ-631.
Планируется замещение старых аналоговых аппаратных в Вооруженных Силах Республики Беларусь комплексом связи П261 «Мускат» [5].
Также следует отметить штабной автомобиль (рисунок 3) производства
ООО «Мидивисана» (Республика Беларусь), предназначенный для:
– размещения руководителя оперативной группы для руководства при организации управления различными неотложными работами в кризисных ситуациях и в
полевых условиях;
– создания комфортных условий отдыха руководителя оперативной группы;
– передвижения в составе колон по автомобильным дорогам всех типов;
– формирования требуемой структуры мобильного пункта управления.
Кузов-контейнер разделен на четыре основные части: оперативный отсек, бытовой отсек, технический отсек, технологический отсек.
Изделие укомплектовано вводом, кабельной разводкой и розетками для подключения средств связи, автоматизированного рабочего места, а также средств видеоконференцсвязи [6].
Рисунок 3 – Штабной автомобиль производства ООО «Мидивисана»
В структуре МЧС Российской Федерации для решения прикладных оперативно-тактических задач эксплуатируется значительное количество ППУ. Имея, как
129
С. Ю. ВОРОБЬЕВ, Д. Б. ХОРОЛЬСКИЙ
правило, общую структуру и штатную численность, они различаются по тактикотехническим характеристикам техники, входящей в их состав.
В соответствии с нормативными документами МЧС Российской Федерации
даются следующие термины и определения, а также оборудование ППУ [7].
ППУ – это специальное оборудованное и оснащенное техническими средствами транспортное средство, предназначенное для размещения и обеспечения устойчивой работы соответствующего органа управления, а также в целях повышения
оперативности управления аварийно-спасательных и других неотложных работ при
возникновении чрезвычайных ситуаций (ЧС) мирного и военного времени [7].
ППУ служит для:
– доставки оперативных и рабочих групп к месту ЧС;
– организации связи с органами управления и подчиненными подразделениями;
– управления мероприятиями по ликвидации аварий и катастроф;
– оповещения населения о ЧС;
– передачи специальных световых и звуковых сигналов, речевых команд и
сообщений;
– сбора, обобщения и передачи данных о масштабах аварий, катастроф и стихийных бедствий.
ППУ оборудуется на специальных (оперативных) транспортных средствах и
должны быть способными быстро перемещаться, развертываться и свертываться,
устойчиво работать круглосуточно и обеспечивать устойчивую радио- и телефонную
связь из зоны ЧС [7].
ППУ должен обеспечивать:
– устойчивое управление подчиненными силами и средствами при ликвидации ЧС;
– надежную связь с вышестоящими органами управления, подчиненными и
взаимодействующими силами, привлекаемыми для ликвидации ЧС;
– организацию связи, как на месте ЧС, так и в движении автомобильной колонны в район ЧС (в пункт постоянной дислокации);
– автономный режим работы оперативной группы регионального центра
до 3-х сут.;
– круглосуточную работу оборудования технических, технологических и телекоммуникационных систем.
ППУ считается развернутым и подготовленным к работе, если весь личный
состав оперативной группы занял свои рабочие места и готов к работе; организована
связь с вышестоящими органами управления, организована связь между элементами
ППУ (машинами, кунгами, модулями и палатками), системы жизнеобеспечения
(электропитания, теплоснабжения) включены [8].
В США действующая структура ПУ ГО включает два основных компонента:
– систему стационарных, в том числе запасных защищенных, ПУ, обеспечивающую руководство силами и средствами в повседневной обстановке. Перевод их с мирного положения на военное и боевое для использования в вооруженных конфликтах с
применением обычных средств поражения и на начальном этапе ядерной войны;
– систему подвижных (воздушных и наземных мобильных) командных пунктов, предназначенную для организации управления ГО [9].
ППУ ГО США представляют собой систему воздушных командных пунктов
(далее – ВКП) и систему наземных мобильных командных пунктов (далее – НМКП).
В Соединенных Штатах резервная система управления с помощью ВКП создавалась с начала 60-х гг. в качестве инфраструктуры, призванной обеспечить живу130
ПОДВИЖНЫЕ ПУНКТЫ УПРАВЛЕНИЯ
честь боевого управления ГО в случае ракетно-ядерного удара по их территории.
В настоящее время в ее составе насчитывается 20 самолетов, в том числе ВКП Комитета начальников штабов (далее – КНШ) – 4 самолета Boeing Е-4В и 16 самолетов-ретрансляторов системы связи Boeing Е-6А и В (рисунки 4, 5).
Рисунок 4 – Самолет Е-4В
Рисунок 5 – Самолет Е-6А
Несмотря на то, что система ВКП – резервная, она поддерживается в такой же
степени боевой готовности, как и основная, и является главным средством повышения устойчивости управления американскими вооруженными силами в условиях
возможной ядерной войны и кризисной обстановки [9].
Разработка системы НМКП на базе крупногабаритных транспортных средств
началась в США в 1981 г.
НМКП председателя комитета начальников штабов предназначен для использования в качестве ПУ президента США или его преемника и обеспечивает общее
руководство вооруженными силами и ГО после обмена первыми ядерными ударами.
Он состоит из четырех оперативно-штабных машин (девятиосные прицепы, буксируемые специальными тягачами), замаскированных под коммерческие крупногабаритные трейлеры и частично защищенных от воздействия поражающих факторов
ядерного оружия. В комплект НМКП входит также до десяти машин обеспечения, в
том числе: дополнительные мобильные средства связи, передвижная электростанция, транспортные средства с расходными материалами, машина тылового обеспечения, автобусы. С целью обеспечения скрытности и изменения внешних признаков
наземный мобильный КП и машины обеспечения будут выдвигаться в полевой район несколькими колоннами по разным маршрутам (рисунок 6).
131
С. Ю. ВОРОБЬЕВ, Д. Б. ХОРОЛЬСКИЙ
Рисунок 6 – НМКП президента США
В каждой оперативно-штабной машине оборудовано по семь-десять рабочих
мест для боевого расчета. В одной из них имеются специальные рабочие места для
президента США и его советников.
В целом существующая в США система ПУ позволяет обеспечить эффективную деятельность органов государственного и военного управления как в мирное,
так и военное время [9].
Заключение
ППУ, применяемые в органах и подразделениях по чрезвычайным ситуациям
Республики Беларусь для организации связи и управления силами и средствами ГО,
должны выполнять следующие задачи:
– доставку оперативной группы к месту ЧС;
– обеспечение связи в районе ЧС и оповещение на месте проведения аварийно-спасательных работ;
– управление мероприятиями по ликвидации аварий и катастроф;
– организация связи с органами управления и подчиненными подразделениями;
– передача специальных световых и звуковых сигналов, команд и сообщений;
– сбор, обобщение и передача данных о масштабах аварий, катастроф и стихийных бедствий;
– создание условий для отдыха и проживания оперативной группы в местах
проведения аварийно-спасательных работ [10].
На основе анализа вышеизложенного материала представляется, что для повышения боеготовности, надежности (живучести), оперативности прибытия на место ЧС, увеличения срока эксплуатации ППУ, применяемых в органах и подразделениях по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь, необходимо осуществить
комплекс мероприятий, направленных на модернизацию автомобильной базы ППУ,
оснащение ППУ современными средствами связи, обучение личного состава работе
с современными средствами связи и автоматизированными системами управления,
регулярное проведение командно-штабных тренировок с участием ППУ.
Литература
1 Организация выполнения мероприятий гражданской обороны : метод. рук.
/ В. Н. Полещук [и др.] ; под общ. ред. Э. Р. Бариева. – Минск : Центр сертификации и лицензирования МЧС Респ. Беларусь, 2009. – 249 с.
132
ПОДВИЖНЫЕ ПУНКТЫ УПРАВЛЕНИЯ
2 Пункты управления [Электронный ресурс] / Интернет-ресурс компании ОАО «Арсенал
Спасения». – Режим доступа: http://www.arspas.ru/mchs/spravochnik/2/pu.php?print=Y. –
Дата доступа: 11.07.2013.
3 Передвижной пункт управления (ППУ) на шасси КАМАЗ-43118 / Интернет-ресурс
производственной компании «Автомастер» Режим доступа: http://www.avtomaster.com/catalog/4/174/. – Дата доступа: 15.08.2013.
4 Цифровой эфир…в погонах [Электронный ресурс] / Интернет-ресурс Министерства обороны Республики Беларусь. – Режим доступа: http://www.mod.mil.by/
armia/pdf/2012n3/8.pdf. – Дата доступа: 17.04.2013.
5 Связь с уникальным привкусом «Муската» [Электронный ресурс] / Интернетресурс газеты «Во славу Родины». – Режим доступа: http://vsr.mil.by/
2013/02/01/svyaz-s-unikalnym-privkusom-muskata/. – Дата доступа: 16.04.2013.
6 Мобильный пункт управления для МЧС [Электронный ресурс] / Интернет-ресурс
ООО «Мидивисана». – Режим доступа: http://www.mdvm.by/produkcija/
mobil_nye_punkty_upr/mob-punkt/. – Дата доступа: 16.04.2013.
7 КВ радиостанция ПИРС 43118 [Электронный ресурс] / Интернет-ресурс Российского института мощного радиостроения. – Режим доступа: http://www.rimr.ru/
cat_desc-id1-11-id2-33-id3-0-item-83.html. – Дата доступа: 16.04.2013.
8 Подвижный пункт управления [Электронный ресурс] / Интернет-ресурс Управления по делам ЧС и ГО города Ставрополя. – Режим доступа:
http://stavedds.ru/pss/ppu. – Дата доступа: 16.07.2013.
9 Пункты управления Вооруженными силами США [Электронный ресурс] / Интернет-ресурс журнала «Зарубежное военное обозрение». – Режим доступа:
http://commi.narod.ru/txt/2001/1201.htm. – Дата доступа: 15.07.2013.
10 ППУ на базе автобуса Ютонг [Электронный ресурс] / Интернет-ресурс компании
ООО «Преспо-М». – Режим доступа: http://www.prespo-centr.ru/ppu_uton.html. –
Дата доступа: 16.08.2013.
Поступила в редакцию 12.09.2013
S. Y. Vorobyev, D. B. Horolsky
MOBILE CONTROL
The questions of the use of mobile control in the interests of officials and
emergency units, their purpose, structure and performance characteristics, it is proposed
modernization of the mobile control Emergency Situations of the Republic of Belarus.
133
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.846
МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ВОДОЗАПОЛНЕНИЯ ПОЖАРНОГО НАСОСА
А. В. ШНЫПАРКОВ, кандидат физико-математических наук, доцент
В. В. КОПЫТКОВ, кандидат технических наук, доцент
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
Предложена схема модернизации системы водозаполнения пожарного насоса, исключающая недостатки шиберных насосов, устанавливаемых на отечественные автоцистерны.
Ключевые слова: центробежный насос, шиберный насос, маслоуловитель, водоотделитель.
Введение
Для успешной борьбы с пожарами и их трагическими последствиями наряду с
целым комплексом мер обеспечения пожарной безопасности, необходимо решать
задачу совершенствования пожарной техники, в том числе – повышать эффективность и надежность работы пожарных автомобилей-автоцистерн и автонасосов – основных технических средств, использующихся при ликвидации возникшего пожара.
Основной задачей насосных установок ПА считается обеспечение требуемой
подачи и напора воды и водных растворов пенообразователя, необходимых для эффективного тушения пожара.
С позиций автоматизации забора воды и пуска насоса наибольшее удобство
обеспечивают автономные вакуумные системы, которые полностью монтируются на
пожарном насосе и не связаны с другими агрегатами и системами пожарного автомобиля. В них могут быть использованы поршневые, водокольцевые и шиберные
вакуум-насосы.
Основная часть
Работа вакуумных насосов основана на откачке, которая осуществляется благодаря изменению размерных характеристик рабочей камеры. Все вакуумные насосы
работают на основе принципа вытеснения газа из рабочей камеры, снижая в ней давление до конкретной величины. Величина полученного в результате работы насоса
вакуума будет напрямую зависеть от степени герметичности создаваемого фрагментами насоса рабочего пространства.
На сегодняшний день среди различных насосов, применяемых для водозаполнения пожарного насоса, все большее распространение получают вакуумные
шиберные насосы. Они наиболее подходят для использования в автономных автоматических вакуумных системах, являются ротационными, а их смазка может быть автоматизирована.
Одним из недостатков вакуумных шиберных насосов, применяемых для заполнения водой центробежного насоса, устанавливаемых на отечественные автоцистерны, является выброс из его выходного патрубка воздушно-масляной смеси, обра-
134
МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ВОДОЗАПОЛНЕНИЯ ПОЖАРНОГО НАСОСА
зующейся в результате смеси масла, обеспечивающего смазку шиберного насоса с
воздухом, забираемым из рабочей полости центробежного насоса. Это в свою очередь влечет загрязнение насосного отсека автоцистерны, окружающей среды и увеличение расхода масла из системы смазки шиберного насоса.
Кроме отмеченного выше, в качестве недостатков системы водозаполнения
центробежного насоса хочется отметить отсутствие какой бы то ни было системы,
предотвращающей попадание воды в полость шиберного насоса, посредством которого и заполняется полость центробежного насоса водой. Конструктивно на автоцистернах отечественного производства для этой цели предусмотрен лишь вакуумный затвор, открытие и закрытие которого осуществляется вручную и зачастую не
вовремя. Не вовремя закрытый вакуумный затвор обеспечивает поступление воды в
полость шиберного насоса, которая может содержать абразивные частицы. Это приводит к очень быстрому изнашиванию трущихся частей насосов и нарушению уплотнения, а это в свою очередь либо приведет к поломке насоса, либо сократит срок
службы последнего.
Поэтому задача устранения отмеченных недостатков является актуальной, а
ее решение позволит повысить срок службы вакуумных шиберных насосов, а, значит, и повысить надежность пожарной аварийно-спасательной техники.
Для устранения этих недостатков нами предложена следующая схема модернизации шиберного насоса. Для исключения разбрызгивания масла через выходной
патрубок шиберного насоса мы предлагаем вариант установки на корпусе масляного
бачка шиберного насоса маслоуловителя с подведенным к нему выходным патрубком насоса (рисунок 1).
Принцип его работы следующий. Воздух, забираемый из полости центробежного насоса, поступая в шиберный насос, смешивается с маслом, поступающим из
масляного бачка через жиклер для смазывания рабочих поверхностей насоса. В итоге на выходной патрубок шиберного насоса уже поступает воздушно-масляная
смесь. Поступая в маслоуловитель, воздух отделяется от масла благодаря фильтру,
установленному в его корпусе, масло же стекает по патрубку в бачок с маслом. Тем
самым значительно уменьшается расход масла, что позволяет забыть о контроле
уровня масла в масляном бачке шиберного насоса. Кроме того, воздушно-масляная
смесь не поступает в насосный отсек, и не загрязняет его маслом.
Рисунок 1 – Маслоуловитель
135
А. В. ШНЫПАРКОВ, В. В. КОПЫТКОВ
Для исключения пагубного действия воды на рабочие поверхности шиберного насоса мы предлагаем достаточно простое по конструкции устройство, устанавливаемое в разрез патрубка, через который передается разряжение от шиберного насоса к центробежному, называемое водоотделитель (рисунок 2).
Принцип его работы следующий. Как только вода заполнит полость центробежного насоса, вода под действием разряжения в вакуумном насосе устремится по
патрубкам в его полость, если не будет вовремя закрыт вакуумный затвор, чего в
принципе исключать нельзя, это сразу же скажется на его ресурсе. Если между центробежным насосом и шиберным насосом будет установлен водоотделитель, вода,
проходя через входное отверстие, заполняет свободное пространство в нем. Силой
гидростатического давления поплавок водоотделителя по стержню движется вверх,
так как он выполнен из материала с положительной плавучестью, поднимая тем самым клапан водоотделителя и прижимая его в верхней точке к седлу, тем самым закрывает выходное отверстие и предотвращает попадание воды в вакуумный насос.
По завершении работы центробежного насоса, при освобождении его полости от воды, поплавок водоотделителя под действием силы тяжести возвращается в исходное
положение «Открыто» и до следующей необходимости забора воды остается в открытом положении, закрываясь лишь при указанной необходимости.
Рисунок 2 – Водоотделитель
Оценим эффективность использования предлагаемых технических решений.
Рассмотрим прежде экономический эффект от внедрения маслоуловителя.
В год шиберный насос работает в среднем 12 ч, при этом он расходует 0,6 л масла
за один час работы [1]. Стоимость одного литра масла составляет 55 тыс. бел. р. по
состоянию на 31.05.2013. В год выходит 7,2 л масла, что в денежном эквиваленте
составит 396 тыс. бел. р. Затраты на покупку и монтаж его покроются в течение
года его использования. Это лишь экономия при внедрении маслоуловителя на одном автомобиле. Хотя основным же преимуществом использования маслоуловителя является уменьшение вредного воздействия от работы вакуумного насоса на окружающую среду.
136
МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ВОДОЗАПОЛНЕНИЯ ПОЖАРНОГО НАСОСА
Исследований, касающихся увеличения ресурса шиберных насосов вследствие установки водоотделителя, мы не проводили, однако совершенно очевидным
видится то, что негативное воздействие воды, попадающей в полость шиберного насоса, полностью исключается, а значит, вероятность выхода его из строя уменьшается. Поэтому можно утверждать, что срок службы шиберного насоса с водоотделителем увеличится, а вопрос, насколько, пока остается открытым. Для ответа на него
нужно провести дополнительные исследования, которые в скором времени уже будут иметь место и найдут свое отражение в следующих материалах авторов.
Заключение
На сегодняшний день на автоцистернах отечественного производства, стоящих
на вооружении подразделений МЧС, в качестве источника водозаполнения пожарного
насоса установлены вакуумные шиберные насосы. Не оспаривая все преимущества
его использования, все же хочется отметить, что установка маслоуловителя и водоотделителя повысит его надежность и удобство использования вследствие исключения
выброса масла из выходного патрубка, а также недопущения проникновения воды с
абразивными частицами в его полость, исключая тем самым его ускоренный износ.
Как видно из рисунков 1 и 2, конструкции предлагаемых устройств достаточно просты и не требуют дополнительного обслуживания, разве что фильтр маслоуловителя
хотя бы раз в год желательно промывать. Поэтому можно сказать, что усложнения
конструкции здесь не наблюдается, а лишь повышается удобство и надежность эксплуатации шиберных насосов.
Литература
1 Вакуумный насос АВС-02Э. Руководство по эксплуатации КШИН.063711.018 РЭ. –
Миасс, 2010.
2 Боднарук, В. Б. Пожарное и аварийно-спасательное оборудование / В. Б. Боднарук,
И. М. Вертячих, В. К. Сазонов. – Минск : Пожарные насосы, 2012.
Поступила в редакцию 19.09.2013
A. V. Shnyparkov, V. V. Kopytkov
MODERNIZATION OF SYSTEM OF WATER FILLING OF THE FIRE PUMP
The scheme of modernization of system of water filling of the fire pump, excluding
shortcomings of the vane pumps installed on fire trucks is offered.
137
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 351.862
ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ РОССИЙСКОЙ СИСТЕМЫ ГРАЖДАНСКОЙ
ЗАЩИТЫ
В. Т. ВОРОНОВ, старший преподаватель
Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического
университета, Российская Федерация
Рассматривается проблема интеграции системы гражданской обороны (ГО) и единой
государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС) в
Российскую систему гражданской защиты (РСГЗ). Это не произвольно сконструированное
образование, а объективно существующая реальность. Принцип единства теории и практики
является необходимым условием успешной интеграции РСЧС и ГО в РСГЗ на всех уровнях.
Ключевые слова: интеграция, гражданская оборона, предупреждение и ликвидация
чрезвычайных ситуаций, система гражданской защиты.
Введение
В современных условиях одним из приоритетных направлений государственной политики Российской Федерации является защита личности, общества, государства от чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного, техногенного и военного характера. Проведенная в 1992–1998 гг. реорганизация системы защиты населения и
территорий от ЧС привела к искусственному ее разделению на две системы.
В результате была создана государственная система предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС), именуемая единой системой (1994 г.),
предназначалась для защиты от природных и техногенных опасностей. Эмпирический уровень знаний о гражданской защите привел к тому, что постановлением Правительства Российской Федерации от 05.11.1995 № 1113, утвердившим «Положение
о единой государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций», РСЧС была образована как суммативная система, не обладающая ни интегративными качествами, ни способностью совершенствоваться, развиваться. Последующие постановления Правительства Российской Федерации от 30.12.2003 № 794
и от 27.05.2005 № 335 не изменили сущности единой системы.
Федеральный закон «О гражданской обороне» (в ред. Закона № 122 – ФЗ
от 22.08.2004) первой статьей образовал «систему мероприятий по подготовке к защите и по защите населения, материальных и культурных ценностей на территории
Российской Федерации от опасностей, возникающих при ведении военных действий
или вследствие этих действий, а также при возникновении чрезвычайных ситуаций
природного и техногенного характера». Только законодательное объединение мероприятий ГО и РСЧС не является интеграцией, это простое, механическое соединение, систематизация мероприятий. Подобное объединение мероприятий не решает
задачи создания научного управления и самоуправляемой целостной системы.
138
ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ РОССИЙСКОЙ СИСТЕМЫ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ
Основная часть
В настоящее время сложились все необходимые предпосылки и условия, позволяющие создать систему гражданской защиты.
Какова возможность РСЧС и системы мероприятий ГО быть интегрированными в единую систему гражданской защиты?
В 2011 г. в МЧС России разработана и принята Концепция создания Российской системы гражданской защиты (РСГЗ), которая объединяет две государственные
системы: единую государственную систему предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций и систему гражданской обороны в единую систему, решающую
задачи защиты населения и территорий в мирное и военное время.
Создание РСГЗ предусмотрено в три этапа. Первый этап – до 2014 г. Второй
этап – 2015–2017 гг. и третий этап заканчивается в 2020 г.
РСГЗ будет представлять собой объединение органов управления, сил и
средств федеральных органов исполнительной власти, органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления и организаций, независимо от их организационно-правовых форм и форм собственности, в полномочия которых входит решение вопросов по защите населения и территорий от
чрезвычайных ситуаций и осуществляет свою деятельность в мирное и военное время.
Интеграция РСЧС и гражданской обороны и создание на их основе РСГЗ возможны по следующим причинам:
– единства физических принципов, лежащих в основе поражающих факторов
опасных природных явлений, аварий, катастроф и применяемого оружия;
– сходства воздействия на людей и объекты экономики и инфраструктуры поражающих факторов опасных природных явлений, аварий, катастроф и применяемого оружия;
– единства целевых функций системы на мирное и военное время (предотвращение бедствий, снижение возможных потерь и ущерба от них, ликвидация их
последствий);
– сходства задач мирного и военного времени, обусловленных единством целевых функций;
– возможности решения задач мирного и военного времени практически одними и теми же органами управления, силами и средствами;
– сходства методологии и организации наблюдения, контроля, оценки обстановки и ликвидации последствий различных воздействий в мирное и военное время.
Следует отметить, что процесс постепенной интеграции РСЧС и гражданской
обороны в РСГЗ имеет место уже длительное время. В ходе процесса интеграции
этих систем были объединены органы управления. Сегодня непосредственное
управление организацией защиты населения и территорий как от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, так и опасностей военного времени
осуществляют единые органы управления, уполномоченные на решение задач в этих
областях.
Используются единые системы связи и оповещения. Спасательные воинские
формирования федерального органа исполнительной власти, уполномоченного на
решение задач в области гражданской обороны (далее – спасательные воинские
формирования), принимают активное участие в ликвидации чрезвычайных ситуаций
в мирное время и т. д.
В настоящее время возникла целесообразность ускорения процесса интеграции РСЧС и гражданской обороны и создания РСГЗ. Это обусловлено тем, что на
гражданскую оборону Федеральным законом от 22 августа 2004 г. № 122-ФЗ допол-
139
В. Т. ВОРОНОВ
нительно возложена задача по защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, т. е. сегодня две системы – РСЧС и
гражданская оборона решают одну и ту же задачу по защите населения и территорий
от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Устранение этой
двойственной ответственности за решение одной и той же задачи и представляется
целесообразным осуществить путем ускорения процесса интеграции РСЧС и гражданской обороны и создания РСГЗ. При создании РСГЗ появляется одновременно
возможность устранить имеющиеся недостатки в структуре РСЧС, предусмотрев
разделение функциональных подсистем РСЧС на системы гражданской защиты федеральных органов исполнительной власти и организаций, решающие задачи непосредственно в их интересах, и функциональные службы РСГЗ, решающие задачи в
интересах страны. Кроме того, предусмотреть более активное участие организаций,
независимо от их организационно-правовых форм и форм собственности (акционерные общества и компании, общества с ограниченной ответственностью и др.), в мероприятиях гражданской защиты.
Создание РСГЗ позволит:
– создать по возможности единое нормативно-правовое, организационное,
информационное и методическое поле по вопросам организации гражданской защиты на всей территории страны;
– иметь единые органы управления, системы связи и оповещения, силы и
средства на мирное и военное время, что обеспечит более качественную заблаговременную подготовку к ведению гражданской защиты в военное время, плавный переход системы при необходимости с мирного на военное время, определенную экономию средств на содержание (функционирование) системы;
– сосредоточить усилия федеральных и территориальных сил и средств РСЧС
и гражданской обороны на решении совместных задач, сформировать единые оперативно-технические (тактико-технические) требования по созданию (модернизации)
различных технических, в том числе автоматизированных, систем и средств для решения задач гражданской защиты.
Создание РСГЗ на базе РСЧС и гражданской обороны не потребует значительных материальных затрат, ибо большинство мероприятий (разработка новой
нормативной правовой базы, перегруппировка сил, совершенствование взаимодействия государственных и коммерческих структур и т. п.) будет носить, в основном,
организационный характер.
Комплекс мероприятий гражданской защиты, порядок ее ведения, создание
РСГЗ и ее основные задачи, полномочия органов государственной власти Российской Федерации, органов государственной власти субъектов Российской Федерации,
органов местного самоуправления и организаций, права и обязанности граждан в
области гражданской защиты должны быть определены новым Федеральным законом «О гражданской защите», разработанным на основе действующих федеральных
законов «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и
техногенного характера» и «О гражданской обороне» и принятым вместо них, а также постановлением Правительства Российской Федерации «О создании Российской
системы гражданской защиты».
Учитывая предназначение РСГЗ, ее основными задачами, определяемыми
Федеральным законом «О гражданской защите», должны быть:
– разработка и реализация правовых и экономических норм по гражданской
защите;
– обучение населения в области гражданской защиты;
140
ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ РОССИЙСКОЙ СИСТЕМЫ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ
– прогнозирование возникновения чрезвычайных ситуаций, оценка их масштабов в случае возникновения;
– предупреждение аварий, катастроф, опасных природных явлений и других
бедствий, повышение устойчивости функционирования и защищенности критически
важных и потенциально опасных объектов в чрезвычайных ситуациях, подготовка к
осуществлению мероприятий гражданской защиты в военное время; оповещение и
информирование населения об опасностях при возникновении чрезвычайных ситуаций и действиях в складывающейся обстановке;
– эвакуация (отселение) населения, вывоз материальных и культурных ценностей в безопасные районы;
– инженерная, радиационная, химическая и медико-биологическая защита населения;
– защита водоисточников и систем водоснабжения, продовольствия, пищевого сырья, фуража, сельскохозяйственных животных и растений от радиоактивного
загрязнения, химического и биологического заражения;
– проведение мероприятий по световой и другим видам маскировки объектов
экономики и инфраструктуры;
– ликвидация чрезвычайных ситуаций, в том числе проведение аварийноспасательных и других неотложных работ;
– борьба с пожарами при возникающих чрезвычайных ситуациях или обуславливающими возникновение чрезвычайных ситуаций;
– создание резервов финансовых и материальных ресурсов для ликвидации
чрезвычайных ситуаций;
– первоочередное жизнеобеспечение населения, пострадавшего от чрезвычайных ситуаций, в том числе медицинское обслуживание, включая оказание первой
медицинской помощи, срочное предоставление жилья, осуществление мероприятий
по социальной защите и принятие других необходимых мер;
– восстановление и поддержание порядка в пострадавших районах;
– срочное захоронение трупов в военное время;
– осуществление государственного надзора и контроля в области гражданской защиты;
– обеспечение готовности органов управления сил и средств РСГЗ, организация управления мероприятиями в области гражданской защиты;
– международное сотрудничество в области гражданской защиты;
– иная деятельность, необходимая для решения задач гражданской защиты,
включая планирование и организацию проведения ее мероприятий.
Особенностями мероприятий гражданской защиты в целях защиты населения
и территорий от опасностей, возникающих при ведении военных действий или
вследствие этих действий, являются:
– правовая обусловленность деятельности РСГЗ нормативными правовыми
актами военного времени;
– планирование мероприятий гражданской защиты на военное время, предусматривающих перевод РСГЗ и элементов системы на работу в условиях военного
времени, а также использование сил и средств гражданской защиты в период военного времени;
– планирование и осуществление мероприятий с началом военных действий
по маскировке объектов экономики и инфраструктуры с целью их скрытия от
средств разведки противника;
141
В. Т. ВОРОНОВ
– заблаговременное определение объектов, необходимых для обеспечения
функционирования экономики и выживания населения в военное время, подготовка
и осуществление мероприятий по обеспечению их защищенности.
Таким образом, РСГЗ, в отличие от РСЧС, решающей задачи лишь предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, является комплексной системой, осуществляющей выполнение всего комплекса
мероприятий гражданской защиты.
При становлении и функционировании РСГЗ до 2020 г. предполагается ее совершенствование и дальнейшее развитие по следующим (основным) направлениям:
а) развитие нормативной правовой базы, включающее:
– переработку Федерального закона «О гражданской защите» в Федеральный
конституционный закон «Кодекс гражданской защиты», охватывающий дополнительно сферы деятельности в областях обеспечения пожарной безопасности и безопасности людей на водных объектах, объединяющий и систематизирующий нормативную правовую базу в области гражданской защиты, включая обеспечение
пожарной безопасности и безопасности людей на водных объектах, в том числе регламентирующий вопросы ведения гражданской защиты, функционирования РСГЗ в
военное время;
– внесение изменений в федеральные законы, касающиеся вопросов защиты
населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, в связи с переходом к понятию
«гражданская защита», в том числе о создании нового вида государственной службы – службы гражданской защиты;
– разработку проектов указов Президента Российской Федерации и постановлений Правительства Российской Федерации, касающихся создания и функционирования РСГЗ, изменения состава МЧС России и системы МЧС России, определяющих
показатели и нормы функционирования РСГЗ и ее элементов;
– разработку и внедрение технических регламентов по вопросам обеспечения
безопасности населения, безопасной эксплуатации и защищенности критически
важных и потенциально опасных объектов от угроз различного характера;
– разработку государственных (муниципальных) заданий для элементов РСГЗ и др.;
б) совершенствование методов и способов защиты населения и территорий,
включающее:
– создание единой системы обучения населения в области гражданской защиты, переработку программ подготовки специалистов и руководящего состава РСГЗ;
– образование единого органа государственного надзора в области обеспечения промышленной, природной, экологической и пожарной безопасности;
– совершенствование системы информирования и оповещения населения об
угрозах различного характера и действиях в условиях возникших бедствий, завершение создания Общероссийской комплексной системы информирования и оповещения населения в местах массового пребывания людей (ОКСИОН);
– создание комплексных систем обеспечения безопасности жизнедеятельности населения на объектах защиты, а также при проведении общественнополитических мероприятий;
– освоение подземного пространства городов для укрытия населения и осуществления мер по повышению защищенности критически важных и потенциально
опасных объектов;
– развитие системы мониторинга, лабораторного контроля и прогнозирования
чрезвычайных ситуаций с учетом всего спектра современных опасностей и угроз путем улучшения ее организации, методологии технического оснащения, автоматиза142
ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ РОССИЙСКОЙ СИСТЕМЫ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ
ции, сбора, обработки и передачи информации, расширения функций за счет мониторинга состояния критически важных и потенциально опасных объектов;
– совершенствование промышленной безопасности, улучшение подготовки
объектов экономики и систем жизнеобеспечения населения к работе в условиях
опасностей и угроз различного характера, повышение физической устойчивости
объектов к воздействию поражающих факторов при авариях, природных и техногенных катастрофах, террористических актах, ведении военных действий;
– развитие системы страхования ответственности за причинение вреда при
чрезвычайных ситуациях, системы декларирования промышленной безопасности, а
также деятельности по лицензированию опасных производственных объектов;
– развитие системы первоочередного жизнеобеспечения пострадавшего населения при чрезвычайных ситуациях, разработку норм и нормативных показателей по
основным видам жизнеобеспечения, создание запасов материально-технических ресурсов для восстановления инфраструктуры жизнеобеспечения в зонах бедствия;
– совершенствование экономического обеспечения функционирования РСГЗ и др.;
в) совершенствование системы управления гражданской защиты, предусматривающее:
– реконструкцию и модернизацию существующих пунктов управления, оснащение их современными средствами связи и оповещения, обработки информации
и передачи данных;
– создание единой многоуровневой автоматизированной информационноуправляющей системы РСГЗ;
– создание подвижных пунктов управления РСГЗ во всех субъектах Российской Федерации, завершение создания локальных систем оповещения населения в
районах потенциально опасных объектов;
– создание единого органа борьбы с лесными пожарами;
– интеграцию систем связи РСГЗ с сетями связи взаимоувязанной сети связи
страны, Минобороны России, других федеральных органов исполнительной власти,
завершение создания с использованием ресурсов НЦУКС системы антикризисного
управления на мирное и военное время;
– переработку существующих планирующих документов с целью сокращения их
количества с учетом современных требований и условий, в том числе по переводу гражданской защиты с мирного на военное время, эвакуации (отселению) населения и др.;
г) развитие сил и средств РСГЗ, включающее:
– создание подразделений аварийно-спасательных сил в потенциально опасных районах;
– развитие морских спасательных центров и авиации МЧС России;
– развитие аварийно-спасательных сил в федеральных органах исполнительной власти и субъектах Российской Федерации;
– создание группировки сил РСГЗ, способной осуществлять оперативное реагирование на возникающие чрезвычайные ситуации различного характера и масштаба на территории Российской Федерации, оказывать эффективную международную
помощь в соответствии с заключенными международными договорами;
– модернизацию технического оснащения сил РСГЗ с целью повышения мобильности, оперативности и эффективности их действий;
– разработку и реализацию нового механизма привлечения аварийноспасательных сил Минобороны России, МВД России, других федеральных органов
исполнительной власти в интересах выполнения задач гражданской защиты в связи с
реорганизацией (реформированием) этих органов;
143
В. Т. ВОРОНОВ
д) совершенствование системы обеспечения пожарной безопасности, предусматривающее:
– повышение эффективности государственного пожарного надзора, внедрение новых антикоррупционных форм и методов контроля за состоянием пожарной
безопасности;
– развитие договорных подразделений Федеральной противопожарной службы, добровольной и частной пожарной охраны в целях повышения оперативности
реагирования на возникающие пожары;
– развитие инфраструктуры и материально-технической базы пожарной охраны в развивающихся городах и в муниципальных образованиях, а также на критически важных объектах;
– оснащение подразделений пожарной охраны новыми средствами спасения и
тушения пожаров, в том числе в высотных зданиях;
– развитие единой системы управления силами и средствами пожаротушения;
– создание единой службы борьбы с лесными пожарами;
– разработку эффективных средств пожаротушения лесных пожаров, предприятий нефтедобычи и нефтепереработки, в том числе морских платформ.
Создание и развитие РСГЗ до 2020 г. осуществляется в три этапа.
На первом этапе (до 2014 г.) – утверждается Концепция создания Российской
системы гражданской защиты (РСГЗ), разрабатываются и согласовываются федеральными органами исполнительной власти, органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации и заинтересованными организациями проекты основных законодательных и нормативных правовых актов, регламентирующие создание
и функционирование РСГЗ (Федеральный закон «О гражданской защите», Положение о РСГЗ, типовые положения о системах гражданской защиты субъектов Российской Федерации, федеральных органов исполнительной власти и организаций, о
функциональных службах РСГЗ и другие) и представляются на принятие.
После принятия Федерального закона «О гражданской защите» и издания постановления Правительства Российской Федерации «О создании РСГЗ» осуществляются организационные меры по созданию системы и ее элементов.
На втором этапе (2015–2017 гг.) – с учетом опыта создания РСГЗ и ее функционирования разрабатывается, согласовывается и представляется на принятие Федеральный конституционный закон «Кодекс гражданской защиты», объединяющий и систематизирующий нормативную правовую базу в области гражданской защиты, включая
обеспечение пожарной безопасности и безопасности людей на водных объектах, регламентирующий вопросы ведения гражданской защиты, функционирования РСГЗ в военное время; осуществляются меры по развитию РСГЗ (создается единая система обучения населения в области гражданской защиты, завершается создание ОКСИОН,
реконструируются и модернизируются пункты управления РСГЗ, совершенствуются
аварийно-спасательные силы в федеральных органах исполнительной власти, субъектах
Российской Федерации, муниципальных образованиях и организациях, создаются аварийно-спасательные подразделения в потенциально опасных районах, создается в целом группировка сил РСГЗ, создается единый орган государственного надзора и контроля, совершенствуется обеспечение пожарной безопасности, создается единая
государственная система мониторинга, лабораторного контроля и прогнозирования
опасностей и угроз природного, техногенного и военного характера, включая мониторинг состояния критически важных и потенциальной опасных объектов, и др.).
На третьем этапе (2018–2020 гг.) – разрабатывается нормативная правовая база по
реализации основных положений «Кодекса гражданской защиты», в том числе вносятся
изменения в федеральные законы (об образовании нового вида государственной службы – службы гражданской защиты и др.); осуществляются организационные мероприя144
ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ РОССИЙСКОЙ СИСТЕМЫ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ
тия по реализации положений «Кодекса гражданской защиты» и развитию РСГЗ (завершение создания в стране комплексной системы обеспечения безопасности жизнедеятельности населения, стабилизация уровней социальных гарантий сотрудников службы
гражданской защиты, создание системы первоочередного жизнеобеспечения населения,
пострадавшего при чрезвычайных ситуациях, совершенствование сил РСГЗ, создание
подвижных пунктов управления РСГЗ во всех субъектах Российской Федерации.
Заключение
Необходимы научные подходы к реализации фундаментальных и прикладных
проблем комплексной безопасности страны: поискам путей создания и развития интегрированной системы гражданской защиты, к современным технологиям обеспечения
безопасности в техносфере, анализу социально-экономических, включая политологию
безопасности, и гуманитарных проблем обеспечения комплексной безопасности.
Литература
1 Комплексная безопасность. Новые горизонты : сб. материалов междунар. науч.практ. конф., 25 нояб. 2011 г. – Химки : ФГБОУ ВПО «АГЗ МЧС России». –
2011. – 304 с.
2 Защита населения и территорий при чрезвычайных ситуациях в мирное и военное
время как составная часть национальной безопасности : тез. докл. и выступлений
Второй Всерос. науч.-практ. конф. – М. : Внешторгиздат, 1997. – 400 с.
3 Актуальные проблемы гражданской защиты : XI Междунар. науч.-практ. конф. –
М. : Вектор Т и С, 2006. – 386 с.
4 Федеральные законы «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» от 21 дек. 1994 г. № 68-ФЗ; «О гражданской обороне» от 12 февр. 1948 г. № 28-ФЗ.
5 О чрезвычайном положении : Закон РСФСР от 17 мая 1991 г.
6 О единой государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных
ситуаций : постановление Правительства Рос. Федерации от 5 нояб. 1995 г. № 1113 ;
от 30 дек. 2003 г. № 794.
7 О внесении изменений в постановление Правительства Российской Федерации от
30 декабря 2003 г. № 794 : Постановление Правительства Рос. Федерации от 27 мая
2005 г.
8 Об утверждении Положения об организации и ведении гражданской обороны в
муниципальных образованиях и организациях : Приказ МЧС Рос. Федерации от
14.11.2008 г. № 687.
9 Владимиров, В. А. О теории гражданской защиты / В. А. Владимиров // Гражд. защита. – 2000. – № 5. – С. 20–23.
Поступила в редакцию 23.08.2013
V. T. Voronov
PROSPECTS OF CREATION OF THE RUSSIAN SYSTEM OF CIVIL DEFENCE
The problem of integration of the system of civil defensive and single state system of
warning and liquidation of emergencies is examined in the Russian system of civil defence.
This is not arbitrarily constructed education, and objectively existent reality.
The principle of unity of theory and practice is the necessary condition of successful l integration of the system of civil defensive and the single state system of warning on all levels.
145
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.841.2.001.2
ЗАТОПЛЕНИЕ НЕФТИ КАК МЕТОД ЕЕ ЛОКАЛИЗАЦИИ:
ПЛЮСЫ И МИНУСЫ
О. Г. ГОРОВЫХ, кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры ОД ОПЧС и ОНД
А. В. ВОЛОСАЧ, магистр, старший преподаватель кафедры ПЧС
Государственное учреждение образования «Институт переподготовки
и повышения квалификации» МЧС Республики Беларусь, Минская обл., пос. Светлая Роща
Проанализированы основные методы ликвидации нефтяных разливов. Показано, что
каждый из методов имеет свои недостатки. Рассмотрен метод затопления нефти, позволяющий ликвидировать ЧС в наименее короткие сроки, показано, что это одно из перспективных направлений.
Ключевые слова: авария, разлив нефти, способ ликвидации, диспергирующие
реагенты, сорбент, затопление нефти.
Введение
Жизнь современного человека невозможно представить вне техносферы. Немалую роль в техническом и промышленном прогрессе играет нефть, как источник
энергии, материалов химической и нефтехимической промышленности. В связи с
широким использованием нефти и нефтепродуктов за последний век наблюдается
неуклонный рост потребления нефти и нефтепродуктов. Вместе с тем возросло количество разливов нефти и нефтепродуктов, ликвидация последствий которых представляет собой дорогостоящую операцию с привлечением больших сил и средств.
Подобные затраты ложатся на себестоимость энергоносителей, что влечет за собой
увеличение стоимости смежных товаров.
По подсчетам Национального Исследовательского Совета США (National
Research Council) ежегодно в воду попадает почти 1,5 млн м3 нефти и нефтепродуктов, около 45 % утечек имеют естественные причины. Примерно 5 % нефти попадает
в моря, реки и озера в результате процесса добычи и производства. Транспортные
аварии обеспечивают 22 % подобных разливов. Остальная нефть попадает в воду в
результате сотен и тысяч мелких аварий и утечек, которые зачастую не замечаются
прессой, властями и правоохранительными органами: их причиной может быть, например, протекающий бензобак на катере или неправильно работающие очистные
сооружения.
Британская консалтинговая фирма TINA Consultants, занимающаяся предотвращением утечек нефти, подсчитала, что за период с 1995 по 2012 г. на каждый
1 млн т добытой или хранимой нефти приходилось 0,94 утечек, в результате которых
в воду попадало 3,06 т нефти или нефтепродуктов. При этом, чем старее оборудование, тем чаще случаются утечки и тем масштабнее они.
Возрастающие требования к сокращению потерь углеводородного сырья,
экологическая обстановка в мире предъявляют повышенные требования к обеспече-
146
ЗАТОПЛЕНИЕ НЕФТИ КАК МЕТОД ЕЕ ЛОКАЛИЗАЦИИ: ПЛЮСЫ И МИНУСЫ
нию надежности и безопасности технологических процессов, связанных с ликвидацией аварий с нефтепродуктами.
При проведении мероприятий по локализации и ликвидации разливов нефти
определяющим фактором является время выполнения работ, сокращение которого
ведет к уменьшению размеров ущерба от загрязнения окружающей среды. Наиболее
сокращающим время полной первичной ликвидации является метод затопления, который может обеспечить локализацию вылившейся нефти в течение одного часа.
Основная часть
Среди современных способов ликвидации последствий нефтяных разливов
выделяют три основные группы технических методов и средств:
1) физические (механические) способы локализации, сбора и удаления нефти
с поверхности моря и на берегу;
2) химические методы диспергирования пленочной нефти для ускорения процессов ее рассеивания и разложения под действием природных факторов;
3) микробиологические методы разрушения нефти.
Рассмотрим методы, широко применяемые и планируемые к применению при
разливе нефтепродуктов на водную поверхность.
Механические (наиболее широко используемые в мировой практике) включают в себя целую гамму технических средств различной модификации и технологии их применения. Как правило, они не эффективны при высоте волн, превышающей 1,8–2 м (4 балла), при скорости ветра свыше 12 м/с, скорости течения,
превышающей 0,5 м/с (перпендикулярно течению). В условиях закрытой акватории
эффективность применения механических средств резко возрастает, позволяя собрать при благоприятных погодных условиях достаточно разлитой нефти, если толщина разлившейся пленки нефтепродуктов превышает критическую величину. Но
при времени существования нефтепродуктового пятна более 2–3 ч, данная толщина
пленки уже снижается ниже критической. Эффективность применения механического метода зависит от наличия достаточных средств на месте разлива и быстроты их
использования, а также от погодных условий [1].
Следующее место в этом списке занимают диспергирующие реагенты (диспергенты), которые представляют собой смесь растворителей и поверхностноактивных веществ (ПАВ). Благодаря особенностям химической структуры и способности понижать поверхностное натяжение на границе раздела нефти с водой, ПАВ
стабилизирует нефтяные капли в воде и таким образом эмульгирует (рассеивает)
нефть [2]. То есть пленка нефти разбивается на мелкие капли под воздействием естественных процессов: ветра, волн, течения. Нефтяные капли рассеиваются в слое воды до низших концентраций и подвергаются далее природным воздействиям, таким,
например, как биоразложение (которое может продолжаться несколько месяцев).
Правда при этом устраняется возможность образования нефтяных пленок на поверхности водного объекта. Среди факторов, которые надо не игнорировать при использовании химических средств для борьбы с разливами нефти, это токсические свойства диспергентов и других препаратов.
Имеющиеся диспергенты менее токсичны, чем нефть, которую они диспергируют, однако диспергированная нефть может быть токсичной до тех пор, пока она не
рассеется или достаточно не растворится, до этого она влияет на большую часть
водного столба (или морского дна, если диспергент был использован на мелководье).
Следовательно, использование диспергентов ограничивается применением в глубоководных зонах. В ходе исследовательских работ удалось создать относительно без-
147
О. Г. ГОРОВЫХ, А. В. ВОЛОСАЧ
вредные и нетоксичные диспергенты, среди которых наибольшее распространение
получили три препарата – «Корексит-7664», «Корексит-9527», «ВР-1100Х». Эти
препараты значительно менее токсичны, чем нефть, для диспергирования которой
они применяются. Эффективность диспергентов вызывает большую озабоченность,
нежели их токсичность. До сих пор не существует надежных способов их проверки в
натурных условиях, хотя на вооружении таких стран как Франция, Германия, Бельгия, Швеция, Великобритания и Дания они планируются к широкому применению.
Но при применении диспергаторов оседание части фракции нефти также происходит, так как это относится к естественным процессам ее поведения в природе.
Сжигание применяется в основном при операциях в ледовых условиях в открытом море. Эксперименты показали высокие результаты по удалению разлившейся нефти. Тем не менее, применение сжигания может вызвать определенные проблемы, основными из которых следует считать угрозу для стоящих рядом судов,
аварийному судну и остаткам нефти на борту, которые можно было бы перегрузить.
В результате сжигания образуется наблюдаемое визуально загрязнение воздуха. Все
это делает сжигание неприемлемым для большинства ситуаций, связанных с разливом нефти на не морских водных объектах.
Оседание тяжелых фракций нефти на дно наблюдается и при возгорании пролитой нефти: легкие фракции выгорают, а тяжелые опускаются на дно. Моделирование сгорания различных видов нефтепродуктов показало, что значительная часть остатка от сгорания тонет, особенно при горении мазутов [3].
Биологический метод применяется после физико-химического и механического методов при толщине слоя не менее 0,1 мм. В основе технологии биоремедитации лежит использование специальных, микроорганизмов, способных к окислению
углеводородов до экологически безопасных веществ. Количество микроорганизмов,
способных произвести ассимиляцию нефтяных углеводородов, невелико. В основном это бактерии, представители рода Pseudomonas, и некоторые виды грибков и
дрожжей. Биоразлагающими агентами могут быть бактерии, постоянно живущие в
районе разлива, микробы природного, но не местного происхождения, микробы,
созданные методом генной инженерии, и питательные вещества для микробов, которые могут добавляться с целью ускорения биологического окисления. При достаточной
насыщенности воды кислородом и при температуре 15–20 °С эти микроорганизмы способны окислять нефтепродукты со скоростью 2 г/м2 поверхности воды в день. Однако
бактериальное окисление при низких температурах воды происходит медленно, и нефтяные продукты остаются в водоемах длительное время – до 50 лет [4]. Испытания этой
технологии на воде показали либо незначительное, либо отсутствие ускорения естественного процесса биоразложения. Кроме того, не изучены последствия от введения в большом количестве инородных данной экосистеме организмов.
Сорбенты – материал, с помощью которого может быть удалена нефть с поверхности воды путем абсорбции (впитывания) или адсорбции (налипания) [5].
Трудность представляет нанесение сорбентов на разлившиеся нефтепродукты
с последующим сбором и утилизацией образовавшейся смеси. Все предлагаемые на
сегодняшний день методы утилизации отработавших сорбентов экологически опасны, кроме того получение высокоэффективных сорбентов экологически небезопасные технологии, которые предполагают использование высокотемпературной обработки, серных кислот, синтеза полимерных материалов. Используются они
преимущественно при удалении с поверхности воды тонких слоев нефти, сбор которых механическими средствами неэффективен, а также для очистки закрытых акваторий (озер, рек). Применение ограничено погодными условиями.
148
ЗАТОПЛЕНИЕ НЕФТИ КАК МЕТОД ЕЕ ЛОКАЛИЗАЦИИ: ПЛЮСЫ И МИНУСЫ
Известны и другие химические препараты:
1 Желатинизирующие препараты – превращают жидкую нефть в малоподвижную и твердую для облегчения ее сбора. Желатинизирующие агенты нужно перемешать с нефтью (что требует больших энергозатрат) и дать необходимое время
для образования геля. Время образования геля для различных препаратов – от нескольких минут до нескольких дней. Объем используемых желатинизирующих агентов – 40 % объема самой нефти [6]. По этой причине они, как правило, не складируются для использования организациями, осуществляющими борьбу с разливами;
2 Собиратели нефти – предназначены для стягивания нефтяного пятна и
удержания его от растекания. Собиратели нефти ограничены по эффективности и
более успешно применяются при обработке небольших тонких нефтяных пятен. Испытания и применение препаратов показали, что главное для них – спокойное состояние водной поверхности, которое весьма ненадежно. Поэтому используются они
редко.
3 Инициаторы горения – применяются для оказания помощи при сжигании
нефти. Используют два основных типа: сорбенты и пиротехнические наборы.
В функцию первых входит накапливание нефти в более толстый слой, а в функцию
вторых – поддержание горения пятна. Инициаторы горения имеют ограниченное
применение из-за большого количества материала, необходимого для эффективного
воздействия, а также вследствие того, что сжигание нефти на месте разлива можно
производить и без них.
При разливе нефти на водной поверхности начинают проистекать процессы
трансформации нефтяного загрязнения. Это: растекание, испарение, растворение в
воде легких фракций, образование эмульсий, оседание тяжелых фракций на дно и
биодеградация. Интенсивность указанных процессов зависит как от внешних (условия среды), так и от внутренних факторов (тип нефтепродукта).
Какой бы из приведенных методов не применялся, оседание на дно происходит всегда, хотя в основном тяжелых фракций. И при всех перечисленных методах
невозможно избежать испарения легких фракций.
Затопление нефти как метод локализации известен давно.
Чаще препараты для затопления нефти предлагается использовать для предотвращения затопления нефтью побережья. Например, гидрофобный мел. Ввиду
того, что затопляемая масса вызывает удушение придонных организмов и подвергает их контакту с нефтью, применение затопляющих агентов, как правило, запрещается органами охраны окружающей среды [7]. Однако затопление нефти – это быстрый способ удаления ее с поверхности, что особенно важно при подходе нефтяных
пятен к экологически значимым объектам или объектам совместного пользования
несколькими странами. Можно подобрать такие природные вещества, обуславливающие погружение нефти, которые не обладают токсическими свойствами и даже
могут служить источниками кислорода, питательных веществ и бактериальных спор,
что, в свою очередь ускорит процесс естественной деградации нефти. Благодаря потопляемому веществу нефтепродуктовые загрязнения можно полностью, включая
легкие фракции, склонные к быстрому испарению, перенести на дно, где отмечается
наибольшая концентрация анаэробных и иных бактерий. В качестве осаждающих
нефть агентов можно использовать многие природные материалы с высокой плотностью, имеющей большее сродство к нефтепродуктам, чем к воде. Можно использовать такие вещества как: нейтральные порошки, состоящие из природных компонентов донных осадков, активированный кремнезем, специально обработанные глины,
восковые мела, лигнины и т. д. Можно использовать методы прочной фиксации оса149
О. Г. ГОРОВЫХ, А. В. ВОЛОСАЧ
жденной нефти, для предотвращения повторного всплывания. Кроме того, при глубине осаждения не более 5 м возможно извлечения осажденной нефти механическим
способом.
Сегодня в мировой практике проанализирована возможность применения для
затопления нефти карбосэнда, порошкового мела, пористой золы, измельченного
шлака, кирпичного порошка и других материалов.
Заключение
В отличие от других способов борьбы с нефтяными разливами такой метод
локализации как «затопление нефти» имеет достаточно положительных моментов.
Во-первых, это одностадийная операция, которая позволяет экономить время, необходимое для ликвидации ЧС, во-вторых, резко уменьшается площадь акватории, которая подвергается воздействию нефтяного пятна, в третьих, уменьшается количество загрязнений, поступающих в атмосферу, и снижается вероятность возникновения
пожара на загрязненной поверхности. Однако для обеспечения возможности использования данной технологии необходимы дальнейшие работы по исследованию осаждающих веществ, отработке методики их применения и всесторонним экологическим исследованиям по влиянию данного метода на элементы биосферы.
Литература
1 Альхименко, Ф. И. Развитие теории и методы расчета распространения нефтепродуктов в водной среде под действием гидрометеорологических факторов / Ф. И. Альхименко. – Л., 1989. – С. 328.
2 Артемов, A. B. Современные технологии очистки нефтяных загрязнений / A. B. Артемов // Нефть. Газ. Промышленность. – 2004. – С. 340.
3 Воробьев, Ю. Л. Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов / Ю. Л. Воробьев, В. А. Акимов, Ю. И. Соколов. – М. : Ин-октаво,
2005. – С. 368.
4 Киреева, H. A. Биологическая очистка нефтезагрязненного водоема / H. A. Киреева,
Т. С. Онегова // Вода и экология: проблемы и решения. – 2004. – № 2. – С. 67–69.
5 Сорбционный метод ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов
/ H. A. Самойлов [и др.]. – М. : Химия, 2001. – С. 189.
6 Современные методы и средства борьбы с разливами нефти : науч.-практ. пособие
/ А. И. Вылковап [и др.]. – СПб. : Центр-Техинформ, 2000. – С. 309.
7 Руководство по ликвидации разливов нефти на морях, реках и озерах / отв. ред.
Г. М. Овчинников. – СПб. : ЦНИИМФ, 2002. – С. 344.
Поступила в редакцию 21.08.2013
O. G. Gorovykh, A. V. Volosach
FLOODING AS A METHOD OF OIL CONTAINMENT: ADVANTAGES
AND DISADVANTAGES
Shown and analyzed the trend in crime fighting in Belarus, the necessity of instrumental analysis by considering the pursuit cause of the fire, offered an interpretation of the
observed fires in burnout on the criminal sexual coatings.
150
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.84
О НАДЕЖНОСТИ ПОДЗЕМНЫХ ГИДРАНТОВ
А. В. ШНЫПАРКОВ, кандидат физико-математических наук, доцент
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
Предложен способ модернизации пожарного гидранта, который исключает возможность выхода его из строя по наиболее часто встречающимся причинам.
Ключевые слова: гидрант, пожарная колонка, обратный клапан.
Среди установленных на водопроводную сеть пожарных гидрантов (ПГ) наибольшее распространение получили подземные пожарные гидранты (рисунок 1) образца ГОСТ 8220–85. Эти гидранты обеспечивают подачу воды на пожаротушение,
что в свою очередь способствует успешной локализации и ликвидации чрезвычайной ситуации (пожара). Так как работа пожарных и спасателей связана с проведением неотложных работ по ликвидации аварий, катастроф и стихийных бедствий, причиной которых может стать огонь, то к применяемому оборудованию в зонах
чрезвычайных ситуаций предъявляют дополнительные требования. Речь идет не
только о повышенных показателях надежности и безопасности, в первую очередь
пожарные гидранты должны быть высокоэффективными.
Рисунок 1 – Разрез пожарного гидранта:
1 – крышка; 2 – ниппель; 3 – корпус; 4 – штанга; 5 – шпиндель; 6 – седло;
7 – кольцо; 8 – клапан
151
А. В. ШНЫПАРКОВ
В то же время из-за конструктивных особенностей, а также не соблюдения
определенных правил при их эксплуатации и монтаже с течением времени некоторые гидранты выходят из строя, тем самым препятствуя забору из них воды и осложняя работу подразделений МЧС, прибывших на место пожара.
На сегодняшний день около 30 % от всех гидрантов, установленных в районе
исследования, не используются (хотя подобная картина наверняка характерна и для
других регионов). Основная причина, по которой гидранты оказываются в неработоспособном состоянии, это халатное отношение (рисунок 2) и конструктивные недостатки (рисунок 3).
а)
б)
в)
г)
Рисунок 2 – Причины неработоспособности ПГ из-за халатного отношения:
а – асфальтирование люка ПГ; б – занижение стояка ПГ;
в – смещение ПГ; г – осыпание стенок ПГ
а)
б)
Рисунок 3 – Причины неработоспособности ПГ из-за конструктивных недостатков:
а – проникновение; б – застой воды грунтовых вод после работы
152
О НАДЕЖНОСТИ ПОДЗЕМНЫХ ГИДРАНТОВ
Как нетрудно убедиться, рассмотренные выше ситуации, осложняющие, а порой и исключающие проведение аварийно-спасательных работ, не являются единичными случаями, а встречаются повсеместно. Поэтому задача устранения отмеченных
недостатков, несомненно, является актуальной. Как видно из вышеперечисленного,
поддержание работоспособного состояния гидрантов можно обеспечить их своевременным и качественным техническим обслуживанием, а вот с конструктивными
особенностями дела обстоят несколько иначе.
Устанавливаемые в Республике Беларусь пожарные гидранты конструктивно
не подвергались модернизации уже несколько десятков лет. Однако за это время
появилось достаточное большое количество конструкций гидрантов, не имеющих
указанных выше недостатков.
Так, в частности, известны конструкции [1]–[4], анализ описаний конструкций которых свидетельствует о том, что они в большинстве своем лишены недостатков, присущих имеющимся гидрантам, хотя с экономической точки зрения не всегда
эффективны. Для экономии финансовых средств предпочтительнее все же устранить
недостатки на находящихся в эксплуатации гидрантах.
Проникновение грунтовых вод в полость гидранта, а также застой воды после
его работы, с одной стороны, способствует возникновению коррозии, а с другой –
возникает вероятность замерзания воды в полости гидранта, что ведет к его разрушению и, как следствие, его неработоспособности. Для исключения подобных ситуаций целесообразно установить на сливное отверстие гидранта обратный клапан.
Хотя согласно [5] по требованию потребителя сливной канал корпуса гидранта должен быть укомплектован обратным клапаном, предотвращающим проникание грунтовых вод в полость гидранта, на практике же гидрантов, оборудованных обратным
клапаном сливного отверстия, практически не встречается, а ситуации, указанные на
рисунке 3, встречаются не так уж и редко.
Для слива воды из полости гидранта в его корпусе выполнено отверстие диаметром 10 мм. Для установки обратного клапана, достаточно метчиком нарезать резьбу в
сливном отверстии и с помощью переходника вкрутить обратный клапан, например, изображенный на рисунке 4. Обратный клапан имеет простую конструкцию в виде латунного цилиндра со встроенной в него пружинкой и круглой перекрывающей пластинкой.
Рисунок 4 – Обратный клапан
Предлагаемое техническое решение усовершенствует пожарный гидрант, а
именно – предотвращает выход его из строя по причине замерзания воды в полости
гидранта, обеспечивает надежную и безотказную работу в любых погодных и климатических условиях.
К тому же при монтаже обратного клапана нет необходимости перекрытия
некоторого участка трубопровода, что исключает существенные неудобства населению, проживающему в районе проведения ремонтных работ, связанных с отсутствием в домах воды.
153
А. В. ШНЫПАРКОВ
Предлагаемое техническое решение позволит не только обойтись без разборки или снятия стояка пожарного гидранта, но и существенно снизить материальные
затраты на его усовершенствование. Позволит также продлить срок службы оборудования, повысит его надежность при работе и ликвидации пожара.
Заключение
Анализ состояния противопожарного водоснабжения, а в частности пожарных гидрантов, свидетельствует о том, что часть оборудования нуждается в ремонте,
а некоторые и в замене. Замена или реконструкция известными способами требует
больших финансовых вложений.
В Республике Беларусь имеется производство пожарных гидрантов, которые
хоть и отвечают современным требованиям, но все же имеют ряд конструктивных
недостатков, из-за которых могут создаваться трудности при проведении аварийноспасательных работ, а именно тушении пожаров. Анализ зарубежных патентов показывает на разнообразие способов модернизации выпускаемой продукции, которые
непосредственно направлены на усовершенствование продукции.
Предлагаемый способ изменения и модернизации конструкции пожарного
гидранта позволяет:
– оперативно и без демонтажа стояка пожарного гидранта устанавливать данную деталь на место;
– исключить возможность выхода из строя агрегата по причине замерзания
воды в полости гидранта, тем самым обеспечить его безотказную и надежную работу при любых обстоятельствах и климатических условиях.
Литература
1 Пожарный гидрант : пат. 2446262 RU, МПК6 E 04 H 12/30 / В. Г. Петько, А. Б. Рязанов ; заявитель Федерал. гос. образоват. учреждение высш. образования «Краснодарский государственный университет» ; заявлено 25.03.10 ; опубл. 27.09 11.
2 Пожарный гидрант : пат. 117483 RU, МПК6 E 04 H 12/30 / А. В. Буганова,
В. В. Можайкин ; заявитель Федерал. гос. бюджет. образоват. учреждение высш.
образования «Юго-Западный государственный университет» (ЮЗ ГУ) ; заявка
№ 2011154250/03 ; заявлено 28.12.11 ; опубл. 27.06.12.
3 Пожарный гидрант : пат. 2010111539 RU, МПК6 E 04 H 12/30 / В. Г. Петько,
А. Б. Рязанов ; заявитель Федерал. гос. образоват. учреждение высш. образования
«Краснодарский государственный университет» ; заявка № 2010111539/03 ; заявлено 25.03.10 ; опубл. 27.09.11.
4 Пожарный гидрант : пат. 2362858 RU, МПК6 E 04 H 12/30 / Л. Н. Борзина, В. А. Королев, Г. Н. Метлов, А. К. Сокольский ; заявитель Науч. учреждение «Всероссийский
научно-исследовательский институт» (ГНУ ВИЭСХ) ; заявка № 2008113443/03 ;
заявлено 10.04.08 ; опубл. 27.07.09.
5 Гидранты пожарные подземные. Технические условия: ГОСТ 8220–85 (Взамен
ГОСТ 8220–62). – Введ. 13.12.85. – М. : Межгос. стандарт, 1993. – 33 с.
Поступила в редакцию 19.09.2013
A. V. Shnyparkov
ABOUT RELIABILITY OF UNDERGROUND HYDRANTS
The way of modernization of a fire hydrant which excludes possibility of an exit it
out of operation for most often meeting reasons is offered.
154
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.84
ОСОБЕННОСТИ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ ПРИ НАВОДНЕНИЯХ
Ю. Н. РУБЦОВ, начальник кафедры
В. Ф. ТИМОШКОВ, преподаватель кафедры
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
Показаны особенности тушения пожаров при наводнениях. Рассмотрена возможность пожаротушения гражданских зданий, полностью или частично отрезанных водой, путем доставки к месту пожара на легких катерах боевого расчета и подачу установленными
на них переносными мотопомпами фирмы «Хонда» огнетушащих средств.
Ключевые слова: пожар, наводнение, силы и средства органов и подразделений
по чрезвычайным ситуациям, разведка пожара, боевая задача,
плавсредства.
Введение
В настоящее время возникает тенденция к увеличению роста чрезвычайных
ситуаций природного и техногенного характера. В 1987 г. Организация объединенных наций признала природные бедствия (землетрясения, ураганы, извержение
вулканов, наводнения, цунами, лесные пожары и др.) в качестве одной из главных
угроз человечеству. Их угроза, по мнению специалистов, сравнялась с угрозой
атомной войны.
Хотя человечество не может мириться с последствиями разбушевавшихся сил
стихии, но сегодня оно вынуждено в большинстве случаев выполнять пассивную
роль, проводя лишь комплекс работ по ликвидации таких последствий. Эта проблема
будет оставаться актуальной значительное время, пока люди не сумеют подчинить
или надежно контролировать силы, приводящие к стихийным бедствиям.
Потребность в рассмотрении тушения пожаров при наводнениях обусловлена
тем, что наводнения могут происходить в результате подъема уровня воды во время
половодья или паводка, при заторе, зажоре, вследствие нагона в устье реки, а также
при прорыве гидротехнических сооружений.
Наводнения различной силы происходят каждый год, но наиболее интенсивные наблюдались в нашей стране в 1986, 1995, 2004, 2013 гг.
Основная часть
Обстановка на пожаре. Исходя из практики наблюдения наводнений в нашей стране, можно отметить, что вопрос тушения пожаров при наводнениях касается сельских населенных пунктов и районов (участков) городов с невысоким уровнем
рельефных отметок. В зависимости от погодных условий различные территории, на
которых расположены гражданские здания, могут быть отрезаны водой полностью
или частично.
155
Ю. Н. РУБЦОВ, В. Ф. ТИМОШКОВ
Как правило, это малоэтажные (до 3-х этажей) жилые, административные и
другие здания, предназначенные для бытовых, общественных и культурных потребностей людей.
Конструктивно, по условиям несения нагрузки, здания бывают: с несущими
стенами и каркасные, в которых вся нагрузка передается на каркас. В гражданских
зданиях бывает секционная или коридорная планировка на этажах.
Рисунок 1 – Населенный пункт при наводнении
По огнестойкости гражданские здания могут быть от I до V степени огнестойкости. В настоящее время, в старом жилом фонде существует еще много зданий
III–V степени огнестойкости. Здесь предел огнестойкости будет зависеть от толщины защитного слоя штукатурки. Практика показывает, что защитный эффект штукатурки примерно равен 15–20 мин, после чего деревянные конструкции загораются, а
металлические интенсивно прогреваются. Предел огнестойкости бревенчатых и
брусчатых стен зависит от их толщины. Так, при толщине стен 10–25 см предел их
огнестойкости равен 20–25 мин. Каркасные стены при пожарах могут прогорать за
5–10 мин. По деревянным несущим балкам предел огнестойкости равен 30–35 мин.
Предел огнестойкости деревянных конструкций, не защищенных от возгорания, зависит от их толщины и скорости прогорания вглубь, которая находится в пределах
1–1,5 мм/мин.
В гражданских зданиях по всем этажам проходят инженерные коммуникации:
системы отопления и вентиляции, электрические и газовые сети и др. В местах их
прохода в стенах и перекрытиях устраивают отверстия или желоба.
В зависимости от назначения и этажности в зданиях устраивают внутренние
пожарные водопроводы, системы дымоудаления и подпора воздуха.
Что касается сельских населенных пунктов, то сегодня по своей архитектуре,
благоустройству и планировке они мало чем отличаются от небольших городов.
Территория таких населенных пунктов делится на жилую и производственную.
Жилая зона включает в себя жилые комплексы и общественный центр. В центре населенного пункта размещают клубы, кинотеатры, школы, детские учреждения
и административные здания. Общественный центр застраивают 3-, 4-этажными, а
окраины 1-, 2-этажными жилыми зданиями.
Приусадебный участок состоит из хозяйственного двора, в котором размещают 1-, 2-этажные жилые здания, гараж, постройку для скота и птицы, сараи.
156
ОСОБЕННОСТИ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ ПРИ НАВОДНЕНИЯХ
Производственная зона состоит из ряда зданий и сооружений, объединенных
технологическим процессом, энергетическими и санитарно-техническими устройствами и системой транспорта. Она включает животноводческие, птицеводческие, звероводческие комплексы, теплично-парниковые хозяйства, цеха первичной обработки
сельхозпродуктов, а также мастерские и гаражи для хранения и ремонта сельхозтехники и склады различного назначения.
Характер конструктивных решений гражданских зданий определяет научнотехнический уровень, развитие экономики и технический прогресс в строительной
индустрии нашей страны.
Необходимо отметить, что тушение пожаров при наводнениях в сельских населенных пунктах и городских районах (участках) с невысоким уровнем рельефных
отметок будет осуществляться по предварительно разработанным документам в гарнизоне МЧС.
Разведка пожара. При пожарах в период наводнений разведку проводят: работники ОПЧС, дислоцирующиеся на отрезанной водой территории (временные посты), или работники ОПЧС, осуществляющие несение боевого дежурства на неподтопленной территории.
Разведка проводится с задействованием: пожарной аварийно-спасательной
техники (ПАСТ): вездеходов, плавсредств и др.), аварийно-спасательного инструмента (АСИ), пожарно-технического вооружения (ПТВ) и приборного оборудования
для наблюдения на различные расстояния.
Разведку ведет (возглавляет) руководитель тушения пожара (РТП), другие
должностные лица по его поручению и каждый командир на своем участке работы.
В ходе разведки устанавливается:
– наличие угрозы жизни и здоровью людей, их местонахождение, пути и способы спасания, с учетом повышенного уровня воды, при наводнении;
– что горит, место и параметры пожара, пути распространения огня;
– вероятность взрыва, отравления, обрушения, наличие легковоспламеняющихся веществ, электроустановок под напряжением и других опасных факторов,
представляющих угрозу жизни и здоровью, наличие действующих и отключенных
коммуникаций;
– достаточность прибывших для выполнения боевой задачи сил и средств по
тушению пожаров в условиях наводнения;
– возможные пути и направления введения сил и средств, учитывая особенности работы при наводнениях;
– способы забора воды из открытых водоисточников;
– необходимость эвакуации материальных ценностей или защиты их от огня,
дыма и воды;
– необходимость и места вскрытия и разборки конструкций.
В ходе разведки в зависимости от обстановки могут решаться и другие задачи.
Организация и проведение спасательных работ. Нередки случаи, когда к
моменту прибытия на пожар первых подразделений органов по чрезвычайным ситуациям (ОПЧС) люди, находящиеся на территории, отрезанной водой, просят о помощи. В этих условиях принимают меры по предотвращению паники и немедленно
организуют работы по спасению людей и тушению пожара. Для этих целей наращивают необходимое количество сил и средств согласно требованиям гарнизонного
приказа «Об организации службы, тушения пожаров и ликвидации ЧС». Оповещают
людей о прибытии помощи и правилах поведения в опасных зонах.
157
Ю. Н. РУБЦОВ, В. Ф. ТИМОШКОВ
Для устранения паники устанавливается очередность проведения спасательных работ. Эту работу организовывает штаб по ликвидации чрезвычайных ситуаций
(ШЛЧС) по указанию РТП. Координацию работы осуществляют с задействованием
различных видов связи, в том числе громкоговорящей связи.
Работу в непригодной для дыхания среде РТП (ШЛЧС) организовывает с использованием звеньев газодымозащитной службы (ГДЗС), созданием контрольнопропускных пунктов (КПП), назначением постовых.
РТП (ШЛЧС) в своей работе задействуют силы и средства жизнеобеспечивающих служб города (района) по «Плану привлечения сил и средств, при наводнениях…». Ответственные работники данных служб входят в состав оперативного
штаба, для взаимодействия и руководства по своим направлениям деятельности.
Спасательные работы считаются законченными тогда, когда РТП убедился,
что все люди, нуждающиеся в помощи, спасены, помещения освобождены от дыма.
После окончания спасательных работ все силы и средства сосредотачивают на боевом участке (БУ) по тушению пожара.
Боевые действия по тушению пожаров. На период наводнения в гарнизоне
МЧС определяется порядок организации дежурной и гарнизонной служб, реагирования на ЧС. Учитывая оперативную обстановку, в том числе прошлых лет, в вопросах
подтопления территорий, создаются на данный период временные посты. На них сосредоточены необходимые силы и средства (вездеходы, плавсредства, АСИ, ПТВ)
для ведения боевых действий.
Если посты не создаются, то время прибытия и преодоления водной преграды, подразделениями ОПЧС с организацией спасения людей и ликвидации пожара
должно соответствовать нормативным требованиям.
При невозможности проезда к месту пожара (водоисточникам) РТП:
– передает информацию в центр оперативного управления (ЦОУ) или пункт
связи части (ПСЧ);
– направляет личный состав со средствами тушения, аварийно-спасательным
оборудованием и снаряжением для тушения пожара и проведения спасательных работ на вездеходах, плавсредствах;
– принимает меры по безопасной доставке к месту пожара, по водной акватории, работников ОПЧС с соблюдением мер по охране труда;
– организовывает взаимодействие и задействует силы и средства жизнеобеспечивающих служб города (района), по «Плану привлечения сил и средств, при наводнениях…»;
– для подачи огнетушащих средств использовать схемы боевого развертывания способом перекачки с использованием промежуточных емкостей, переносных
мотопомп;
– использует возможности автоматических установок пожаротушения, систем
внутреннего противопожарного водопровода, первичных средств пожаротушения.
Из плавсредств, используемых для тушения пожаров при наводнении, можно
выделить приспособленные для этого катера. Они обеспечивают возможность доставки к месту пожара боевого расчета, пожарно-технического вооружения и оборудования, одновременно забор и подачу воды на тушение в условиях наводнения, как
на водной акватории, так и на берегу.
С этой целью предлагается устанавливать на легкие катера современные высокопроизводительные мотопомпы. Например, мотопомпа WT 30 при производительности 1300 л/мин имеет вес 58 кг, мотопомпа ACR 80 НХХ имеет вес 30 кг и
производительность 1000 л/мин. Сравните с имеющей еще применение переносной
мотопомпой МП-800, имеющей вес 85 кг и производительность 800 л/мин.
158
ОСОБЕННОСТИ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ ПРИ НАВОДНЕНИЯХ
В ОППС Гомельского областного управления МЧС Республики Беларусь разработали катера, приспособленные для тушения пожаров, возникающих в затопленных наводнением населенных пунктах. На катера установили, в частности, переносные мотопомпы фирмы «Хонда», которые обладают высокой надежностью и
долговечностью, они неприхотливы, а также отличаются низким потреблением топлива, малыми размерами и низким весом, высокой производительностью и ресурсом.
Специальные вибропоры снижают уровень вибрации от работающей мотопомпы и
продлевают срок ее службы и повышают эргономичность катера.
На рисунках 2 и 3 показан такой катер, транспортировка которого осуществляется на прицепе пожарной автоцистерной.
Рисунок 2 – Катер для ликвидации ЧС «Рысь»
Рисунок 3 – Подача огнетушащих веществ с разработанного катера
Полезный эффект от выполненной разработки заключается в возможности
отказаться от закупок специальных пожарных катеров. Это позволит сэкономить
значительные финансовые средства, без снижения качества тушения пожаров при
наводнениях.
Заключение
Изучение опыта тушения пожаров при наводнениях и анализ боевых действий ОПЧС в такой обстановке показывает перспективность использования в качестве плавсредств легких катеров с установленными на них современных высокопроизводительных мотопомп. На наш взгляд, актуальность данной темы вызывает
159
Ю. Н. РУБЦОВ, В. Ф. ТИМОШКОВ
необходимость внесения в раздел II «Особенности тушения пожаров» Боевого Устава МЧС главу «Тушение пожаров при наводнениях».
Литература
1 Повзик, Я. С. Пожарная тактика / Я. С. Повзик, П. П. Клюс, А. М. Матвейкин. –
М. : Стройиздат, 1990. – С. 142–156 ; С. 267–275.
2 Повзик, Я. С. Справочник РТП / Я. С. Повзик. – М. : Спецтехника, 2001. – С. 137.
3 Пожарная техника : в 2 ч. / А. Ф. Иванов [и др.] ; под ред. А. Ф. Иванова. – М. :
Стройиздат, 1998. – Ч. 2. Пожарные автомобили. – С. 127–133; 203–230.
4 Боевой устав органов и подразделений по чрезвычайным ситуациям Республики
Беларусь : Приказ от 03.01.2012 № 1 / М-во по чрезвычайн. ситуациям Респ. Беларусь. – С. 3–9; С. 56–57.
5 Правила по охране труда в органах и подразделениях по чрезвычайным ситуациям
Республики Беларусь : Приказ от 23.10.2003 № 34 / М-во по чрезвычайн. ситуациям Респ. Беларусь. – С. 35–37.
6 Рационализаторская разработка «Катер для ликвидации чрезвычайных ситуаций
(Рысь)» / С. Т. Глушаков, В. Ф. Тимошков, В. А. Малиновский, А. В. Ярмолович. –
Гомел. город. отд. по чрезвычайн. ситуациям ГОУМЧС Респ. Беларусь, 2002. –
С. 16–18.
Поступила в редакцию 03.10.2013
Y. N. Rubtsov, V. F. Timoshkov
FIGHTING FIRES IN FLOOD
In this article, the authors propose the option of fighting fires during floods. The
possibility of using for the purposes of fire suppression – fire-technical arms and equipment, motor pumps in cooperation with vessels
160
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 629.3.048
ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
В САЛОНАХ АВТОМОБИЛЕЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Я. О. ШАБЛОВСКИЙ, кандидат физико-математических наук, доцент
В. В. КИСЕЛЕВИЧ, аспирант
Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет
имени П. О. Сухого», Республика Беларусь
Предложена усовершенствованная система кондиционирования воздуха в салоне
аварийно-спасательных автомобилей. Повышение эффективности кондиционирования достигается, во-первых, видоизменением теплообменника, который согласно предлагаемому
техническому решению выполняет функции как воздухоохладителя, так и воздухонагревателя, а во-вторых, введением в систему аккумулятора теплоты/холода. Последний позволяет
увеличить продолжительность поддержания комфортной температуры в салоне автомобиля
при выключенном двигателе за счет расходования тепла/холода, аккумулированного во время работы двигателя.
Ключевые слова: кондиционирование воздуха, кондиционер для автомобиля.
Введение
При относительной влажности воздуха не более 70 % наиболее благоприятная
температура в салоне автомобиля составляет 18–25 °С [1]. Повышение этой температуры приводит к ухудшению эргономических качеств автомобиля и, соответственно,
снижению внимания и замедлению реакции водителя, а ее понижение – к снижению
работоспособности из-за скованности мышц [2]. Для поддержания в салоне оптимальных параметров микроклимата (температура, влажность и подвижность воздуха) используют системы кондиционирования воздуха (КВ), снижающие утомляемость водителя и тем самым повышающие безопасность движения.
При проведении аварийно-спасательных работ специальные автомобили
обычно находятся в непосредственной близости от места ликвидации чрезвычайных
ситуаций (ЧС) и подвергаются воздействию всех факторов, возникающих при ЧС, в
том числе высоких или низких температур, тепловых потоков большой интенсивности. Стандартные автомобильные системы КВ [3]–[7] не рассчитаны на длительную
работу при выключенном двигателе. В связи с этим создание благоприятных условий работы в автомобилях для ликвидации ЧС является важной задачей. Ниже предлагается техническое решение, повышающее эффективность КВ в салонах автомобилей, эксплуатация которых сопряжена с частыми вынужденными простоями с
заглушенным двигателем.
Основная часть
Предлагаемая система КВ для аварийно-спасательных автомобилей (рисунок 1)
содержит контур 1 циркуляции хладагента, контур 2 циркуляции холодоносителя и
контур 3 циркуляции теплоносителя, сообщенный с системой 4 охлаждения двигателя.
161
Я. О. ШАБЛОВСКИЙ, В. В. КИСЕЛЕВИЧ
Рисунок 1 – Система кондиционирования воздуха для автомобиля
Контур 1 циркуляции хладагента (рисунок 2) образован компрессором 5, конденсатором 6, ресивером-осушителем 7, терморегулирующим вентилем 8, испарителем 9 и аккумулятором-осушителем 10. Отвод теплоты от конденсатора 6 осуществляется вентилятором 11.
Рисунок 2 – Контур циркуляции хладагента
Контур 2 циркуляции холодоносителя образован испарителем 9, циркуляционным насосом 12 для прокачки холодоносителя (жидкость с высокими теплоемко162
ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
В САЛОНЕ АВТОМОБИЛЕЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
стью и коэффициентом теплопроводности), теплообменником 13, обдуваемым вентилятором 14 и выполняющим функции воздухоохладителя, аккумулятором холода 15 и обеспечивающими необходимое направление движения холодоносителя
электромагнитными 16, 18, 20, 21, 23 и обратными 17, 19, 22, 24 клапанами.
Контур 3 циркуляции теплоносителя образован системой 4 охлаждения двигателя, теплообменником 13, обдуваемым вентилятором 14 и выполняющим функции воздухонагревателя, циркуляционным насосом 25 для прокачки теплоносителя
(жидкость системы 4 охлаждения двигателя), аккумулятором теплоты 26 и обеспечивающими необходимое направление движения теплоносителя электромагнитными
27, 28, 29, 31 и обратными 30, 32 клапанами.
Соединение контуров между собой, а также отдельных элементов, образующих каждый из контуров, выполнено с помощью трубопроводов, обозначенных на
рисунках 1 и 2 сплошными линиями со стрелками. Стрелки указывают направления
движения хладагента в контуре 1, холодоносителя в контуре 2 и теплоносителя в
контуре 3.
В системе КВ для автомобиля использован аккумулятор холода 15, устройство
которого показано на рисунке 3. Аккумулятор холода состоит из внешнего 33 и внутреннего 34 корпусов, выполненных из нержавеющей стали (например, 12Х18Н10Т,
12Х18Н9Т, 12Х17Г9АН4, 10Х14Г14Н4Т, 08Х18Н10) и разделенных порошкововакуумной теплоизоляцией 35. Внутри корпуса 34, заполненного холодоаккумулирующим материалом 36, размещена выполненная по ГОСТ 21646–2003 из меди марок М1р (М1ф) или М2р гофрированная спиралевидная трубка 37, сообщенная при
помощи патрубков входа 38 и выхода 39 с контуром 2 циркуляции холодоносителя.
Аккумулятор холода 15 снабжен отверстием с пробкой 40 и втулкой 41, предназначенным для смены холодоаккумулирующего материала 36. Для снижения тепловых
потерь перемычки 42 и втулки 41 и 43 выполняют из материала с низким коэффициентом теплопроводности (например, пеноалюминий либо сплавы на основе титана
марок ВТ1, ВТ5-1, ВТ20).
Рисунок 3 – Аккумулятор холода
В качестве холодоаккумулирующего материала 36 используют кристаллическое вещество, способное испытывать обратимые фазовые превращения с поглощением/выделением теплоты. Теплофизические характеристики веществ, пригодных
для использования в качестве холодоаккумулирующего материала 36, приведены в
таблице 1 над двойной чертой.
163
Я. О. ШАБЛОВСКИЙ, В. В. КИСЕЛЕВИЧ
Таблица 1 – Теплофизические характеристики холодо- и теплоаккумулирующих
веществ [8]–[13]
Температура фазового
превращения, ºC
Теплота фазового
превращения, кДж/кг
(0,45CaCl2 + 0,55CaBr2) · 6H2O
14,7
140
KF · 4H2O
18,7
231
FeBr3 · 6H2O
21
105
Na2CO3 · 10H2O
22
248
–13
59
47
25
–14,7
16
0
141
LiClO3 · 3H2O
8,3
155
NaHPO4 · 12H2O
35,2
281
Ba(OH)2 · 8H2O
78,2
267
Вещество
KNO2
KPF6
В системе КВ для автомобиля использован аккумулятор теплоты 26, устройство
которого показано на рисунке 4. Аккумулятор теплоты состоит из внешнего 44 и внутреннего 45 корпусов, выполненных из нержавеющей стали (например, 12Х18Н10Т,
12Х18Н9Т, 12Х17Г9АН4, 10Х14Г14Н4Т, 08Х18Н10) и разделенных порошкововакуумной теплоизоляцией 46. Внутри корпуса 45, заполненного теплоаккумулирующим материалом 47, размещена выполненная по ГОСТ 21646–2003 из меди марок М1р (М1ф) или М2р гофрированная спиралевидная трубка 48, сообщенная при
помощи патрубков входа 49 и выхода 50 с контуром 3 циркуляции теплоносителя.
Аккумулятор теплоты 26 снабжен отверстием с пробкой 51 и втулкой 52, предназначенным для смены теплоаккумулирующего материала 47. Для снижения тепловых
потерь перемычки 53 и втулки 52 и 54 выполняют из материала с низким коэффициентом теплопроводности (например, пеноалюминий либо сплавы на основе титана
марок ВТ1, ВТ5-1, ВТ20).
Рисунок 4 – Аккумулятор теплоты
164
ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
В САЛОНЕ АВТОМОБИЛЕЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
В качестве теплоаккумулирующего материала 47 используют кристаллическое вещество, способное испытывать обратимые фазовые превращения с выделением/поглощением теплоты. Теплофизические характеристики веществ, пригодных
для использования в качестве теплоаккумулирующего материала 47 в данной системе КВ, приведены в таблице 1 под двойной чертой.
Функционирование системы КВ осуществляется следующим образом.
1 Режим охлаждения воздуха при включенном двигателе
В данном режиме компрессор 5 включен, электромагнитные клапаны 16, 18
и 20 находятся в открытом состоянии, а клапаны 21, 23, 27, 28, 29 и 31 – в закрытом.
Работающий компрессор 5 всасывает и сжимает газообразный хладагент, при этом
температура и давление хладагента повышаются. Сжатый в компрессоре 5 газообразный хладагент подается в конденсатор 6, где охлаждается в результате теплообмена с
холодным воздухом, поступающим от вентилятора 11, и переходит в жидкое состояние. Далее жидкий хладагент поступает в ресивер-осушитель 7 для очистки от примесей и воды, после чего очищенный хладагент проходит через терморегулирующий
вентиль 8, где его температура и давление понижаются до значений, требуемых для
охлаждения салона автомобиля. Затем жидкий хладагент направляется в испаритель 9,
в котором нагревается, отдавая холод жидкому холодоносителю, циркулирующему в
контуре 2, и переходит в газообразное состояние. После этого газообразный хладагент, проходящий через аккумулятор-осушитель 10, предназначенный для доиспарения выходящего из испарителя 9 хладагента, снова подается в компрессор 5 для сжатия. Цикл производства холода повторяется. Циркуляция холодоносителя,
охлаждаемого за счет теплообмена с хладагентом, в контуре 2 обеспечивается насосом 12, который нагнетает холодоноситель в теплообменник 13, обдуваемый поступающим от вентилятора 14 воздухом. Охлажденный в теплообменнике 13 воздух по
системе воздухопроводов (на чертеже не показана) поступает в салон автомобиля.
Зарядку аккумулятора холода 15 проводят в режиме охлаждения воздуха при
включенном двигателе. Для этого электромагнитный клапан 21 открывают, а клапан 18 – закрывают. Охлажденный в испарителе 9 холодоноситель насосом 12 нагнетается через входной патрубок 38 для циркуляции по спиралевидной трубке 37 и
возвращается через патрубок выхода 39 в контур 2. Циркулирующий по трубке 37
холодоноситель охлаждает холодоаккумулирующий материал 36, испытывающий
при этом фазовое превращение с выделением теплоты (кристаллизация либо полиморфный переход в низкотемпературную фазу). Тепловая изоляция 35 поддерживает
температуру холодоаккумулирующего материала 36 на уровне ниже температуры
его фазового превращения и обеспечивает хранение аккумулированного холода. После зарядки аккумулятора холода 15 электромагнитный клапан 18 открывают, а клапан 21 – закрывают.
2 Режим охлаждения воздуха при выключенном двигателе
В данном режиме компрессор 5 отключен, электромагнитные клапаны 20, 21
и 23 находятся в открытом состоянии, а клапаны 16, 18, 27, 28, 29 и 31 – в закрытом.
Холодоноситель циркуляционным насосом 12 нагнетается в аккумулятор холода 15,
где охлаждается за счет теплообмена с холодоаккумулирующим материалом 36, при
этом происходит разрядка аккумулятора холода 15. Затем охлажденный холодоноситель подается в теплообменник 13, обдуваемый поступающим от вентилятора 14
воздухом. Охлажденный в результате теплообмена с холодоносителем воздух по
системе воздухопроводов поступает в салон автомобиля.
Процесс разрядки аккумулятора холода 15 происходит следующим образом. Холодоноситель насосом 12 нагнетается через входной патрубок 38 для циркуляции по
165
Я. О. ШАБЛОВСКИЙ, В. В. КИСЕЛЕВИЧ
спиралевидной трубке 37 и возвращается через патрубок выхода 39 в контур 2. Циркулирующий по трубке 37 холодоноситель охлаждается за счет нагрева холодоаккумулирующего материала 36, испытывающего при этом фазовое превращение с поглощением
теплоты (плавление либо полиморфный переход в высокотемпературную фазу).
3 Режим нагрева воздуха при включенном двигателе
В данном режиме компрессор 5 отключен, электромагнитные клапаны 27, 28
и 29 находятся в открытом состоянии, а электромагнитные клапаны 16, 18, 20, 21, 23
и 31 – в закрытом. Теплоноситель, нагретый сбросной теплотой двигателя, циркуляционным насосом 25 нагнетается в теплообменник 13, обдуваемый поступающим от
вентилятора 14 воздухом. Нагретый в теплообменнике 13 воздух по системе воздухопроводов поступает в салон автомобиля.
Зарядку аккумулятора теплоты 26 проводят в режиме нагрева воздуха при
включенном двигателе. Для этого электромагнитный клапан 31 открывают, а клапан 29 – закрывают. Нагретый сбросной теплотой двигателя теплоноситель насосом 25 нагнетается через входной патрубок 49 для циркуляции по спиралевидной
трубке 48 и возвращается через патрубок выхода 50 в контур 3. Циркулирующий по
трубке 48 теплоноситель нагревает теплоаккумулирующий материал 47, испытывающий при этом фазовое превращение с поглощением теплоты (плавление либо
полиморфный переход в высокотемпературную фазу). Тепловая изоляция 46 поддерживает температуру теплоаккумулирующего материала 47 на уровне, превышающем температуру его фазового превращения, и обеспечивает хранение аккумулированной тепловой энергии. После зарядки аккумулятора теплоты 26 электромагнитный
клапан 29 открывают, а клапан 31 – закрывают.
4 Режим нагрева воздуха при выключенном двигателе
В данном режиме компрессор 5 отключен, электромагнитные клапаны 27, 28
и 31 находятся в открытом состоянии, а клапаны 16, 18, 20, 21, 23 и 29 – в закрытом.
Теплоноситель циркуляционным насосом 25 нагнетается в аккумулятор теплоты 26,
где нагревается за счет теплообмена с теплоаккумулирующим материалом 47, при
этом происходит разрядка аккумулятора теплоты 26. Затем нагретый теплоноситель
подается в теплообменник 13, обдуваемый поступающим от вентилятора 14 воздухом. Нагретый в результате теплообмена с теплоносителем воздух по системе воздухопроводов поступает в салон автомобиля.
Процесс разрядки аккумулятора теплоты 26 происходит следующим образом.
Теплоноситель насосом 25 нагнетается через входной патрубок 49 для циркуляции по
спиралевидной трубке 48 и возвращается через патрубок выхода 50 в контур 3. Циркулирующий по трубке 48 теплоноситель нагревается за счет охлаждения теплоаккумулирующего материала 47, испытывающего при этом фазовое превращение с выделением
теплоты (кристаллизация либо полиморфный переход в низкотемпературную фазу).
Заключение
Предложенное конструктивное исполнение системы КВ для аварийноспасательных автомобилей позволяет повысить энергетическую эффективность ее работы, эргономические условия работы в автомобиле в особенности, при длительном
его простое с выключенным двигателем. Упрощение системы КВ достигается за счет
оптимизации ее схемы, согласно которой теплообменник выполняет функции как воздухоохладителя (при включении в контур циркуляции холодоносителя), так и воздухонагревателя (при включении в контур циркуляции теплоносителя).
Установка аккумулятора теплоты/холода позволяет снизить энергопотребление системы КВ при ее работе в режиме нагрева/охлаждения и, как следствие, уве-
166
ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
В САЛОНЕ АВТОМОБИЛЕЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
личить продолжительность поддержания комфортной температуры в салоне автомобиля при выключенном двигателе за счет расходования тепла/холода, аккумулированного во время работы двигателя.
Литература
1 Михайлов, М. В. Микроклимат в кабинах мобильных машин / М. В. Михайлов,
С. В. Гусева. – М. : Машиностроение, 1977. – 230 с.
2 Лукьянчук, А. Д. Безопасность транспортных средств / А. Д. Лукьянчук. – Минск :
БНТУ, 2012. – 152 с.
3 Рэндл, С. Автомобильные кондиционеры : руководство / С. Рэндл. – М. : ЛегионАвтодата, 2001. – 64 с.
4 Степанов, С. Т. Автомобильные кондиционеры. Эксплуатация. Диагностика. Заправка. Ремонт / С. Т. Степанов, С. П. Евдокушин. – М. : Атласы автомобилей,
2002. – 144 с.
5 Назаров, В. И. Бытовые и автомобильные кондиционеры : справочник / В. И. Назаров, В. И. Рыженко. – М. : Оникс, 2006. – 32 с.
6 Jabardo, J. M. S. Modeling and experimental evaluation of an automotive air conditioning system with a variable capacity compressor / J. M. S. Jabardo, W. G. Mamani,
M. R. Ianella // Intern. J. Refrigeration. – 2002. – Vol. 25, № 8. – P. 1157–1172.
7 Experimental study of an auto-controlled automobile air conditioning system with an externally-controlled variable displacement compressor / Z.-g. Qi [et al.] // Appl. Therm.
Eng. – 2007. – Vol. 27, № 5/6. – P. 927–933.
8 Review on thermal energy storage with phase change materials and applications
/ A. Sharma [et al.] // Renew. Sustain. Energ. Rev. – 2009. – Vol. 13, № 2. – P. 318–345.
9 Теплофизические свойства теплоаккумулирующих материалов / М. А. Дибиров
[и др.] // Журн. прикладной химии. – 1993. – Т. 66, № 6. – С. 1210–1216.
10 Теплоаккумулирующие материалы на основе кристаллогидратов / В. Д. Александров [и др.] // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури. –
2009. – № 1 (75). – С. 100–106.
11 Тонков, Е. Ю. Фазовые диаграммы соединений при высоком давлении (соединения
Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba) / Е. Ю. Тонков. – М. : Наука, 1983. – 280 с.
12 Rapoport, E. Phase diagrams of sodium nitrite and potassium nitrite to 40 kbar
/ E. Rapoport // J. Chem. Phys. – 1966. – Vol. 45, № 8. – P. 2721–2728.
13 Heyns, A. Vibrational spectra and high-pressure polymorphism of KPF6 / A. Heyns,
C. Pistorius // Spectrochim. Acta. Part A. – 1974. – Vol. 30, № 1. – P. 99–116.
Поступила в редакцию 20.08.2013
Ya. O. Shablovsky, V. V. Kiselevich
THE OPTIMIZATION OF AIR CONDITIONING SYSTEM IN THE PASSENGER COMPARTMENT OF SPECIAL PURPOSE VEHICLES
The improved air conditioning system for vehicles is proposed. The conditioning
efficiency is increased, firstly, by modification of the heat exchanger, which acts both as an
air cooler and an air heater, and secondly, by including a heat/cold accumulator. The latter
allows to increase the duration of maintaining comfortable temperature in the passenger
compartment of vehicles with the engine off by expending heat/cold accumulated during
engine operation.
167
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 323.28
ЗАЩИТА НАСЕЛЕНИЯ ГОРОДА ОТ ВЗРЫВОВ ТЕРРОРИСТОВ
(ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ МЕРЫ И ИСХОДНЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ
ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ)
А. И. ПЕНЬКОВ, старший преподаватель кафедры БЖДЭиФВ
Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического
университета, Российская Федерация
В статье рассматриваются некоторые превентивные меры организационного характера по предупреждению чрезвычайных ситуаций, обусловленных террористическими акциями, необходимость повышения общей культуры безопасности всего населения, что становится одной из важнейших общегосударственных задач. Предложены практические
действия в случае обнаружения подозрительного предмета, а также приведен радиус воздействия взрыва и безопасные расстояния для различных взрывчатых устройств.
Ключевые слова: терроризм, взрывное устройство, превентивные меры организационного характера, специальные инженерные мероприятия, избыточное давление во фронте воздушной ударной волны (ВУВ),
радиус воздействия взрыва.
Введение
Терроризм – опаснейшее преступление современности, угрожающее в XXI в.
стать одним из главных препятствий на пути решения общечеловеческих и государственных задач. Чтобы эффективно противостоять этому явлению, необходимо,
прежде всего, знание сущности терроризма, уяснение его причин и условий, факторов, ему способствующих. В Федеральном законе Российской Федерации от 25 июля
1998 г. № 130-ФЗ «О борьбе с терроризмом» террористическая деятельность включает в себя подготовку и реализацию террористической акции, подстрекательство к
террористической акции, организацию незаконного вооруженного формирования,
вербовку, вооружение, обучение и использование террористов, финансирование заведомо террористической организации.
Таким образом, терроризм в настоящее время в широком смысле слова выделяется как одна из форм преступной деятельности. Потенциальной жертвой террористического акта может стать любой человек. Обычные граждане страдают от
«слепого» терроризма, когда кровавая акция осуществляется опасным способом
(применение взрывных устройств и автоматического оружия), на предприятии, в
общественном месте (банк, вокзал, супермаркет) и рассчитана на массовость с целью
посеять панику и страх, дестабилизировать общественно-политическую обстановку.
Основная часть
Террористические акты, связанные с использованием взрывных устройств,
приводят, как правило, к многочисленным жертвам среди населения, оказывают не-
168
ЗАЩИТА НАСЕЛЕНИЯ ГОРОДА ОТ ВЗРЫВОВ ТЕРРОРИСТОВ (ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ МЕРЫ
И ИСХОДНЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ)
гативное морально-психологическое воздействие на людей, порождают обоснованный страх у граждан за свою жизнь. Причиняют материальный ущерб собственности
как граждан, так и предприятий, учреждений и организаций, дестабилизируют обстановку в населенных пунктах и в государстве в целом.
К концу 90-х гг. угроза терроризма превратилась в одну из угроз безопасности России, что зафиксировано в Концепции национальной безопасности Российской Федерации, объявленной Указом Президента РФ от 17 декабря 1997 г. № 1300.
Если еще в начале 80-х гг. терроризм в России воспринимался как достаточно редкое
явление, то уже в первой половине 90-х гг. Россия оказалась на гребне террористической волны. Терроризм в России становится практикой решения территориальных
споров, раздела сфер криминального влияния.
События международной и внутренней жизни страны последних десятилетий
выявили острую необходимость усилить защиту населения от террористических актов с применением конденсированных взрывчатых веществ (ВВ). Простота изготовления зарядов большой мощности делает эти вещества чрезвычайно привлекательными для преступников. Во многих регионах Российской Федерации выявлены
нарушения порядка хранения, факты незаконного приобретения и использования
ВВ. В настоящее время сохраняется реальная опасность их применения в период
крупных общественно-политических, спортивных и культурно-зрелищных мероприятий, как например проведение летних олимпийских игр в Лондоне или Азиатско-тихоокеанский саммит в городе Владивостоке. Конечно, главная роль в борьбе с
терактами должна отводиться правоохранительным органам, но наряду с этим нужно принимать дополнительные организационные меры, проводить специальные инженерные мероприятия.
В качестве основных превентивных мер организационного характера рекомендуется:
– ужесточить пропускной режим при входе (въезде) на территорию объекта;
– установить системы сигнализации, аудио- и видеозаписи;
– ежедневно осуществлять обход территории предприятия и осматривать места сосредоточения опасных веществ на предмет своевременного выявления взрывных устройств (ВУ);
– периодически проверять складские помещения;
– очень тщательно подбирать кадры и ответственно вести кадровую политику
на предприятии;
– организовывать и проводить совместно с сотрудниками правоохранительных органов инструктажи, практические занятия и учения по действиям в ЧС;
– разрабатывать и реализовывать с участием местных средств массовой информации комплекс информационно-просветительских мер, направленных на обучение работников навыкам противостояния террористам;
– обеспечивать весь персонал предприятия памятками с рекомендациями о
поведении в экстремальных ситуациях, а также контактными служебными телефонами ответственных работников органов внутренних дел, здравоохранения и дежурных (диспетчеров) администраций города и муниципальных образований;
– регулярно проводить инструктажи с работниками в части действий при обнаружении бесхозных предметов и вещей с немедленным информированием администрации предприятия и органов внутренних дел;
– включать в договоры на сдачу складских помещений в аренду пункты,
дающие право администрации предприятия осуществлять проверку складов по своему усмотрению;
169
А. И. ПЕНЬКОВ
– внедрить практику заблаговременного информирования правоохранительных органов о сроках и месте готовящихся массовых мероприятияй с участием сотрудников на предмет предварительного обследования специалистами безопасности
условий проведения мероприятий, а также обеспечения охраны правопорядка во
время проведения массовых мероприятий.
Осуществлять комплекс мер по предупреждению террористических актов необходимо в рамках действующего законодательства на основе взвешенных решений, исключающих возникновение паники и нагнетание напряженности, а также проявления
дискриминации отдельных лиц или групп населения по признакам расы, национальности, пола, языка, религии, политических убеждений или социального положения.
В случае обнаружения подозрительного предмета следует незамедлительно
сообщить об этом в правоохранительные органы по телефонам территориальных
подразделений ФСБ, МВД и в МЧС России. До прибытия оперативно-следственных
групп надо удалить окружающих от опасного объекта на безопасное расстояние.
Радиус безопасности при эвакуации и оцеплении в случае обнаружения подозрительного предмета или взрывного устройства:
Граната РГД-5 – не менее 50 м; граната Ф-1 – не менее 200 м; тротиловая
шашка массой 200 г – 45 м; тротиловая шашка массой 400 г – 55 м; пивная банка
0,33 л – 60 м; мина МОН-50 – 85 м; портфель (кейс) – 230 м; дорожный чемодан –
350 м; автомобиль типа «Жигули» – 460 м; автомобиль типа «Волга» – 580 м; микроавтобус – 920 м; грузовая машина (фургон) – 1240 м.
Кроме того, необходимо:
– обеспечить беспрепятственный проезд к месту обнаружения подозрительного предмета автомашинам правоохранительных органов, «скорой помощи», противопожарной службы, а также сотрудников МЧС Российской Федерации, служб
эксплуатации;
– попросить задержаться лиц, обнаруживших находку, до прибытия оперативно-следственной группы или записать их данные для снятия в дальнейшем свидетельских показаний;
– ни при каких обстоятельствах не предпринимать никаких самостоятельных
действий со взрывным устройством или подозрительным предметом: не приближаться к находке, не трогать ее, не вскрывать и не перемещать, зафиксировать время
ее обнаружения.
Говоря об исходных математических данных для проведения инженерных
мероприятий, следует, прежде всего, упомянуть об избыточном давлении (∆Рф) во
фронте воздушной ударной волны (ВУВ). Его определение является важнейшей задачей, так как позволит установить радиус воздействия взрыва и безопасные расстояния для различных взрывчатых устройств.
Чтобы определить избыточное давление во фронте ВУВ, пользуются формулой
2
1
q
q
q
ΔPф = 7 3 + 2,7 32 + 0,84 3 , кг · с/см2,
R
R
R
(1)
где q – масса заряда ВВ; R – расстояние от центра взрыва.
Эта формула известна под названием формулы М. А. Садовского. Однако она
справедлива лишь при взрывах заряда, окруженного со всех сторон воздухом. Если
же он взрывается на поверхности грунта (здания, сооружения), то воздушная ударная волна распространяется только в полусфере. Следовательно, объем воздуха, захватываемого ВУВ, уменьшается вдвое. В этом случае Рф также увеличивается в два
раза. Поэтому для расчета воздушной ударной волны, возникающей при взрыве за170
ЗАЩИТА НАСЕЛЕНИЯ ГОРОДА ОТ ВЗРЫВОВ ТЕРРОРИСТОВ (ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ МЕРЫ
И ИСХОДНЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ)
ряда, лежащей на какой-либо поверхности, в формуле (1) необходимо использовать
удвоенную величину. В результате эта формула будет иметь следующий вид:
2
1
q
q
q
ΔPф = 14 3 + 4,3 32 + 1,1 3 , кг · с/см2.
R
R
R
(2)
Формулой (2) пользуются при определении взрывных нагрузок на здания и
сооружения. Это имеет первостепенное значение для обеспечения их устойчивости.
При взрыве объект подвергается воздействию нестационарного (изменяющегося во
времени) давления. Оно зависит от параметров волны и характеристики объекта: его
размеров и расположения относительно фронта ВУВ. Максимальное давление на
объект возникает на его плоских фронтальных гранях при нормальном отражении
(когда фронт волны параллелен грани). Затем в процессе обтекания давление на
фронтальной стенке уменьшается. По мере продвижения фронта ударной волны
вперед и погружения в нее объекта нагружается его остальная поверхность.
К сожалению, до настоящего времени не существует точных методик, позволяющих рассчитать параметры ВУВ в условиях городской застройки. Органам управления по делам ГО и ЧС для оперативных расчетов можно использовать формулы (1)
и (2), а для инженерных – входящие в них параметры. Их следует уточнять путем проведения экспериментальных исследований. Для уменьшения риска при террористических актах со взрывами, здания и сооружения целесообразно строить с увеличенными
интервалами. Уплотнительная застройка, практикуемая в крупных городах, крайне нежелательна с точки зрения безопасности. Кроме того, для строительства необходимо
применять высокопрочные материалы и энергопоглощающие конструкции. Необходимо
также ограничивать подъезд автомобилей непосредственно к стенам домов. В этих целях
можно использовать бетонные блоки или заградительные конструкции из металла.
Заключение
Соблюдая эти простые меры безопасности, можно не только смягчить последствия террористических актов, но и предотвратить их совершение. В настоящее
время, чтобы противостоять терроризму, в субъектах Российской Федерации принимаются организационные и практические меры по подготовке населения к действиям по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций, обусловленных террористическими актами. Соответствующие темы включены в учебные программы по
обучению основам гражданской обороны и защиты в чрезвычайных ситуациях и
безопасности жизнедеятельности, проводятся учебные тренировки и другие мероприятия, направленные на повышение общей культуры безопасности населения,
создание условий, затрудняющих реализацию террористических акций.
Литература
1 Руководство по действиям органов управления и сил РСЧС при угрозе и возникновении чрезвычайных ситуаций. – М. : ВНИИ ГОЧС, 1996.
2 Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций, обусловленных террористическими акциями, взрывами : метод. пособие. – М. : МЧС России, Ин-т риска и
безопасности, 2001.
3 Учебник спасателя / С. К. Шойгу [и др.]. – М. : МЧС России, 1997.
4 О борьбе с терроризмом : Федер. закон Рос. Федерации от 25 июля 1998 г. № 130-ФЗ.
Поступила в редакцию 24.06.2013
171
А. И. ПЕНЬКОВ
A. I. Penkov
TO STRENGTHEN PROTECTION OF THE POPULATION OF THE CITY
AGAINST EXPLOSIONS OF TERRORISTS (ORGANIZATIONAL MEASURES
AND BASIC MATHEMATICAL DATA FOR CARRYING OUT ENGINEERING
ACTIONS)
In this paper some organizational measures of emergency situations prevention are
observed. These measures are important in the situation when terrorist attacks have become the reality of life. It is necessary to raise the safety culture of population, and this
task is a nation-level task. Variants of action-oriented behavior in case of an unknown object finding are offered. Expected bursting radius and safe stand-off distance in case of different explosives are described.
172
Том 8, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
ЛЮДИ НАУКИ
ЮРИЙ МИХАЙЛОВИЧ ПЛЕСКАЧЕВСКИЙ
(к 70-летию со дня рождения)
22 октября 2013 г. исполнилось 70 лет главному редактору журнала «Чрезвычайные ситуации: образование и наука», известному ученому в области материаловедения, трибоники, физико-химии и технологии металлополимерных систем, члену-корреспонденту Национальной академии наук Беларуси, Заслуженному деятелю
науки Республики Беларусь, доктору технических наук, профессору Юрию Михайловичу Плескачевскому.
Юрий Михайлович Плескачевский родился 22 октября 1943 г. в селе Садовое
Целиноградского района Казахстана. В 1965 г. с отличием окончил Киевский политехнический институт. С 1966 г. сотрудник Отдела механики полимеров АН БССР
(впоследствии Институт механики металлополимерных систем имени В. А. Белого
НАН Беларуси), в котором прошел путь от старшего инженера-конструктора до директора. Юрий Михайлович принадлежит к плеяде лучших учеников академика
В. А. Белого, последовательно воплощающий, развивающий и умножающий его научные идеи и научную школу.
В 2002–2003 гг. Юрий Михайлович – вице-президент НАН Беларуси и одновременно, с декабря 2002 г., – академик-секретарь Отделения физико-технических
наук НАН Беларуси, а с 2003 по 2005 г. – председатель Государственного комитета
по науке и технологиям Республики Беларусь.
Он впервые выполнил классификацию металлополимерных систем, дал определения, вошедшие в энциклопедии, учебники и справочники, внес существенный
вклад в теорию прочности гетерофазных систем, физико-химию и инженерию поверхности. Выполнил математическое моделирование объемно-напряженного состояния полимерных композитов, создал научные основы ряда технологий их обработки, предложил новые концепции формирования активных и адаптивных
композитов и изделий из них. Результаты научной деятельности Ю. М. Плескачевского отражены в сотнях публикаций, в более ста изобретений и патентов.
Являясь Председателем Президиума Гомельского филиала НАН Беларуси,
Ю. М. Плескачевский осуществляет координацию научного потенциала Гомельщи173
ЛЮДИ НАУКИ
ны для решения актуальных проблем региона. Свои силы, богатые знания и колоссальный опыт руководителя вкладывает в развитие научного и промышленного потенциала Гомельщины, в решение проблем преодоления последствий Чернобыльской катастрофы. Неоценим вклад Юрия Михайловича в аналитические материалы
по научно-прикладным аспектам оценки ресурсного потенциала и перспектив развития Припятского Полесья и в строительство Полесской железной дороги, вклад в научное обеспечение модернизации Белорусского металлургического завода, в развитие нефтехимической отрасли Беларуси. Он был инициатором формирования и
первым научным руководителем Гомельской региональной научно-технической
программы.
Много лет отдал Юрий Михайлович педагогической деятельности. Воспитанники, прошедшие его научно-педагогическую школу, трудятся в промышленности, на железной дороге, в высших учебных заведениях и научных организациях
Республики Беларусь.
Ю. М. Плескачевский – лауреат премий Ленинского комсомола за исследование контактных явлений в металлополимерных системах (1973), Национальной академии наук Беларуси за цикл книжных изданий по механике материалов и конструкций, лауреат премии имени академика В. А. Коптюга (2011) за работу «Микрои наноструктурные полимерные композиты медицинского назначения: компьютерный дизайн, эксперимент, применение». Награжден орденами «Знак Почета» (1979) и
«Отечества III степени» (2002). Ю. М. Плескачевский – организатор и главный редактор международного научно-технического журнала «Материалы, технологии, инструменты», заместитель главного редактора журнала «Механика машин, механизмов,
материалов», член редколлегий журналов «Доклады НАН Беларуси», «Известия
НАН Беларуси (серия физико-технических наук)», «Механика композитных материалов» (Латвия), Российского журнала биомеханики, председатель секции «Полимерные материалы» научного Совета по новым материалам Международной ассоциации академий наук (МААН).
Редколлегия журнала «Чрезвычайные ситуации: образование и наука», профессорско-преподавательский состав Гомельский инженерного института МЧС
Республики Беларусь сердечно поздравляют Ю. М. Плескачевского с юбилеем, желают крепкого здоровья, долгих лет жизни и научного долголетия, счастья, творческих успехов и удачи во всех делах.
174
ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ СТАТЕЙ
Статьи, направляемые в редакцию журнала «Чрезвычайные ситуации: образование и наука»
Государственного учреждения образования «Гомельский инженерный институт» МЧС Республики
Беларусь, должны удовлетворять следующим требованиям:
1 Материал статьи должен соответствовать профилю журнала и излагаться предельно ясно.
2 Статья должна быть тщательно отредактирована и представлена в одном экземпляре, распечатанном на белой бумаге формата А4: размер шрифта – 12 пт, интервал – 1,0. Абзацный отступ
1,25 см. Поля: верхнее – 30, нижнее, левое, правое – по 25 мм. Расстояние от края колонтитулов –
20 мм. Выравнивание по ширине строки, автоматическая расстановка переносов. Одновременно
текст статьи представляется в электронном варианте в формате текстового редактора Word for
Windows. Допускается представление электронной версии статьи посредством электронной почты.
3 В левом углу первой страницы статьи должен стоять индекс УДК, ниже – название статьи,
напечатанное прописными буквами, инициалы и фамилия автора (авторов), ученая степень, должность, полные названия и адрес организации, в которой он работает. Далее следует аннотация статьи на русском языке, объемом до 10 строк машинописного текста, ключевые слова, текст статьи,
список обозначений, литература. Статья должна содержать разделы, например: «Введение»,
«Основная часть», «Заключение». В конце статьи на английском языке располагается название
и аннотация. На отдельном листе приводятся фамилия и инициалы авторов, контактные телефоны.
4 Статьи, содержащие сведения о результатах исследований, выполненных в учреждениях
и организациях Республики Беларусь, должны иметь соответствующее разрешение на опубликование в открытой печати.
5 Объем статей не должен превышать 6 с. и 4 рис. (для обзоров – 12 с., 6 рис.).
Рисунки и графики с разрешением не менее 300 dpi представляются в тексте статьи и на отдельных листах. Обязательно представление иллюстративного материала в электронном виде
(форматы: tif, bmp, jpg, cdr) на дискете (по электронной почте) в виде отдельных файлов (книжный
формат обязателен).
Полутоновые фотографии (оригиналы обязательно) представляются на глянцевой бумаге
и должны иметь контрастное изображение. Минимальный размер представляемых рисунков, графиков и фотографий – 6 × 6, максимальный – 10 × 15 см.
Подрисуночные подписи выравниваются по центру, после слова «Рисунок», написанного
без сокращений. Ссылки по тексту на рисунки помещают в круглые скобки.
Таблицы располагаются непосредственно в тексте статьи. Каждая таблица должна иметь заголовок и оформляться в соответствии с требованиями ВАК.
Повторение одних и тех же данных в тексте, таблицах и рисунках недопустимо.
6 Обозначения, принятые в статье, расшифровываются непосредственно в тексте и, кроме
того, должны быть вынесены на отдельную страницу.
7 Размерность всех величин, принятых в статье, должна соответствовать Международной
системе единиц измерений (СИ). Не следует употреблять сокращенных слов, кроме общепринятых
(т. е., и т. д., и т. п.).
8 Литература должна быть оформлена в соответствии с требованиями ВАК и приведена
в конце статьи в виде списка на отдельной странице и содержать полные библиографические данные. Ссылки на неопубликованные работы не допускаются. Список литературы составляется в порядке цитирования в тексте статьи.
9 Статьи, излагающие результаты исследований, выполненных в учреждениях, должны
иметь соответствующее направление (оформленное письмом, подписанным руководителем организации) и разрешение на опубликование.
10 Редакция оставляет за собой право производить редакционные изменения, не искажающие основное содержание статьи. Журнал является рецензируемым изданием. Откорректированные
статьи авторам не высылаются.
11 Статьи, не отвечающие перечисленным требованиям, к рассмотрению не принимаются
и возвращаются авторам. Датой поступления рукописи считается день получения редакцией окончательного текста.
175