МІНІСТЕРСТВО УКРАЇНИ З ПИТАНЬ НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ ТА У СПРАВАХ ЗАХИСТУ НАСЕЛЕННЯ ВІД НАСЛІДКІВ ЧОРНОБИЛЬСЬКОЇ КАТАСТРОФИ

АКАДЕМІЯ ЦИВІЛЬНОГО ЗАХИСТУ УКРАЇНИ

На правах рукопису

КУРІННИЙ ЄГОР ВІКТОРОВИЧ

УДК 614.84

ВИЗНАЧЕННЯ ЧАСУ СПРАЦЬОВУВАННЯ ТОЧКОВИХ ТЕПЛОВИХ ПОЖЕЖНИХ СПОВІЩУВАЧІВ МАКСИМАЛЬНОГО ТИПУ

Спеціальність 21.06.02 – Пожежна безпека

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Академії цивільного захисту України

Науковий керівник: Заслужений винахідник України,

доктор технічних наук, професор

Абрамов Юрій Олексійович,

Академія цивільного захисту України,

проректор з наукової роботи

Офіційні опоненти:

-

-

Провідна установа:

Севастопольський військово-морський інститут ім. Нахімова, кафедра живучості, водолазних та суднопідйомних робіт (МО України).

Захист відбудеться “27” травня 2004 р. о 14 . 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К64. 707.01 при Академії цивільного захисту України за адресою: 61023, м. Харків, вул. Чернишевського, 94

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Академії цивільного захисту України

Автореферат розісланий “22” квітня 2004 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Кривцова В.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Прискорення темпів введення в експлуатацію великих промислових підприємств, їхня реконструкція, інтенсифікація технологічних процесів, розширення асортименту й областей застосування матеріалів, концентрація матеріальних цінностей та ін. – усе це веде до збільшення імовірності виникнення пожеж і зростанню збитку від них. У невеликій країні одна велика пожежа може дестабілізувати всю економіку.

Одним із шляхів, спрямованим на зниження збитку від пожежі, є виявлення пожежі на її початковій стадії, що найбільш ефективно можна здійснити тільки за допомогою систем пожежної автоматики. Практично ефективність будь-якої автоматичної системи раннього виявлення визначається рівнем технічних характеристик її датчиків первинної інформації – пожежних сповіщувачів. Швидкодія пожежних сповіщувачів майже цілком визначає час виявлення загорянь, у зв'язку з чим проблемі підвищення швидкодії пожежних сповіщувачів завжди приділялося досить багато уваги. Зокрема, ця проблема розглядалася в роботах Ф.І. Шаровара, М.Ф. Бубиря, В.П. Бабурова, В.І. Мангасарова, Welch S., Rubini P., а також у роботах Ю.О. Абрамова і представників його наукової школи – В.В. Христича, О.А. Дерев’янко, С.П. Карлаша, Ю.Ю. Перести та ін.

На сьогоднішній день в Україні знаходиться в експлуатації досить багато різновидів пожежних сповіщувачів, що відрізняються як за принципами їх побудови, так і за технічними характеристиками. Однак незалежно від таких відмінностей на етапі, що передує введенню пожежних сповіщувачів в експлуатацію, виникає необхідність у їхній сертифікації, що обумовлює необхідність визначення технічних характеристик сповіщувачів. Визначення технічних характеристик пожежних сповіщувачів проводиться також на етапі вихідного контролю фірмами-виготівниками.

Проблема, пов'язана з визначенням (виміром) технічних характеристик пожежних сповіщувачів, найбільш повно розглядалася в роботах Ф.І. Шаровара, Л.Т. Танклевського Schwenke М., Richard P., Hammerschmidt S. і Ю.О. Абрамова. Що стосується нормативних документів по визначенню технічних характеристик і, зокрема, однієї з основних характеристик сповіщувачів – часу спрацьовування, то найбільш повно інформація міститься в Євростандарті EN – 54. В Україні такий документ знаходиться в стадії розробки. Однак в усіх існуючих документах по визначенню часу спрацьовування пожежних сповіщувачів, зокрема, точкових теплових пожежних сповіщувачів максимального типу, існує багато різночитань.

У зв'язку з цим, актуальною науковою задачею є зняття цих різночитань стосовно до процедури визначення часу спрацьовування точкових теплових пожежних сповіщувачів максимального типу як основної технічної характеристики датчиків первинної інформації систем раннього виявлення пожеж.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в рамках Державної програми забезпечення пожежної безпеки в Україні на 2000 ? 2010 р.р., а також у рамках держбюджетної НІР № 0101U007061 за замовленням Державного департаменту пожежної безпеки МВС України.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є обґрунтування вимог до процедури визначення часу спрацьовування точкових теплових пожежних сповіщувачів максимального типу на основі комплексу уніфікованих математичних моделей, що враховують як властивості пожежних сповіщувачів, так і умови визначення часу спрацьовування, а також розробка пропозицій по їх реалізації.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі: визначити межі області зміни технічних характеристик теплових пожежних сповіщувачів (ТПС); визначити кращий варіант моделі теплового поля, що може бути використаний для процедури визначення часу спрацьовування ТПС; виявити основні закономірності та ефекти, що використовуються для побудови теплових пожежних сповіщувачів; побудувати комплекс уніфікованих математичних моделей, що описують динамічні властивості ТПС, а також визначити діапазони зміни параметрів цих моделей; виявити основні фактори, що впливають, на час спрацьовування ТПС; розробити комплекс уніфікованих математичних моделей, що визначають залежність часу спрацьовування ТПС від їх властивостей, а також від параметрів, що характеризують умови його визначення; створити комплекс математичних моделей, що визначають похибки часу спрацьовування ТПС, а також обґрунтувати вимоги до величин цих похибок з урахуванням властивостей пожежних сповіщувачів і умов їхнього визначення; розробити макетний зразок одного з типів ТПС, створити експериментальну установку для визначення його основних характеристик і отримати оцінки адекватності його математичних моделей; розробити рекомендації що до вибору границь припустимих значень часу спрацьовування ТПС, а також розробити пропозиції по створенню системи визначення часу спрацьовування теплових пожежних сповіщувачів, що функціонує в автоматичному режимі.

Об'єкт дослідження – точкові теплові пожежні сповіщувачі максимального типу.

Предмет дослідження – характеристики процесів, що протікають у теплових пожежних сповіщувачах.

Методи дослідження: методи математичної фізики і теплопередачі, теорія автоматичного керування, імітаційного моделювання і планування експерименту, методи математичної статистики, системного аналізу і теорії алгоритмів.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що:

- уперше для всього масиву точкових ТПС максимального типу ідентифікований комплекс уніфікованих математичних моделей, що представлені в класі передаточних функцій динамічних систем із зосередженими параметрами;

- уперше стосовно до точкових ТПС максимального типу отриманий комплекс математичних моделей, що відносяться до класу регресійних моделей і визначають залежність часу їхнього спрацьовування від факторів, що впливають – температури спрацьовування, постійної часу початкової температури і швидкості зміни температури навколишнього середовища;

- уперше для всього масиву ТПС максимального типу отримані аналітичні залежності похибок часу спрацьовування від похибок факторів, що впливають, використання яких дозволило аналітичним шляхом вирішити задачу ідентифікації граничних значень області зміни похибок визначення часу спрацьовування цих сповіщувачів;

- вперше експериментальним шляхом отримані оцінки постійної часу ТПС, реалізованих з використанням тензорезистивного ефекту;

- модифіковано алгоритм визначення часу спрацьовування точкових ТПС максимального типу, унаслідок чого забезпечується повна автоматизація цієї процедури.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблений комплекс уніфікованих математичних моделей, що описують процеси в точкових теплових пожежних сповіщувачів, є основою для побудови контрольно-вимірювальної апаратури, призначеної для автоматичного визначення всього масиву технічних характеристик пожежних сповіщувачів на єдиній методичній основі. Наявність математичних моделей для похибок, зокрема, при визначенні часу спрацьовування ТПС, відкриває можливості по забезпеченню єдності виміру на всіх етапах експлуатації пожежних сповіщувачів.

Комплекс математичних моделей, що описують динамічні властивості ТПС, моделі їхніх похибок, а також принципи побудови та алгоритм функціонування системи визначення часу спрацьовування пожежних сповіщувачів впроваджені у навчальному процесі АЦЗУ в дисципліні “Пожежна і виробнича автоматика”. Методика оцінки похибки визначення часу спрацьовування теплових сповіщувачів впроваджена у ВПЛ ДПО м. Харкова, що дозволило підвищити вірогідність проведення випробувань ТПС і зменшити кількість рекламацій приблизно на 16%. За результатами досліджень запропоновані зміни і доповнення в проект ДСТУ “Извещатели пожарные тепловые точечные”, зокрема, по уточненим значенням границь діапазонів зміни часу спрацьовування точкових ТПС максимального типу, а також стосовно нормованих величин похибок факторів.

Особистий внесок. У роботах, що опубліковані у співавторстві, особистий внесок здобувача полягає у виявленні основних закономірностей і ефектів, що використовуються для побудови теплових пожежних сповіщувачів, одержанні уніфікованих математичних моделей, що описують властивості ТПС, а також моделей що визначають залежність часу спрацьовування сповіщувачів і їхні метрологічні характеристики, обґрунтуванні вимог до норм часу спрацьовування ТПС.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися й обговорювалися на науково-практичних конференціях: “Підвищення бойової ефективності, обґрунтування тактичних та технічних характеристик систем озброєння та техніки військово-морських сил України“ (м. Севастополь, 2001), “Пожежна безпека - 2001” (м. Львів, 2001), “Актуальні проблеми сучасної науки в дослідженнях молодих вчених м. Харкова” (м. Харків, 2002), “Пожежна безпека - 2003” (м. Харків, 2003), а також на науково-технічних семінарах АПБУ.

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 7 наукових статей, у виданнях, що входять у перелік ВАК України, і 2 тези доповідей науково-технічних і науково-практичних конференцій.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків і додатків. Загальний обсяг дисертації складає 189 сторінок, вона містить 31 таблицю, 58 рисунків і 120 найменувань літературних джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі приводиться аналіз характеристик теплових пожежних сповіщувачів, методів і засобів їх випробувань.

Більше половини ТПС, сертифікованих в Україні, відносяться до сповіщувачів класу А, а сповіщувачі класів D, F і G в Україні не використовуються. Для теплових пожежних сповіщувачів, величина температури спрацьовування яких дорівнює (57 ± 3) ?С, значення часу спрацьовування знаходяться в діапазоні (530 ? 690) с, тобто розбіжність досягає 26 %, а 19 % ?С по величині часу спрацьовування не задовольняють нормативним вимогам.

Технічні характеристики сповіщувачів, як правило, визначаються при стаціонарних випробуваннях. Показано, що при цьому мають місце похибки, зумовлені неточністю формування (вимірювання) параметрів закону зміни температури, похибка, зумовлена нестабільністю порога спрацьовування ТПС, а також методична похибка. Особливістю оперативних випробувань сповіщувачів є те, що вони, як правило, не дозволяють визначати кількісні характеристики.

Весь комплекс математичних моделей, що описують тепловий вплив на пожежні сповіщувачі можна представити у вигляді інтегральних, зонних і диференціальних моделей. Показано, що для опису теплових процесів на початковій стадії розвитку пожежі найчастіше використовуються зонні моделі, що отримані аналітичним шляхом з використанням феноменологічних підходів. Обґрунтовано, що більш простими за структурою побудови є математичні моделі, що описують теплові процеси у осередку загоряння, які отримані експериментально стосовно до тестових осередків типу TF 1, TF 5 і TF 6 (відповідно до вимог Євростандарту EN – 54), або за допомогою методів імітаційного моделювання у сукупності з методами теорії планування експерименту.

Обґрунтовано використання у якості математичної моделі теплового впливу на ТПС на інтервалі часу до 200 с лінійнозмінної у часі функції.

Сформульовано основну задачу дослідження, що представлена у виді сукупності локальних задач.

У другому розділі розглядаються математичні моделі чутливих елементів теплових пожежних сповіщувачів максимального типу.

При побудові ТПС в основному використовуються явища теплового розширення і зміни механічних властивостей легкоплавких сплавів, а також ефекти Кюрі, пам'яті форми, термоелектричний, терморезистивний і тензорезистивний ефекти. Динамічні процеси в таких пожежних сповіщувачах описуються рівнянням теплопровідності, однак стосовно до кожного типу ТПС розв’язання диференційного рівняння має свої особливості, а його використання складне внаслідок громіздкості.

У роботі запропоновано в якості математичної моделі ЧЕ використовувати його передаточну функцію, тобто

(1)

де – імпульсна перехідна функція.

Якщо, наприклад, для побудови ТПС використовується терморезистивний ефект, то вираз для локальної імпульсної перехідної функції має вигляд

, (2)

якому відповідає рівняння виду

з граничними і початковими умовами

; ; , (3)

де а – коефіцієнт температуропровідності; R – радіус ЧЕ; ?(t), T(t) – температура навколишнього середовища і ЧЕ відповідно; ?n – корені рівняння ; - функція Бесселя i-го порядку; Bi – критерій Біо;

. (4)

Вважаючи, що імпульсна перехідна функція являє собою усереднену по об’єму ЧЕ функцію виду (2), тобто

, (5)

відповідно до (1), а також з урахуванням (4) математичну модель ЧЕ такого типу можна представити в такий спосіб

, (6)

де ; ; . (7)

Аналіз свідчить про те, що при , , де - критерій Фур’є, з похибкою, що не перевищує 2%, у виразах (6) і (7) можна покласти . Тоді з урахуванням температурної залежності терморезистора остаточно отримуємо

, (8)

де - коефіцієнт передачі ЧЭ; - постійна часу ЧЕ; R0 – електричний опір терморезистора при початковій температурі; ? – температурний коефіцієнт.

На рис. 1 і рис. 2 приведені графічні залежності параметрів моделі (8) для найбільш характерних величин параметрів ЧЕ.

Рис. 1. Залежність коефіцієнта передачі від значень ?1 і номінального опору R для терморезисторів різної форми: 1 – сферичної форми; 2 – циліндричної форми

Аналіз показав, що величини параметрів моделі такого ЧЕ лежать у діапазоні K = (0,01?1100) Ом/K, ф = (8,3?32,5) с.

Рис. 2. Залежність постійної часу від коефіцієнта конвективного теплообміну а і радіуса R для терморезисторів різної форми: 1 - сферичної форми; 2 – циліндричної форми

Аналогічна процедура була поширена на інші типи ЧЕ ТПС, для яких також були побудовані математичні моделі, у результаті чого було показано, що незалежно від того, які явища чи ефекти використовуються для побудови пожежних сповіщувачів, їх математичний опис зводиться до уніфікованої моделі виду (8), параметри якої визначаються через відповідні фізичні параметри ЧЕ. Показано, що для всіх типів ЧЕ величина постійної часу в моделі (8) лежить у діапазоні (8?100) с.

У третьому розділі розглядаються математичні моделі ТПС, які визначають залежність часу їх спрацьовування від факторів, що впливають.

Аналітичним шляхом, в основі якого лежить розв’яння рівняння

, (9)

де Тс, tс – температура і час спрацьовування сповіщувача відповідно; L-1 – оператор зворотного перетворення Лапласа, показано, що час спрацьовування являється функцією температури спрацьовування Тс, початкової температури навколишнього середовища ?0, швидкості зміни температури навколишнього середовища K і постійної часу ? ТПС. У роботі розв’язання рівняння (9) визначалося у виді регресійної залежності шляхом імітаційного моделювання у сукупності з методами теорії планування. У якості опорних значень незалежних перемінних приймалися: Tc = {(54; 99; 160) є?}; и0 = 25 є?; К = {(0,017; 0,167;0,5) ?С/с}; ? = {(10; 45; 80) с}. Моделі будувалися широкодіапазонні і вузькодіапазонні. У першому випадку інтервали варіювання факторів складали ± 25 % відносно середнього значення, а в другому випадку - ± 5 %. В обох випадках рівень значимості вибирався рівним 0,05. Для обох діапазонів було побудовано по 27 математичних моделей. Наприклад, для параметрів Тс = 54 є?, K = 0,017 є?/с, ? = 10 с ці моделі мають відповідно вигляд

(10)

а для параметрів Тс = 160 є?, K = 0,5 є?/с, ? = 80 с -

(11)

де xi – кодовані перемінні.

Час спрацьовування ТПС дуже суттєво залежить від швидкості зміни температури навколишнього середовища, значення якої обмежені величиною 0,1?С/с, а величина постійної часу пожежних сповіщувачів у цьому діапазоні швидкості зміни температури навколишнього середовища практично не впливає на величину часу спрацьовування. На рис. 3 для прикладу наведені залежності для трьох значень постійних часу ТПС і Тс = 54 є?. Для мінімального значення швидкості зміни температури навколишнього середовища, що дорівнює 0,017 ?С/с, при величині постійній часу ТПС, що лежить у діапазоні (10 ? 80) с, величина часу спрацьовування ТПС знаходиться в діапазоні (1700 ? 1900) с для порога спрацьовування 54 ?С, (4300 ? 4650) с – для порога спрацьовування 99 ?С і (8300 ? 8400) с – для Тс = 160 є?. Для максимального значення швидкості зміни температури навколишнього середовища, що дорівнює 0,5 ?С/с, і тих же параметрів ТПС величина часу спрацьовування знаходиться відповідно в діапазонах (70 ? 120) с, (160 ? 230) с і (290 ? 360) с. На рис. 4 для прикладу наведені залежності при К = 0,5 ?С/с і при різних значеннях температури спрацьовування.

Рис. 3. Залежність часу спрацьовування ТПС від швидкості зміни температури і постійної часу (1 – ? = 10 с; 2 – ? = 45 с; 3 – ? = 80 с) для температури спрацьовування 54 ?С | Рис. 4. Залежність часу спрацьовування ТПС від постійної часу і температури спрацьовування (1 – нормований діапазон часу спрацьовування; 2 – Тс = 54 є?; 3 - Тс = 99 є?; 4 - Тс = 160 є?) для швидкості зміни температури 0,5 ?С/с

Аналіз свідчить про те, що існуючі нормативні документи нормують величину часу спрацьовування тільки для ТПС, у яких Тс = 54 є?, однак і в цьому випадку нормований діапазон часу спрацьовування є досить широким.

У четвертому розділі обґрунтовуються вимоги до процедури визначення часу спрацьовування ТПС максимального типу, а також розглядається приклад її технічної реалізації.

Комплекс математичних моделей ТПС у вигляді регресійних залежностей часу спрацьовування від факторів, що впливають, є вихідним матеріалом для одержання комплексу моделей похибок виду

, (12)

де - середньоквадратична похибка незалежного коефіцієнта регресії; - i-тий коефіцієнт рівняння регресії; - середньоквадратична похибка i-го фактора; - інтервал варіювання i-го фактора ( ).

Аналіз свідчить, що найбільший вплив на похибку часу спрацьовування ТПС здійснює похибка швидкості зростання температури навколишнього середовища ?К. На рис. 5 приведені залежності і , з яких випливає, що при ?К = 2,5·10-4 є?/с величина похибки досягає порядку 40 с.

Рис. 5. Залежності середньоквадратичних похибок часу спрацьовування сповіщувача від середньоквадратичних похибок факторів що впливають: а) – від початкової температури ?Т0 і швидкості зростання температури ?К; б) - від швидкості зростання температури ?К і постійної часу сповіщувача ?ф

З аналізу нормативних документів витікає, що величина похибки факторів, що впливають, лежить у діапазоні (5 ? 10) %, а абсолютна похибка часу спрацьовування ТПС відповідно першого і другого розрядів дорівнює 20 с і 30 с (при К = 0,33 ?С/с). Для такого значення швидкості зміни температури навколишнього середовища методами імітаційного моделювання разом з методами теорії планування експерименту були отримані математичні моделі для часу спрацьовування

(13)

і для похибки часу спрацьовування

, (14)

які були обрані в якості опорних. Використання моделі похибок дозволило шляхом розв’язання зворотньої задачі сформулювати вимоги до величин похибок факторів, що впливають. Ці вимоги зведені до наступних умов: для ТПС першого розряду - ; для ТПС другого розряду - .

З використанням цих умов, а також з використанням комплексу математичних моделей як для часу спрацьовування ТПС, так і для похибок часу спрацьовування, розроблені норми часу спрацьовування теплових пожежних сповіщувачів – табл. 1.

Таблиця 1

Норми часу спрацьовування теплових пожежних сповіщувачів

K, є?/с | Тс, є? | I розряд | II розряд

tсн, c | tсв, c | tсн, c | tсв, c

0,017 | 54 | 1490 | 2115 | 1333 | 2271

99 | 4133 | 5071 | 3709 | 5495

160 | 7367 | 9345 | 6874 | 9838

0,167 | 54 | 188 | 258 | 171 | 275

99 | 447 | 567 | 417 | 597

160 | 790 | 990 | 741 | 1039

0,5 | 54 | 80 | 110 | 72 | 118

99 | 174 | 218 | 163 | 229

160 | 291 | 361 | 274 | 378

Для оцінки адекватності математичних моделей, що описують процеси в ТПС (на прикладі сповіщувача з використанням тензорезистивного ефекту), а також з метою моделювання структури й алгоритмів роботи системи визначення часу спрацьовування ТПС, проводилися експериментальні дослідження. На рис. 6 приведена структурна схема експериментальної установки, що забезпечує формування стаціонарних теплових полів з температурою (50 ? 170) є? і теплових полів з лінійнозмінною температурою (К = (0,003 ? 0,5) є?/с).

Рис. 6. Структурна схема експериментальної установки:

1- термокамера; 2 - тепловий пожежний сповіщувач; 3 - датчик температури; 4 - обмотка обігрівача; 5 - вентилятор; 6 - пристрій завантаження-розвантаження; 7 - кінцевий вимикач; 8, 11 – комутатори; 9 - пристрій керування; 10 - генератор імпульсів; 12 – підсилювач-формувач; 13 - вимірювач часових інтервалів; 14 – вимірювач опору; 15 – пристрій відображення інформації; 16 - джерело напруги

Експериментально показано, що поріг спрацьовування ТПС Тс = 54,15 є?, коефіцієнт передачі сповіщувача К1 = 2,84·10-3 К-1, а величина постійної часу ? = 45,48 с (розрахункове значення дорівнює 42,2 с). В усіх випадках похибка одиничного виміру не перевищувала 0,2 %. Так як похибка розбіжності (за постійною часу) складає 7,3 %, то можна стверджувати про адекватність розроблених математичних моделей. Похибка часу спрацьовування такого ТПС при К = (0,017 ? 0,5) є?/с не перевищує 7,7 %.

Результати, отримані в ході досліджень, дозволили синтезувати структурну схему системи визначення часу спрацьовування ТПС максимального типу, для якої був розроблений алгоритм її роботи. Особливістю цього алгоритму є те, що визначення часу спрацьовування ТПС здійснюється в автоматичному режимі.

ВИСНОВКИ

У роботі отримані нові науково обґрунтовані результати, що у сукупності забезпечують рішення науково-практичної задачі по розробці вимог до процедури визначення часу спрацьовування точкових теплових пожежних сповіщувачів максимального типу на основі комплексу уніфікованих математичних моделей, що враховують як властивості пожежних сповіщувачів, так і умови визначення часу спрацьовування, а також по розробці пропозицій по їхній реалізації.

1 Встановлено, що в існуючих нормативних документах, що визначають комплекс вимог до технічних характеристик точкових теплових пожежних сповіщувачів максимального типу, величина відносної похибки формування або виміру визначальних параметрів може знаходитися у діапазоні (0,5 ? 20,0) %.

2 Визначено, що для проведення динамічних випробувань точкових теплових пожежних сповіщувачів максимального типу найбільш доцільною моделлю теплового поля є лінійно зростаюча функція, швидкість зміни якої належить діапазону (0,017 ? 0,5) є?/с, а мінімальне значення постійної складової температури дорівнює 25 ?С.

3. Показано, що для побудови точкових теплових пожежних сповіщувачів максимального типу найбільш широко використовуються явища теплового розширення або зміни механічних властивостей легкоплавких сплавів, а також ефекти Кюрі, пам’яті форми, термоелектричний, терморезистивний і тензорезистивний ефекти.

4. Для всього масиву найбільш розповсюджених теплових пожежних сповіщувачів максимального типу за умови, що їхнім вихідним сигналом є середньоб’ємна температура чутливого елемента, отриманий комплекс уніфікованих математичних моделей, що належать до класу моделей динамічних систем із зосередженими параметрами і представляють собою передаточні функції, параметри яких визначаються з розв’язання трансцендентних рівнянь, що включають тригонометричні функції або функції Бесселя і Неймана.

5. Показано, що величина одного з основних динамічних параметрів математичних моделей чутливих елементів точкових теплових пожежних сповіщувачів – постійна часу змінюється в діапазоні (10 ? 100) с.

6. Визначено, що одна з основних технічних характеристик теплових пожежних сповіщувачів – час спрацьовування є функцією чотирьох перемінних: температури спрацьовування, початкової температури навколишнього середовища, постійної часу сповіщувача і швидкості зміни температури навколишнього середовища.

7. Шляхом імітаційного моделювання у сукупності з методами теорії планування експерименту з довірчою імовірністю 0,95 розроблений комплекс уніфікованих математичних моделей, що належать до класу регресійних моделей і визначають залежність часу спрацьовування теплових пожежних сповіщувачів від факторів, що впливають. Показано, що для мінімального значення швидкості зміни температури навколишнього середовища, що дорівнює 0,017 ?С/с, при величині постійній часу ТПС, що лежить у діапазоні (10 ? 80) с, величина часу спрацьовування сповіщувачів з типовим значенням порога спрацьовування 54 ?С знаходиться у діапазоні (1700 ? 1900) с, а для максимального значення швидкості зміни температури навколишнього середовища, що дорівнює 0,5 ?С/с, і тих же параметрах ТПС, величина часу спрацьовування знаходиться у діапазоні (70 ? 120)с.

8. Створено комплекс математичних моделей, що описують залежності похибки часу спрацьовування ТПС максимального типу від похибок факторів, що впливають, і показано, що для теплових пожежних сповіщувачів першого і другого розрядів величина похибки фактора, що впливає, не повинна перевищувати відповідно 8% і 12%.

9. Розроблено макетний зразок ТПС, реалізований з використанням тензорезистивного ефекту, а також створена установка для експериментального визначення його основних характеристик, що забезпечує формування стаціонарних теплових полів з температурою (50 ? 170) є? або теплових полів з лінійно змінною температурою, величина швидкості зміни якої лежить у діапазоні (0,003 ? 0,5) є?/с.

10. Експериментальним шляхом визначені основні технічні характеристики макетного зразка ТПС – температура спрацьовування, коефіцієнт передачі, постійна часу і час спрацьовування, і показано, що похибка розбіжності з розрахунковими значеннями постійної часу сповіщувача не перевищує 7,3%, а похибка розбіжності часу спрацьовування при варіюванні величини швидкості зміни температури навколишнього середовища в діапазоні (0,017 ? 0,5) є?/с не перевищує 7,7%.

11. Розроблено пропозиції щодо побудови системи визначення часу спрацьовування теплових пожежних сповіщувачів максимального типу, а також алгоритм її роботи і рекомендації з вибору границь діапазонів зміни часу спрацьовування ТПС і показано, що для теплових пожежних сповіщувачів першого і другого розрядів верхня границя в залежності від значень швидкості зміни температури навколишнього середовища і температури їхнього спрацьовування знаходиться відповідно в діапазоні (110 ? 2115) с і (118 ? 2271) с.

12. Комплекс математичних моделей, що описують динамічні властивості ТПС, моделі їх похибок, а також принципи побудови та алгоритм функціонування системи визначення часу спрацьовування пожежних сповіщувачів впроваджені в навчальному процесі АЦЗУ в дисципліні “Пожежна і виробнича автоматика” (акт від 15.12.03). Методика оцінки похибки визначення часу спрацьовування теплових сповіщувачів впроваджена у випробувальній пожежній лабораторії ДПО м. Харкова (акт від 12.12.03), що дозволило підвищити вірогідність проведення випробувань ТПС і знизити кількість рекламацій приблизно на 16%. За результатами досліджень запропоновані зміни і доповнення в проект ДСТУ “Извещатели пожарные тепловые точечные”, зокрема, по уточненим значенням границь діапазонів зміни часу спрацьовування точкових ТПС максимального типу, а також стосовно нормованих величин похибок факторів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Карлаш С.П., Куринный Е.В., Корниенко Р.В. Анализ времени срабатывания теплового пожарного извещателя на основе тензоэффекта // Пожежна безпека: Зб. наук. пр. – Львів: ЛІПБ. – 2001. – С 429-430.

2. Карлаш С.П., Куринный Е.В. Моделирование процессов в тепловых пожарных извещателях на основе тензоэффекта // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. – Спец. вып. – Харьков: АПБУ. – 2001. – С. 30-38.

3. Куринный Е.В., Карлаш С.П., Корниенко Р.В., Белан С.В. Анализ времени срабатывания тепловых пожарных извещателей // Проблемы пожарной безопасности: Сб. научн. тр. -Харьков: АПБУ, 2001. -Вып. 9. –С 106-110.

4. Карлаш С.П., Куринный Е.В. Погрешности испытаний тепловых пожарных извещателей // Проблемы пожарной безопасности: Сб. научн. тр. -Харьков: АПБУ, 2002. -Вып. 12. -С. 103-106.

5. Абрамов Ю.А., Куринный Е.В. Обоснование требований ко времени срабатывания тепловых пожарных извещателей // Проблемы пожарной безопасности: Сб. научн. тр. -Харьков: АПБУ, 2002. -Вып. 13. –С 82-85.

6. Куринный Е.В. Математическая модель чувствительного элемента теплового пожарного извещателя на основе тензоэффекта // Актуальні проблеми сучасної науки в дослідженнях молодих вчених м. Харкова. – Х: ВАТ “Модель Всесвіту”, 2002.- С.277-281.

7. Абрамов Ю.А., Куринный Е.В. Разработка математических моделей погрешностей определения времени срабатывания тепловых пожарных извещателей // Проблемы пожарной безопасности: Сб. научн. тр. -Харьков: АПБУ, 2003. -Вып. 14. -С. 127-132.

8 Курінний Є.В., Карлаш С.П., Бєлан С.В. Датчик температури підвищеної швидкодії на основі тензоефекту // Підвищення бойової ефективності, обґрунтування тактичних та технічних характеристик систем озброєння та техніки військово-морських сил України: Тези доп. наук.-практ. конф. – Севастополь: СВМІ ім. Нахімова. – 2001. – С 63-67.

9 Куринный Е.В. Математическая модель чувствительного элемента теплового пожарного извещателя на основе терморезистивного эффекта // Пожарная безопасность. IV науч.-практ. конф. - Харьков: АПБУ, 2003. - С.286-288.

АНОТАЦІЯ

Курінний Є.В. Визначення часу спрацьовування точкових теплових пожежних сповіщувачів максимального типу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 21.06.02. – Пожежна безпека. Академія цивільного захисту України, Харків, 2004.

Визначено межі області зміни технічних характеристик ТПС та обґрунтований варіант моделі теплового поля, що може бути використаний для процедури визначення часу їх спрацьовування. Побудований комплекс уніфікованих математичних моделей, що описують динамічні властивості ТПС. Розроблено комплекс уніфікованих математичних моделей, що визначають залежність часу спрацьовування ТПС від їх властивостей, а також від параметрів, які характеризують умови його визначення. Створено комплекс математичних моделей, що визначають похибки часу спрацьовування ТПС, а також обґрунтовано вимоги до величин цих похибок з урахуванням властивостей ТПС і умов їхнього визначення. На прикладі одного з типів ТПС доведена адекватність розроблених математичних моделей. Розроблені рекомендації щодо вибору границь припустимих значень часу спрацьовування ТПС, а також пропозиції по створенню системи визначення часу спрацьовування ТПС, що функціонує в автоматичному режимі.

Ключові слова: тепловий пожежний сповіщувач, час спрацьовування, методи випробувань.

ABSTRACT

Кurinniy Е.V. Determination of time of operation of dot thermal fire detectors of the maximal type. - Manuscript.

The dissertation on reception of a scientific degree of candidate of engineering sciences on specialty 21.06.02. – Fire safety. Academy of the Civil Defence of Ukraine, Kharkov, 2004.

The bound of change of ТFD characteristics are determined and the variant of model of a thermal field is reasonable which can be used for procedure of determination of time of their operation. The complex of the unified mathematical models which describe ТFD dynamic properties is constructed. The complex of the unified mathematical models which define dependence of time of ТFD operation from their properties, and from parameters, which characterize conditions of their determination is developed. The complex of mathematical models which define errors of time of TFD operation, and the requirements to the size of these errors are reasonable in view of TFD properties and conditions of their determination. On an example of one of TFD types the adequacy of the developed mathematical models is proved. The recommendations concerning the choice of bound of allowable meanings of time of TFD operation are developed, and the creation of system of determination of time of TFD operation, which functions in an automatic mode is also offed.

Key words: thermal fire detector, time of operation, methods of tests.

АННОТАЦИЯ

Куринный Е.В. Определение времени срабатывания точечных тепловых пожарных извещателей максимального типа. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.02. – Пожарная безопасность. Академия гражданской защиты Украины, Харьков, 2004.

Диссертационная работа посвящена разработке требований к процедуре определения времени срабатывания точечных тепловых пожарных извещателей максимального типа. В работе определены границы области изменения технических характеристик ТПИ. Рассмотрены существующие методы испытаний ТПИ и обоснован вариант модели теплового поля, которая может быть использована для процедуры определения времени их срабатывания. Выявлены основные закономерности и эффекты, используемые при построении ТПИ. Для всего массива ТПИ при условии, что их выходным сигналом является среднеобъемная температура чувствительного элемента, построен комплекс унифицированных математических моделей, принадлежащих к классу моделей динамических систем с сосредоточенными параметрами и представляющих собой передаточные функции, параметры которых определяются из решения трансцендентных уравнений, и определены диапазоны изменения этих параметров. Показано, что одна из основных технических характеристик тепловых пожарных извещателей – время срабатывания является функцией четырех переменных: температуры срабатывания, начальной температуры окружающей среды, постоянной времени извещателя и скорости изменения температуры окружающей среды. Путем имитационного моделирования в сочетании с методами теории планирования эксперимента разработан комплекс унифицированных математических моделей, которые принадлежат классу регрессионных моделей и определяют зависимость времени срабатывания ТПИ от их свойств, а также от параметров, которые характеризуют условия его определения. Создан комплекс математических моделей, которые определяют погрешности времени срабатывания ТПИ, а также обоснованы требования к величинам этих погрешностей с учетом свойств ТПИ и условий их определения. Разработан макетный образец ТПИ, реализованный с использованием тензорезистивного эффекта, а также создана экспериментальная установка для определения его основных характеристик. Экспериментальным путем определены основные технические характеристики макетного образца ТПИ – температура срабатывания, коэффициент передачи, постоянная времени и время срабатывания, и получены оценки адекватности построенных математических моделей. Разработаны рекомендации относительно выбора границ допустимых значений времени срабатывания ТПИ, а также предложения по созданию системы определения времени срабатывания ТПИ, которая функционирует в автоматическом режиме.

Ключевые слова: тепловой пожарный извещатель, время срабатывания, методы испытаний.

Підписано до друку 02.04.2004р. Формат 60?84 1/16.

Папір офсетний 80 г/см2. Друк різограф. Ум. друк. арк. 1,5.

Тираж 100 прим. Вид. № 22/03. Зам. № 139

Розмножувально-копіювальний сектор

Академії цивільного захисту України

61023 м. Харків, вул. Чернишевського, 94