чрезвычайные ситуации: образование и наука

Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
МИНИСТЕРСТВО ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
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 · 2014, ТОМ 9, № 2
___________________________________________________________________________
СОДЕРЖАНИЕ
НАУКА
Пасовец В. Н., Чупругин К. В. Увеличение ресурса работы двигателя внутреннего
сгорания путем применения ремонтно-восстановительных составов на основе
нанопорошков........................................................................................................................... 3
Леванович А. В., Сакович Э. И., Филипович С. М., Тарковский В. В.,
Балыкин А. С., Яничкин В. В. Оптимизация электроразрядных характеристик
устройства для раскалывания объектов из бетона и горных пород
электрогидравлическим способом.......................................................................................... 9
Горовых О. Г., Оразбаев А. Р. Механизм электризации углеводородной жидкости
при заполнении ею резервуаров вертикального типа......................................................... 16
Борисова А. С., Тищенко Е. А., Абрамов Ю. А. Модели терморезистивного
чувствительного элемента в виде полого цилиндра для пожарного извещателя ........... 23
Алешкевич Н. А., Бобович С. О., Короткевич С. В., Пинчук В. Г.,
Кравченко В. В. Разработка схем и методов диагностики узлов трения
энергетического оборудования ............................................................................................. 31
Коцуба А. В., Волочко А. Т., Марков Г. В., Ралько А. П. Экранирующие
покрытия для пожарных извещателей ................................................................................. 37
Басманов А. Е., Говаленков С. С. Математическая модель диффузии паров
опасных химических веществ в воздухе.............................................................................. 40
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
Ковтун В. А., Пасовец В. Н., Миховски М., Плескачевский Ю. М.,
Горбацевич Р. Л. Износостойкие композиты для компонентов трибосопряжений
аварийно-спасательной техники.............................................................................................. 48
Тодарев В. В., Веппер Л. В., Самовендюк Н. В., Грачев С. А. Способ управления
автоколебательным асинхронным электроприводом ........................................................ 54
Борыс А. П., Веселивский Р. Б., Половко А. П. Экспериментальное определение
огнезащитной способности газобетона............................................................................... 57
Федосенко Н. Н., Алешкевич Н. А., Пилипцов Д. Г., Федосенко Т. Н. Влияние
условий синтеза на оптические свойства углеродных покрытий...................................... 61
Легчекова Е. В., Титов О. В. Математическая модель стабилизации управления
роботом при задержке управляющего сигнала ................................................................... 66
ОБРАЗОВАНИЕ
Маладыка Л. В. Пути интенсификации учебного процесса во время подготовки
бакалавров пожарной безопасности как фактор повышения качества образования....... 70
Шумилов В. Г., Хоровец С. А. К вопросу о подготовке специалистов для органов
министерства по чрезвычайным ситуациям высшего уровня ........................................... 75
Астахов П. В., Бобрик А. В. Создание электронного учебно-методического
комплекса в системе Moodle ................................................................................................. 80
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА. ТЕХНОЛОГИИ. ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Абдрафиков Ф. Н., Артемьев В. П. Установка для определения изменения
размеров взрывоопасной зоны испаряющейся пожароопасной жидкости
над открытой поверхностью испарения............................................................................... 85
Аюбаев Т. М., Левкевич В. Е., Досмагамбетов Ж. О. Проблемы возникновения
чрезвычайных ситуаций на водных объектах в Республике Казахстан .......................... 90
Кондратович А. А., Лобач Д. С. Устройство захватов для зацепки поврежденных
конструкций при разборке завалов автомобильными кранами........................................... 96
Максимов И. А., Удилова И. Я., Краснокутский А. В., Демченко О. Ю.,
Постнов А. И. Подходы к совершенствованию системы обеспечения вызова
населением экстренных оперативных служб по единому номеру «112»
в Российской Федерации ..................................................................................................... 103
Буякевич А. Л., Бобрышева С. Н., Буякевич Л. И., Сторта Н. Л. Пожарная
опасность эмали ПФ-115. Вопрос определения интенсивности испарения.................. 108
Халапсина Т. И., Рубцов Т. Н. Повышение уровня готовности ОПЧС к авариям
и инцидентам при перевозке ядерных материалов........................................................... 116
Землянский О. Н. Структуризация задач принятия решений при прогнозировании
и ликвидации последствий химических аварий................................................................ 123
Ширко А. В., Камлюк А. Н., Осяев В. А., Николайчик В. О. Компьютерное
моделирование динамики пожара в смежных помещениях ............................................ 128
Алуф Г. В., Ермакова Н. О. Влияние сертификации на результативность работы
системы управления охраной труда ................................................................................... 141
Тимошков В. Ф., Шведов Н. С. Четвероногие помощники на службе
в МЧС Республики Беларусь............................................................................................... 146
Максимов И. А., Удилова И. Я., Краснокутский А. В., Демченко О. Ю.,
Постнов А. И. Социально-психологический аспект формирования имиджа
сотрудников МЧС России посредством СМИ................................................................... 151
2
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
НАУКА
УДК 621.892.84
УВЕЛИЧЕНИЕ РЕСУРСА РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ СОСТАВОВ
НА ОСНОВЕ НАНОПОРОШКОВ
В. Н. ПАСОВЕЦ, начальник кафедры, кандидат технических наук, доцент
К. В. ЧУПРУГИН, магистрант
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
Экспериментально показано, что применение ремонтно-восстановительных составов на
основе наноразмерных порошковых частиц позволяет увеличить ресурс работы и повысить
технические характеристики двигателя внутреннего сгорания. Выдвинута гипотеза о том, что в
процессе работы двигателя внутреннего сгорания, заправленного моторным маслом, содержащим ремонтно-восстановительный состав на основе нанопорошка меди и углеродных нанотрубок, происходит протекание процессов модифицирования рабочих поверхностей цилиндров,
вследствие чего деформирование и изнашивание материала стенок цилиндров и поршневых
колец локализовано в пределах образованного трибослоя, что предотвращает разрушение основного металла.
Ключевые слова: восстановительные составы, двигатель внутреннего сгорания, углеродные нанотрубки.
Введение
Как известно, до трети энергии в той или иной современной машине тратится на
преодоление бесполезного трения между ее частями [1]. Износ сопряженных деталей в
узлах трения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в одних случаях нарушает герметичность рабочего пространства, в других – нормальный режим смазки, в третьих –
кинематическую точность механизма, в результате чего снижается мощность ДВС,
увеличивается расход горюче-смазочных материалов, возникает опасность утечки токсичных и взрывоопасных продуктов. Следует добавить, что эксплуатация изношенных
деталей в узлах трения вызывает дополнительные ударные нагрузки и вибрации в сопряжениях и часто становится причиной аварийного выхода из строя машин и механизмов. Результатом всего вышеперечисленного является необходимость проведения
ремонта. В то же время в некоторых случаях затраты на ремонт сопоставимы со стоимостью нового изделия. Таким образом, увеличение долговечности и надежности машин при современной насыщенности всех отраслей экономики техникой становится
одной из важнейших проблем научно-технического прогресса [2].
Нарушение нормальной работы ДВС чаще всего происходит из-за несоблюдения
правил технической эксплуатации, неправильной регулировки отдельных его узлов и механизмов, некачественного ремонта двигателя или чрезмерного износа деталей. Износ рабочих поверхностей трения деталей трибосопряжений двигателя зависит от условий и длительности его эксплуатации. При длительной эксплуатации автомобиля возникает износ
3
В. Н. ПАСОВЕЦ, К. В. ЧУПРУГИН
цилиндро-поршневой группы двигателя, который вызывает увеличение расхода моторного
масла и топлива, снижает мощностные и экологические показатели двигателя. Основной
задачей в двигателестроении на сегодняшний день является увеличение срока эксплуатации двигателя. Решение этой задачи возможно как за счет совершенствования конструкции двигателя, так и за счет совершенствования материалов, из которых изготавливают
детали двигателя, а также эксплуатационных материалов [3]–[5].
Существующая в настоящее время тенденция по снижению материалоемкости
автомобиля с одновременным повышением его коэффициента полезного действия неизбежно ведет к увеличению нагрузки на узлы трения и ухудшению условий смазывания ДВС [6]. Совместное использование теоретических положений и практических
достижений трибологии и нанотехнологии позволяет рассматривать процесс трения не
только как разрушительное явление природы, но и как самоорганизующийся процесс
безразборного восстановления поверхностей трения деталей узлов трения машин и механизмов в процессе их непрерывной эксплуатации. Именно в безразборном восстановлении поверхностей деталей узлов трения заложены основные резервы по увеличению ресурса машин и механизмов и сокращению расходов на запасные части и оплату
труда [7].
Таким образом, наиболее перспективным путем решения задачи по продлению
срока эксплуатации ДВС является разработка различных ремонтно-восстановительных
составов (РВС) и присадок, применение которых позволит восстанавливать цилиндропоршневую группу двигателя без разборки двигателя, что в итоге повысит ресурс автомобиля в целом.
В работе [8] описан РВС на основе гидросиликата магния, в качестве которого
используют природный или синтезированный серпентенит, примеси, ему сопутствующие, мелкодисперсный порошок алмаза или шунгита и металлосодержащую добавку –
смесь мелкодисперсных порошков металлов, выбранных из металла основы и металлов, образующих устойчивые системы с материалом основы, взятые из ряда хром, никель, молибден, ниобий, титан и их сплавы, или мелкодисперсную смесь указанных порошков металлов, их окислов или галогенидов. Технический результат применения
данного состава заключается в существенном повышении твердости, снижении износа
и коэффициента трения, компенсации утраченных размеров.
Из литературных данных также известен РВС, содержащий: тремолит –
50–53 % мас. %, лизардит – 31–35 мас. %, антигорит – 9–12 мас. %, магнетит –
3–7 мас. %. Данный состав имеет среднюю дисперсность частиц 1,5 мкм и может применяться в качестве добавки к смазочным материалам, в качестве твердого смазочного
материала или приработочного состава, используемого при ремонте узлов трения с
разборкой узлов машин и механизмов. Основным техническим результатом применения данного состава является улучшение антифрикционных и противоизносных
свойств узлов трения, в том числе узлов трения с повышенной микротвердостью поверхности [9].
На практике нашли применение составы металлоплакирующих присадок к смазочным материалам. В качестве примера можно привести состав, содержащий олеат
меди, глицерат меди, олеат алюминия, оксалат алюминия, глицерин, оксалиновую кислоту и олеиновую кислоту. В результате применения данного состава происходит повышение противозадирных свойств защитных металлоплакирующих пленок на стальных поверхностях, работающих в паре трения с алюминиевыми антифрикционными
сплавами [10].
В качестве недостатков перечисленных РВС необходимо отметить их невысокую способность к образованию металлоплакирующих пленок и недостаточную эффективность при применении для узлов трения с повышенной микротвердостью по4
УВЕЛИЧЕНИЕ РЕСУРСА РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ
РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ СОСТАВОВ НА ОСНОВЕ НАНОПОРОШКОВ
верхностей. Одним из перспективных путей восстановления ДВС являются РВС, содержащие в своем составе нанокомпоненты, которые вследствие своих малых размеров
позволяют заполнять микротрещины рабочих поверхностей деталей узлов трения, не
забивая масляных каналов двигателя [11], [12]. Для безразборного восстановления двигателя предлагается применять РВС с использованием наноразмерных частиц цветных
металлов, обеспечивающих модифицирование и восстановление поверхностного слоя
трущихся деталей, и углеродные наноматериалы, позволяющие снизить коэффициент
трения и интенсивность изнашивания поверхностных слоев деталей узлов трения.
Дисперсный состав наночастиц является одной из важнейших характеристик,
определяющих их физико-механические характеристики, а следовательно, и области
применения. С повышением дисперсности наночастиц металлов, как правило, увеличивается их активность, но при этом снижается и содержание металлов в частицах. Получение наночастиц металлов с размерами меньше 30 нм нецелесообразно в связи с их
нестабильностью к окислению, спеканию и агломерации [12].
На основе проведенного анализа литературы можно сделать вывод о том, что наиболее перспективными наноматериалами для применения в качестве компонентов РВС
являются наноразмерные порошки меди и углеродные нанотрубки (УНТ).
Ремонтно-восстановительные составы, ставшие популярными в последнее время,
исследуются и применяются учеными и практиками во многих странах мира. Однако сведения об их практическом применении противоречивы. В литературе приводятся разнообразные результаты исследований РВС, что свидетельствует об отсутствии стандартизированных методик исследования и применения РВС на практике. В свою очередь отсутствие
данных методик и алгоритмов выбора того или иного РВС не позволяют достичь ожидаемого результата [13].
Практическая реализация идеи использования нанопорошков в составе РВС
подтверждается работами [14] и [15]. Так, в работе [14] сделано предположение, что
процесс восстановления трущихся поверхностей деталей заключается в заполнении
микротрещин изношенных поверхностей трения наночастицами, вследствие чего деформирование и изнашивание материала локализуется в пределах поверхностного наноразмерного слоя, что предотвращает разрушение основного материала. Также в работе [15] продемонстрирована модель фрагмента поверхности трения (рисунок 1),
включающая основной материал детали 1 с микротрещиной 2, внутри которой находятся одна или несколько наночастиц металла 3. Показано, что при перемещении трущихся поверхностей относительно друг друга происходит восстановление поверхности
трения за счет заполнения микротрещин поверхности трения наночастицами металла.
1
2
3
Рисунок 1 – Модель фрагмента поверхности трения при заполнении микротрещины
наночастицами металла: 1 – материал детали; 2 – микротрещина;
3 – наночастица металла [14]
5
В. Н. ПАСОВЕЦ, К. В. ЧУПРУГИН
Таким образом, цель работы состояла в исследовании возможности безразборного
восстановления ДВС путем применения РВС на основе порошковых наноматериалов.
Методы исследования
Для проведения эксперимента по установлению возможности применения нанопорошков для безразборного восстановления ДВС использовался двигатель автомобиля
ВАЗ 21213 и моторное масло SAE 10W-30. В качестве РВС к данному маслу использовали концентрированные суспензии дезагрегированных наночастиц меди и УНТ, приготовленные путем смешивания нанопорошка меди и УНТ с небольшим количеством
моторного масла в специальном смесителе.
Размер используемых частиц нанопорошков по данным просвечивающей электронной микроскопии составлял в среднем 80–120 нм. Концентрация РВС в моторном
масле составляла 0,5 г/л.
В качестве контрольного параметра была принята величина компрессии в цилиндрах двигателя, которая зависит от степени износа поршневых колец и стенок цилиндров. Данная величина измерялась сразу после замены масла и после наработки
двигателя эквивалентной 1000 км пробега автомобиля.
Анализ полученных результатов
Экспериментальным путем установлено, что величина компрессии в цилиндрах
двигателя автомобиля сразу после замены масла в зависимости от номера цилиндра находилась в пределах 0,9–1,0 МПа, что соответствует предкризисному состоянию двигателя и его высокой степени износа. После наработки двигателя эквивалентной 1000 км
пробега автомобиля величина компрессии составила 0,98–1,1 МПа (рисунок 2).
Рисунок 2 – График зависимости величины компрессии от содержания УНТ в РВС
после наработки эквивалентной 1000 км пробега
Повышение величины компрессии в цилиндрах двигателя составило 8–10 %, что
является следствием устранения последствий процесса изнашивания деталей цилиндро-поршневой группы и, по-видимому, объясняется заполнением микротрещин наночастицами меди и выглаживанием изношенных поверхностей трения. Также в процессе
работы двигателя, заправленного моторным маслом, содержащим РВС на основе нанопорошка меди и углеродных нанотрубок, происходит протекание процессов модифицирования рабочих поверхностей цилиндров, вследствие чего деформирование и изнашивание материала стенок цилиндров и поршневых колец локализовано в пределах
образованного трибослоя, что предотвращает разрушение основного металла.
6
УВЕЛИЧЕНИЕ РЕСУРСА РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ
РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ СОСТАВОВ НА ОСНОВЕ НАНОПОРОШКОВ
На основании анализа исследований по оптимизации компонентного состава
РВС можно отметить следующее: при увеличении содержания нанопорошка меди в
РВС происходит увеличение значений компрессии двигателя после наработки эквивалентной 1000 км пробега. Факт того, что при увеличении содержания нанопорошка меди в РВС повышается величина компрессии, по-видимому, объясняется переносом и
закреплением наночастиц меди на поверхности стенок цилиндра ДВС, что ведет к наращиванию изношенного слоя металла на поверхности трения. Увеличение содержания
УНТ в РВС не приводит к аналогичному эффекту, так как предположительно УНТ
снижают коэффициент трения и интенсивность изнашивания поверхностей трения, однако имеют слабую адгезию к поверхности цилиндра ДВС.
Также необходимо отметить, что концентрация РВС в моторном масле оказывает значительное влияние на процесс изнашивания. Для качественных моторных масел
РВС не должен иметь сложный состав, так как он может существенно повлиять на физико-химические характеристики самого масла.
Заключение
Экспериментально показано, что применение РВС на основе нанопорошков меди и УНТ позволяет увеличить ресурс работы и повысить технические характеристики
двигателя автомобиля. Однако потенциальные возможности метода безразборного восстановления нанопорошками металлов значительно шире, и он может быть успешно
применен при ремонте подшипников качения и скольжения, шарнира равных угловых
скоростей и иных деталей автомобилей и другой техники.
Выдвинута гипотеза о том, что в процессе работы ДВС, заправленного моторным маслом, содержащим РВС на основе нанопорошка меди и углеродных нанотрубок,
происходит протекание процессов модифицирования рабочих поверхностей цилиндров, вследствие чего деформирование и изнашивание материала стенок цилиндров и
поршневых колец локализовано в пределах образованного трибослоя, что предотвращает разрушение основного металла. Оптимизирован компонентный состав РВС. Показано, что наиболее эффективным является РВС, содержащий 25 % УНТ и 75 % нанопорошка меди.
Также необходимо отметить, что использование возможностей нанотехнологий
может принести уже в ближайшее время значительный экономический эффект в машиностроении, где за счет широкого использования материалов на основе нанотрубок и
нанопорошков металлов прогнозируется значительное увеличение ресурса узлов трения машин и механизмов.
Литература
1 Библиотека исследователя / под ред. А. С. Злыгостева. – Режим доступа:
http://nplit.ru/books/item/f00/s00/z0000060/st058.shtml. – Дата доступа: 02.09.2014.
2 Гаркунов, Д. Н. Триботехника износ и безызносность / Д. Н. Гаркунов. – М. : Изд-во
МСХА, 2001.
3 Современные подходы к созданию дизелей для легковых автомобилей и грузовиков
/ А. Д. Блинов [и др.]. – М. : НИЦ «Инженер», 2000. – 332 с.
4 Шароглазов, Б. А. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчет
процессов / Б. А. Шароглазов, М. Ф. Фарафонтов, В. В. Клементьев. – Челябинск :
Изд-во ЮУрГУ, 2004. – 344 с.
5 Гаркунов, Д. Н. Триботехника / Д. Н. Гаркунов. – Изд-во МСХА, 1985.
6 Стуканов, В. А. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля / В. А. Стуканов. – М. : Форум-ИНФРА-М, 2005. – 368 с.
7
В. Н. ПАСОВЕЦ, К. В. ЧУПРУГИН
7 Гаркунов, Д. Н. Восстановление двигателей внутреннего сгорания без их разборки
/ Д. Н. Гаркунов, В. И. Балабанов // Тяжелое машиностроение. – 2001. – № 2. – С. 18–23.
8 Состав для улучшения антифрикционных и противоизносных свойств узлов трения :
пат. 2469074 Рос. Федерации, МПК7 C10M103/06, C10M125/10 / Ю. Г. Лавров
[и др.] ; заявитель Ю. Г. Лавров. – № 2011356732/01 ; заявл. 16.08.2011 ; опубл.
10.12.2012.
9 Ремонтно-восстановительная присадка к смазочным материалам : пат. 2439133 Рос.
Федерации, МПК7 C10M129/00, C10M129/08, C10M129/30, C10M125/40 / В. И. Балабанов [и др.] ; заявитель Е. В. Быкова. – № 2010357245/03 ; заявл. 19.07.2010 ;
опубл. 10.01.2012.
10 Балабанов, В. И. Безразборное восстановление технических характеристик двигателей внутреннего сгорания машин / В. И. Балабанов // Эффект безызносности и триботехнологии. – 1999. – № 1. – С. 33–36.
11 Ильин, А. П. Особенности физико-химических свойств нанопорошков и наноматериалов / А. П. Ильин, О. Б. Назаренко. – Томск : Изд-во Том. политех. ун-та, 2012. –
196 с.
12 Study of friction reduction by nanocopper additives to motor oil / S. Tarasov [et al.]
// Wear. – 2002. – Vol. 252. – P. 63–69.
13 Беляев, С. А. Повышение эффективности смазочного действия путем добавления нанопорошков металлов в масло / С. А. Беляев // Сборник трудов Международной научно-технической конференции, посвященной памяти академика Н. Д. Кузнецова. –
Самара : Изд-во СамГАУ, 2001. – Ч. 2. – C. 204–211.
14 Вахрушев, А. В. Моделирование процессов взаимодействия наночастиц с микротрещиной / А. В. Вахрушев // Хим. физика и мезоскопия. – 2010. – Т. 12. – С. 66–75.
15 Ильин, А. П. Особенности физико-химических свойств нанопорошков и наноматериалов / А. П. Ильин, О. Б. Назаренко. – Томск : Изд-во Том. политех. ун-та, 2012. –
196 с.
Поступила в редакцию 02.10.2014
V. N. Pasovets, K. V. Chuprugin
INCREASE IN A RESOURCE OF WORK OF THE INTERNAL COMBUSTION
ENGINE BY APPLICATION OF REPAIR AND RECOVERY COMPOSITIONS ON
THE BASIS OF NANOPOWDERS
It is experimentally shown that application of repair and recovery compositions on the
basis of nanosized powder particles can increase a resource of work and improve technical
characteristics of the internal combustion engine. The hypothesis that in the course of work of
the internal combustion engine filled with the engine oil containing repair and recovery compositions on the basis of nanopowder of copper and carbon nanotubes there is a course of
processes of modifying of working surfaces of cylinders owing to what wear of material of
walls of cylinders and piston rings is localized within formed tribolayer formed that prevents
the destruction of the base metal.
8
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 537.528
ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВА
ДЛЯ РАСКАЛЫВАНИЯ ОБЪЕКТОВ ИЗ БЕТОНА И ГОРНЫХ ПОРОД
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИМ СПОСОБОМ
А. В. ЛЕВАНОВИЧ, начальник, магистр технических наук1
Э. И. САКОВИЧ, ведущий научный сотрудник1
С. М. ФИЛИПОВИЧ, научный сотрудник1
В. В. ТАРКОВСКИЙ, заместитель декана, кандидат физико-математических наук2
А. С. БАЛЫКИН, ведущий инженер2
В. В. ЯНИЧКИН, старший преподаватель2
1
Научно-практический центр учреждения «Гродненское областное управление МЧС»,
Республика Беларусь
2
Учреждение образования «Гродненский государственный университет
имени Янки Купалы», Республика Беларусь
Исследованы электроразрядные характеристики работы устройства, предназначенного
для разрушения объектов из бетона и горных пород. Рассмотрены двухимпульсные и одноимпульсные режимы работы разрядного контура устройства.
Ключевые слова: электрогидравлический эффект, конденсатор, индуктивность, одноимпульсный разряд, двухимпульсный разряд, длительность импульса, фронт импульса.
Введение
Основываясь на опыте, полученном при разработке и изготовлении действующего макета «Устройства», описанного в [1]–[10], были сформулированы требования,
предъявляемые к разработке сверхмощного «Устройства»:
– многоканальность (возможность работать одновременно на 1 канал, 2 канала,
4 канала);
– возможность регулировать энерговклад в каналах в зависимости от прочности
раскалываемых пород;
– максимальная суммарная энергия «Устройства» должна составлять до 200 кДж;
– возможность работы как на вертикальных, так и горизонтальных шпурах;
– мобильность (возможность работать в полевых условиях);
– экономичность (энергопотребление от первичных источников не должна превышать 1 кВт);
– безопасность обслуживающего расчета;
– цена «Устройства» не должна превышать цену аналогичного российского и
украинского образца.
В составе «Устройства» должны максимально использоваться компоненты белорусского производства. Возможная структурная схема построения мощного
«Устройства» показана на рисунке 1.
9
А. В. ЛЕВАНОВИЧ, Э. И. САКОВИЧ, С. М. ФИЛИПОВИЧ, В. В. ТАРКОВСКИЙ, А. С. БАЛЫКИН, В. В. ЯНИЧКИН
Рисунок 1 – Структурная схема «Устройства» с автономными силовыми модулями
В свою очередь силовые модули могут быть либо полностью идентичными, либо отличаться емкостью накопителя, что повлечет за собой соответствующее изменение мощности источников высокого напряжения, балластных устройств, устройств
блокировки и т. д. На рисунке 2 приведена структурная схема силового модуля, который используется в «Устройстве», построенном на схеме (рисунок 1).
Рисунок 2 – Структурная схема силового модуля
При разработке подобных устройств очень важным является оптимизация разрядных характеристик, от которых зависит эффективность воздействия на объекты из
бетона и скальных пород [11]–[15].
Основная часть
Экспериментальная установка. Для проведения экспериментальных работ по
исследованию электроразрядных характеристик разрабатываемого устройства была изготовлена экспериментальная установка (рисунок 3).
10
ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАСКАЛЫВАНИЯ
ОБЪЕКТОВ ИЗ БЕТОНА И ГОРНЫХ ПОРОД ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИМ СПОСОБОМ
1
2
4
3
UК
3
СК
Uп
Сп
5
Рисунок 3 – Схема экспериментальной установки: 1 – импульс поджига;
2 – блок задержки; 3 – выпрямитель; 4 – разрядник; 5 – излучатель
В этой системе цепь разряда конденсатора короткого импульса СК емкостью
1,2 мкФ и собственной индуктивностью 10 нГн, формирующего электрический импульс
возбуждения, содержит элементы с малым сопротивлением и малой индуктивностью. Это
позволяет получить короткие импульсы накачки с крутым фронтом. Уменьшение сопротивления цепи разряда конденсатора СК обеспечивает предварительная ионизация разрядного промежутка. Импульс предварительной ионизации длительностью ~ 500 мкс был
сформирован цепью, состоящей из конденсатора Сп емкостью 100 мкФ и катушки индуктивности L = 60 мкГн. Цепь разряда конденсатора СК коммутировалась игнитронным разрядником ИРТ-3. На управляющий электрод разрядника подавался импульс поджига, задержанный блоком задержки относительно начала импульса предварительной ионизации.
Экспериментальные результаты. Были исследованы характеристики электрических импульсов, обеспечиваемых данной схемой. На рисунке 4 приведены экспериментально полученные кривые для случая изменения времени задержки от 0 до 600 мкс.
tф
t0,5 (мкс)
1,5
1,0
0,5
80
160
240
320 400 480 560 t3, мкс
Рисунок 4 – Зависимость длительности импульса разряда и его фронта от времени задержки:
1 – длительность импульса по уровню 0,5; 2 – длительность фронта импульса
11
А. В. ЛЕВАНОВИЧ, Э. И. САКОВИЧ, С. М. ФИЛИПОВИЧ, В. В. ТАРКОВСКИЙ, А. С. БАЛЫКИН, В. В. ЯНИЧКИН
Из рисунка 4 видно, что как длительность импульса по уровню 0,5 от максимальной интенсивности, так и длительность его фронта при увеличении времени задержки от 0 до 200 мкс уменьшается. При времени задержки tзад ~ 200260 мкс, что соответствует вершине импульса предварительной ионизации, длительность и фронт
импульса разряда имеют минимальные значения. При дальнейшем росте времени задержки вышеперечисленные параметры импульса увеличиваются. Таким образом, существует оптимальное время задержки, соответствующее вершине импульса предварительной ионизации, при котором длительность и фронт импульса разряда имеют
минимальные значения. Осциллограммы электрического импульса, полученные при
оптимальном времени задержки, равном 200 мкс, изображены на рисунке 5, а.
Рисунок 5 – Осциллограммы тока разряда при «двойной» накачке (а) и одноимпульсной (б)
Из осциллограмм видно, что период разряда конденсатора СК равен 2,0 мкс.
Подробно была исследована зависимость длительности импульса тока разряда и
крутизны его фронта от напряжения на конденсаторе для случая разряда последнего
через промежуток длиной 120 мм. Результаты представлены на рисунке 6.
Рисунок 6 – Зависимость длительности фронта электрического импульса
от напряжения на конденсаторе в одноимпульсном режиме: 1 – ½Т; 2 – ¼Т
12
ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАСКАЛЫВАНИЯ
ОБЪЕКТОВ ИЗ БЕТОНА И ГОРНЫХ ПОРОД ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИМ СПОСОБОМ
Ход кривых показывает, что с увеличением напряжения от 6 до 24 кВ полупериод разряда конденсатора уменьшается от 1,8 до 0,9 мкс, а длительность фронта уменьшается от 1,0 до 0,45 мкс. Типичная осциллограмма импульса тока приведена на
рисунке 5, б.
На рисунке 7 представлены осциллограммы импульсов, соответствующие различным напряжениям на конденсаторной батарее.
Рисунок 7 – Осциллограммы импульсов при одноимпульсном разряде:
1 – UНАК = 6 кВ; 2 – UНАК = 9 кВ; 3 – UНАК = 12 кВ; 4 – UНАК = 21 кВ
Видно, что с ростом напряжения происходит уменьшение фронта импульса и
увеличение его длительности.
Если сравнивать осциллограммы импульсов (рисунок 5), полученные при одинаковом напряжении на конденсаторе СК, то можно заметить, что в случае «двойного»
импульса (рисунок 5, а) фронт импульса разряда меньше, чем в случае одноимпульсного режима (рисунок 5, б). Тем не менее такую длительность фронта можно получить и в
случае одноимпульсной системы. Для этого необходимо увеличить напряжение на конденсаторе СК. Однако, исходя из требований техники безопасности, предпочтительнее
работать при меньших напряжениях на конденсаторной батарее.
Заключение
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что двухимпульсный режим разряда позволяет облегчить пробой разрядного промежутка, сократить длительность переднего фронта токового импульса и повысить мощность электрического разряда, что, несомненно, позволит повысить эффективность работы
разрабатываемого устройства для разрушения объектов из бетона и скальных пород
при проведении аварийно-спасательных работ.
Литература
1 Тарковский, В. В. Инновационное использование элементов электропитания мощных лазеров для создания электрогидравлического теплового взрыва / В. В. Тарковский, А. С. Балыкин, В. В. Яничкин // Лазерная физика и оптические технологии
(ЛФиOТ’2010) : сб. науч. тр. 8-й Междунар. науч. конф., Минск, 27–30 сент. 2010 г. :
в 2 т. / ИФ НАН Беларуси. – Минск, 2010. – Т. 1. – С. 117–121.
2 Tarkovsky, V. V. The Device on the Basis of the Elements of Power Supplies of Powerful
Lasers for the Creation of Electrohydraulic Thermal Explosion with the Purpose of the Destruction of Concrete Constructions while carrying out Rescue Operations / V. V. Tark13
А. В. ЛЕВАНОВИЧ, Э. И. САКОВИЧ, С. М. ФИЛИПОВИЧ, В. В. ТАРКОВСКИЙ, А. С. БАЛЫКИН, В. В. ЯНИЧКИН
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
ovsky [end all.] ; Atomic and Molecular Pulsed Lasers: Conference Abstracts X International Conference, Tomsk, Russia, September 12–16. – Tomsk, 2011. – Р. 89.
Устройство для раскалывания бетонных и каменных конструкций при проведении
аварийно-спасательных работ / В. В. Тарковский [и др.] // Весн. Гродз. дзярж. ун-та.
Сер. 2, Матэматыка. Фізіка. Інфарматыка, вылічальная тэхніка і кіраванне. – 2012. –
№ 1. – С. 90–99.
Электрогидравлические технологии для МЧС / А. В. Леванович [и др.] // Чрезвычайные ситуации: образование и наука. – 2012. – Т. 7, № 1. – С. 39–44.
Разрушение бетонных, железобетонных и каменных конструкций методом электрогидравлического теплового взрыва при проведении аварийно-спасательных работ
/ А. В. Леванович [и др.] // ЧС: теория и практика : материалы Междунар. науч.практ. конф., Гомель, 16 мая 2013 г. – Гомель, 2013. – С. 177–179.
Двухканальное устройство для раскалывания объектов из бетона и горных пород
/ А. И. Рыбачок [и др.] // ЧС: теория и практика : материалы Междунар. науч.-практ.
конф., Гомель, 16 мая 2013 г. – Гомель, 2013. – С. 189–191.
Условия реализации оптимального режима электрического взрыва проводника в
жидкости / А. В. Леванович [и др.] // ЧС: теория и практика : материалы Междунар.
науч.-практ. конф., Гомель, 16 мая 2013 г. – Гомель, 2013. – С. 143–144.
Устройство для раскалывания разрядом монолитных конструкций : пат. 7578 Респ.
Беларусь, МПК8Е21 С 37/18 / В. В. Тарковский, А. С. Балыкин, В. В. Яничкин ; Грод.
гос. ун-т им. Я. Купалы. – u20101083 ; 30.11.11 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр
iнтэлектуал. уласнасцi. – 2011. – № 5. – С. 261–262.
Многоканальное устройство для раскалывания разрядом монолитных конструкций :
пат. 9027 Респ. Беларусь, МПК8Е21 С 37/18 / В. В. Тарковский, А. С. Балыкин,
В. В. Яничкин, А. В. Леванович, А. И. Рыбачок, С. М. Филипович ; Грод. гос. ун-т
им. Я. Купалы. – u20120687 ; 28.02.13 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал.
уласнасцi. – 2013. – № 1. – С. 187–188.
Мобильная установка для разрушения монолитных конструкций : пат. 9812 Респ. Беларусь МПК8Е21 С 37/18 / В. В. Тарковский, А. С. Балыкин, В. В. Яничкин, А. В. Леванович, А. И. Рыбачок, С. М. Филипович ; Грод. гос. ун-т им. Я. Купалы. – u20130502 ;
30.12.2013 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2013. – № 6. –
С. 219–220.
Исследование инициирования электрического разряда в воде при разработке электрогидравлической технологии / Ю. Г. Юшков [и др.] // Технические науки: теория и
практика : материалы междунар. науч. конф, Чита, апрель 2012 г. – Чита : Молодой
ученый, 2012. — С. 139–141.
Юткин, Л. А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности
/ Л. А. Юткин. – Л. : Машиностроение, 1986. – 253 с.
Гулый, Г. А. Научные основы разрядноимпульсных технологий / Г. А. Гулый. – Киев :
Наук. думка, 1990. – 208 с.
Малюшевский, П. П. Основы разрядно-импульсной технологии / П. П. Малюшевский. – Киев : Наук. думка, 1983. – 272 с.
Ушаков, В. Я. Импульсный электрический пробой жидкостей / В. Я. Ушаков. –
Томск : Изд-во ТПИ, 1975. – 256 с.
Поступила в редакцию 20.08.2014
14
ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАСКАЛЫВАНИЯ
ОБЪЕКТОВ ИЗ БЕТОНА И ГОРНЫХ ПОРОД ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИМ СПОСОБОМ
A. V. Levanovich, E. I. Sakovich, S. M. Filipovich, V. V. Tarkovsky, A. S. Balykin,
V. V. Janichikin
OPTIMIZATION OF ELECTRIC-DISCHARGE CHARACTERISTICS OF
A DEVICE FOR SPLITTING OBJECTS OF CONCRETE AND ROCKS BY MEANS
OF ELECTROHYDRAULICS
Electric discharge characteristics of the device intendeded for the destruction of the
objects of concrete and rocks are studied, two-pulse and one-pulse operation modes of the
discharge circuit of the device are considered.
15
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 532.5
МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЖИДКОСТИ
ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ ЕЮ РЕЗЕРВУАРОВ ВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА
О. Г. ГОРОВЫХ, профессор кафедры, кандидат технических наук, доцент1
А. Р. ОРАЗБАЕВ, генеральный директор, соискатель КИИ МЧС Республики Беларусь2
1
Государственное учреждение образования «Институт переподготовки и повышения
квалификации» МЧС Республики Беларусь, пос. Светлая Роща
2
ТОО «SEMSER Ort Sondirushi», Казахстан, г. Астана
Изложены современные представления об образовании зарядов статического электричества и их перераспределении при движении жидкости по трубопроводу. Приведены результаты расчета поведения жидкости в резервуаре, при его заполнении, с использованием программы FlowVision, предложен механизм образования дополнительного заряда на поверхности
жидкости при ее поступлении в резервуар, приводящего к появлению искрового разряда.
Ключевые слова: заряд статического электричества, диэлектрическая жидкость, рекомбинация ионов, неоднородное электрическое поле, двойной
электрический слой.
Введение
До середины 70-х гг. прошлого столетия при загрузке и опорожнении резервуаров с различными нефтепродуктами неоднократно возникали пожары, при проведении
этих операций, от разрядов статического электричества [1], [2].
В 60–80-х гг. в различных странах проводились интенсивные исследования причин возникновения разрядов, параметров электростатических полей, величин объемных
электростатических зарядов, возникающих при технологических операциях с нефтепродуктами.
Результатом этих исследований явились нормативные документы, в которых
строго регламентировались скорости движения углеводородных жидкостей по загрузочным трубопроводам и система заземления, которая должна обеспечивать отвод объемного заряда, поступающего с нефтепродуктами в резервуар [3].
Одной из дополнительных мер стало условие загрузки нефтепродукта обязательно под слой жидкости, для исключения возникновения брызг и капель. Это требование привело к тому, что часть полезного объема резервуара не участвует в товарообороте.
Кроме того, начальная скорость нефтепродукта в трубопроводе при загрузке
должна быть не более 1 м/с, которую, по мере заполнения резервуара, постепенно повышают до величин, соответствующих данной жидкости, рассчитанных по [4].
Данные мероприятия были внедрены, однако полностью исключить пожары и
взрывы по причине возникновения разрядов статического электричества не удалось,
о чем свидетельствует статистика пожаров с установленной причиной – разряд статического электричества [5].
16
МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ ЕЮ
РЕЗЕРВУАРОВ ВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА
Разряды статического электричества имеют значительное проявление на автозаправочных станциях при заправке автомобильного транспорта и при перекачивании светлых
нефтепродуктов. По официальным данным в России таких случаев произошло:
в 2011 г. – 3, в 2010 г. – 6, в 2009 г. – 10; в 2008 г. – 4; в 2007 г. – 4; в 2006 г. – 2 случая [6].
Основная часть
Тот или иной технический углеводородный нефтепродукт является многокомпонентной слабопроводящей средой и имеет некоторые включения и примеси электролитной природы, такие как, например, соли угольной, серной и сероводородной кислот,
в частности сульфиды железа (результат коррозионных процессов), а также соли органических кислот, которые при растворении в жидкостях образуют слабо связанные
ионные пары. При диссоциации этих пар возникают свободные ионы различных сортов, которые обуславливают проводимость углеводородной среды. Например, хлористые соли, наличие которых определяется в нефти по [7], диссоциируют по схеме
КаtClх ↔ Каt+х + хСl–.
(1)
Примеси электролитной природы, состоящие из ионных пар, в углеводородных
жидкостях, которые имеют небольшой дипольный момент, переходят в состояние не
достаточно слабо связанных ионных пар. Поэтому степень ионизации этих пар невелика, их объемная диссоциация будет протекать с какой-то конечной скоростью vдис,
и равновесный процесс будет характеризоваться определенной константой объемной
скорости диссоциации и рекомбинации Кдис и Крек. Так как электролиты любой природы ведут себя в углеводородных жидкостях как слабые электролиты, то vдис ≠ 0 и
Кдис ≠ 0. (В случае если vдис = Кдис = 0, молекулы примеси являются сильными электролитами, которые полностью диссоциируют на ионы при растворении в несущей жидкости, такое характерно, например, для воды.)
Кроме ионов, образовавшихся за счет диссоциации веществ, состоящих из слабосвязанных ионных пар, могут присутствовать в жидкости и ионы, которые образуются в результате электрохимических процессов, протекающих на поверхности стенок
трубопровода [8], по уравнениям:
А + М(естенки) ↔ А– + М;
(2)
В ↔ В+ + М(естенки),
(3)
где А и В – нейтральные вещества, вступающие в электрохимическое взаимодействие
со стенкой; М(е) – электрон стенки металла.
На поверхности трубопровода может проходить также рекомбинация заряженных частиц с образованием нейтральной компоненты:
А– + М → А + М(е);
(4)
В+ + М(е) → В + М;
(5)
–
+
А + В → АВ;
(6)
С– + В+ → СВ.
(7)
Причем в результате реакций рекомбинации могут образоваться как исходные
вещества [уравнения (4)–(6)], так и новые нейтральные образования [уравнение (7)].
Кинетические кривые, отражающие процесс диссоциации и рекомбинации ионов в
диэлектрической жидкости, изображены на рисунке 1, из которого видно, что при начальном образовании некоторого количества ионов всех типов [уравнения (1)–(3)] скорость
17
О. Г. ГОРОВЫХ, А. Р. ОРАЗБАЕВ
обратной реакции рекомбинации [уравнения (4) и (5)] – мала. По мере накопления ионов
от протекающей реакции диссоциации количество рекомбинируемых ионов возрастает, и в
определенный момент времени обе реакции выходят на состояние равновесия. Данное состояние равновесия характеризуется тем, что на некоторой длине L участка трубопровода
дальнейшее образование не скомпенсированных ионов не происходит, и, соответственно,
электризация жидкости достигает своей конечной постоянной величины.
2
1
Рисунок 1 – Изменение по длине трубопровода скорости реакций
образования ионов 2 и рекомбинация ионов 1
Необходимо обратить особое внимание на то, что характер и количественные
характеристики уравнений образования и рекомбинации ионов будут зависеть от потенциала на стенке трубопровода, и чем выше потенциал, тем больше положительных
(или отрицательных) ионов будут связываться двойным электрическим слоем и удерживаться им.
Кроме реакций образования и рекомбинации ионов при движении жидкости по
трубопроводу, протекают процессы разделения зарядов. Механизм электризации (разделения зарядов) исходной квазинейтральной среды складывается из следующих процессов:
– конвективного переноса ионов движущейся жидкостью;
– диффузией ионов, из-за градиента концентраций;
– дрейфом заряженных частиц в индуцированном электрическом поле.
Предположим, что граница раздела фаз нейтральна по отношению к положительным ионам, а отрицательные ионы реагируют с ней с образованием некоторой нейтральной компоненты:
С– + М → С + М(е).
(8)
Тогда сразу после входа жидкости в канал трубопровода, в результате неравновесной поверхностной рекомбинации, концентрация отрицательных ионов в окрестности стенки уменьшается в соответствии с уравнением (8), и в жидкости начинает образовываться положительный объемный заряд. Этот заряд индуцирует неоднородное
электрическое поле, направленное к стенке (рисунок 2).
Следует подчеркнуть, что те рекомендации, которые были выработаны для предотвращения возникновения разрядов статического электричества в заполняемых резервуарах, базировались на лабораторных испытаниях, проводимых на установках, где
основным элементом исследований был трубопровод [9], в котором возникал объемный электростатический заряд.
18
МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ ЕЮ
РЕЗЕРВУАРОВ ВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА
1
2
Рисунок 2 – Неоднородное электрическое поле в результате неравновесной
поверхностной рекомбинации ионов в окрестностях стенки 2; исходное
равновесное состояние ионов в жидкости, поступающей в трубопровод 1
В проводимых исследователями экспериментах по изучению электризации измеримыми величинами были:
– полный конвективный ток через поперечное сечение канала Jcon (ток выноса);
– заряд, вытекающий из канала в единицу времени;
– полный ток, снимаемый с боковых стенок канала на измерительном участке;
– длина релаксации L, на которой конвективный ток достигает своего максимального значения.
То есть рассматривался объемный электростатический заряд, который возникал и
накапливался только в трубопроводе. Речь о том, чтобы рассматривать возникновение дополнительного электростатического заряда также и в самом резервуаре, еще не шла.
Экспериментальная часть
Решаемая задача: возникновение дополнительного заряда в самом резервуаре
при его заполнении нефтепродуктами.
Для решения данного вопроса необходимо было провести расчет гидродинамических характеристик турбулентного течения, вызванного циркуляцией нефтепродуктов в вертикальном цилиндрическом резервуаре при его заполнении, для определения
величины электризации топлива при поступлении в резервуар. Математическое описание турбулентного движения основывается на уравнениях неразрывности и уравнении
движения вязкой несжимаемой жидкости – уравнении Навье–Стокса, в которые подставляется истинная скорость, выражаемая как сумма средней по времени и пульсационной составляющих. Эти уравнения могут быть записаны в следующем виде [10]:
  u
  2u  2u  2u 
p
u
u 
 u x   y  w z   f1  x  (  Т )  2  2  2  ,

 x y z 
 
  
  2  2  2 
p

 
 u    w   f 2   (  Т )  2  2  2  ,
y
z 
y
z 
  x
 x y

  w
 2w 2w 2w 
p
w
w 
(
)
u
w
f












Т 

 x 2  y 2  z 2  ,
x
y
z  3 x




 u  w
 x  y  z  0.

(9)
Поставленная краевая задача является очень трудной. Неизвестно ни одного частного аналитического решения такой задачи.
19
О. Г. ГОРОВЫХ, А. Р. ОРАЗБАЕВ
Поэтому данную задачу решали численными методами с использованием программы VlowVision.
Проведение конечно-элементного расчета с помощью FlowVision включало следующие шаги:
– создание расчетной области (геометрической модели);
– создание конечно-элементной (сеточной) модели;
– задание физико-механических параметров потока (вязкость жидкости, ее плотности т. п.);
– выбор модели расчета (несжимаемая жидкость);
– выбор метода решения и расчетных параметров (количество итераций, условия
сходимости);
– решение;
– исследование результатов с помощью постпроцессора.
В качестве геометрической модели приняли стационарный вертикальный резервуар с параметрами, соответствующими [11].
На рисунках 3 и 4 представлены виды фронтального среза резервуара, при его
заполнении в разные промежутки времени с различными скоростями. Из приведенных
рисунков видно, что нефтепродукт при загрузке поднимается по стенкам резервуара.
Высота поднятия нефтепродукта по стенке зависит от диаметра резервуара и массовой
скорости поступления нефтепродукта в резервуар.
а)
б)
в)
г)
Рисунок 3 – Движение жидкости по стенкам резервуара при его заполнении в различные
моменты времени от начала загрузки. Скорость в загрузочном патрубке 1 м/с
Также из этих рисунков видно, что на поверхности нефтепродукта образуется
турбулентность, приводящая к захвату воздушных масс, образованию пены и на границе раздела фаз появлению дополнительного заряда статического электричества.
а)
б)
Рисунок 4 – Движение жидкости по стенкам и образование завихрений при заполнении
резервуара в различные моменты времени. Скорость в загрузочном патрубке 4 м/с
20
МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ ЕЮ
РЕЗЕРВУАРОВ ВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА
Пустой заземленный резервуар имеет на своей внутренней поверхности слой
нефтепродукта, оставшийся от предыдущей загрузки, который находится в статическом
равновесии. Слой нефтепродукта даже небольшой толщины формирует двойной электрический слой. Поднимающийся по стенке поток жидкости при ее загрузке в резервуар смывает и увлекает заряды внешнего слоя. Происходит разделение зарядов двойного
электрического слоя, с выносом их на поверхность загружаемой жидкости. Протекают
процессы, аналогичные тем, которые имеют место внутри трубопровода при движении
по нему слабопроводящей жидкости. Вынос одного из зарядов двойного электрического слоя на поверхность загружаемой жидкости приводит к резкому местному скачку
поверхностной плотности заряда и возможности последующего разряда статического
электричества.
Полученные на моделях с использованием VlowVision результаты были проверены на лабораторной установке. Схема данной установки приведена на рисунке 5.
3
1
7
6
2
8
5
9
4
Рисунок 5 – Испытательная установка: 1 – загрузочная емкость
со слабопроводящей жидкостью; 2 – труба; 3 – штатив; 4 – приемная емкость;
5 – антенна; 6 – экранированный провод; 7 – диск для съема сигнала измерителем
параметров электростатического поля; 8 – измерительный прибор – ИПЭП-1;
9 – электроизоляционная подставка
Эксперимент сводился к следующему: в приемную емкость медленно наливалась
нефть по трубе из загрузочной емкости и замерялась величина поверхностного электростатического заряда с использованием измерителя параметров электростатического поля
ИПЭП-1. В такую же емкость заливалась с той же скоростью нефть, и производилось
движение, позволяющее смачивать всю внутреннюю поверхность приемной емкости.
Величина электростатического заряда на поверхности жидкости повышалась до пяти раз
(в зависимости от материала смачиваемой поверхности) по сравнению с электростатическим зарядом, образованным без омывания стенок жидкостью приемной емкости.
Заключение
Моделирование процесса поступления диэлектрической жидкости в приемную
емкость с помощью программы FlowVision и проведенные лабораторные эксперименты
позволяют сделать вывод, что при загрузке нефтепродуктов в резервуар происходит
формирование дополнительного электростатического заряда. Заряд образуется по следующему механизму: по поверхности стенок резервуара происходит вертикальное
21
О. Г. ГОРОВЫХ, А. Р. ОРАЗБАЕВ
движение жидкости, которое выносит имеющийся на стенках резервуара заряд от
двойного электрического слоя на зеркало жидкости. При этом величина заряда может
превысить критическую величину и произойти электростатический разряд с последующим возгоранием.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Литература
Бобровский, С. А. Электризация нефтепродуктов (обзор) / С. А. Бобровский. – М. :
ЦНИИТЭ нефтегаз, 1963. – 48 с.
Захарченко, В. В. Электризация жидкостей и ее предотвращение / В. В. Захарченко,
Н. И. Крячко, Е. Ф. Мажара. – М. : Химия, 1975. – 128 с.
Правила технической эксплуатации нефтебаз : утв. приказом Минэнерго России,
19.07.2003 г., № 232. – М., 2003. – 51 с.
Допустимые скорости движения жидкостей по трубопроводам и истечения в емкости
(аппараты, резервуары): РТМ 6-28-007–78. – Введ. 01.01.78. – М., 1978. – 29 с.
Черкасов, В. Н. Проектно-эксплуатационная и нормативная практика защиты взрывопожароопасных объектов от статического электричества / В. Н. Черкасов
// Narod.ru. – 2014. – Режим доступа: narod.ru. – Дата доступа: 11.01.2014.
Случаи пожаров и взрывов на АЗС в России в 2006–2011 гг. // РИА Новости. – 2014. –
Режим доступа: http://ria.ru/spravka/20110601/382721221.html. – Дата доступа:
11.01.2014.
Нефть. Методы определения содержания хлористых солей : ГОСТ 21534–76. – Введ.
01.01.77. – М., 1980. – 16 с.
Панкратьева, И. Л. Электризация слабопроводящих многокомпонентных жидкостей
при ламинарном течении в плоском канале / И. Л. Панкратьева, В. А. Полянский
// Физико-хим. кинетика в газовой динамике. – 2006. – Т. 4. – С. 1–22.
Клинкенберг, А. Теория электризации в нефтяной промышленности и ее практические следствия /А. Клинкенберг // Новейшие достижения нефтехимии и нефтепереработки : сборник. – М. : Химия, 1963. – С. 148–198.
FlowVision [Программный комплекс]. – М., 2014. – Режим доступа:
www.flowvision.ru/. – Дата доступа: 11.01.2014
Проектирование, производство и монтаж резервуаров и резервуарных конструкций
/ Волгоград. з-д резервуар. конструкций. – Волгоград, 2014. – Режим доступа:
http://vzrk.ru/rezervuarnie_konstrukcii_rvs_1000.html. – Дата доступа: 11.01.2014.
Поступила в редакцию 15.08.2014
O. G. Gorovykh, A. R. Orazbaev
MECHANISM OF ELECTRIFICATION OF HYDROCARBON LIQUID
AT FILLING IN OF VERTICAL TANKS
The article shows the modern conception of static electricity formation and their redistribution as the liquid moves through the pipeline.
Results of calculation of fluid behavior during filling of the tank made with the help of
FlowVision are indicated. The mechanism of formation of additional charge on the surface of
the liquid when it is loaded into the tank, leading to the appearance of the spark discharge is
shown.
22
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.8
МОДЕЛИ ТЕРМОРЕЗИСТИВНОГО ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА
В ВИДЕ ПОЛОГО ЦИЛИНДРА ДЛЯ ПОЖАРНОГО ИЗВЕЩАТЕЛЯ
А. С. БОРИСОВА
Е. А. ТИЩЕНКО, кандидат технических наук, доцент1
Ю. А. АБРАМОВ, доктор технических наук, профессор2
1
2
Институт пожарной безопасности имени Героев Чернобыля, г. Черкассы, Украина
Национальный университет гражданской защиты Украины, г. Харьков
При реализации алгоритмов объектовых испытаний пожарных извещателей получен
комплекс математических моделей, описывающих процессы, обусловленные воздействием
электрического тока, который протекает через терморезистивный чувствительный элемент в
виде полого цилиндра.
Ключевые слова: чувствительный элемент, пожарный извещатель, математические
модели.
Введение
Совершенствование систем обнаружения опасных факторов пожара неразрывно
связано с совершенствованием ее системы эксплуатации. Одним из элементов такой системы является система регламентных проверок, которая предусматривает проведение объектовых испытаний датчиков первичной информации – пожарных извещателей с получением оценок их технических характеристик. Для реализации алгоритмов таких испытаний
необходимо соответствующее математическое обеспечение. Примером такого математического обеспечения автономных испытаний тепловых пожарных извещателей при воздействии на них внешнего теплового поля служат модели, приведенные в [1]. Если для
реализации алгоритмов автономных испытаний тепловых пожарных извещателей, в частности, с терморезистивным чувствительным элементом уже создан комплекс математических моделей, то применительно к реализации алгоритмов объектовых испытаний таких
датчиков задача находится в стадии решения. В этой связи представляет интерес получение математических моделей применительно к терморезистивным чувствительным элементам в виде полого цилиндра, ориентированных на их функционирование в составе пожарных извещателей в условиях объектовых испытаний.
Основная часть
Тепловые процессы в полом цилиндрическом терморезистивном чувствительном элементе пожарного извещателя при протекании по нему электрического тока i(t)
описываются уравнением
  2 1  

 a 2 
  f t ,
t
r r 
 r
23
(1)
А. С. БОРИСОВА, Е. А. ТИЩЕНКО, Ю. А. АБРАМОВ
где r , t   T r , t   T0 ; T r , t , T0 – температуры чувствительного элемента и окружающей
среды соответственно; а – коэффициент температуропроводности; f t   Ki 2 t ; K –
коэффициент передачи.
Начальным и граничными условиями для (1) являются:
( r ,0)  0;
( R2 , t )
( R1 , t )
 0;
  h( R2 , t ),
r
r
(2)
где R1, R2 – внутренний и внешний радиус чувствительного элемента; h – относительный коэффициент конвективного теплообмена.
Применим к (1) интегральное преобразование вида
R2
 r 
F r , t    r n  n r , t dr    n , t  ,
 R1 
R1
(3)
 r 
 r 
 
 n  n   1  n J 0  n   J 1  n 0  n ;
 R1 
 R1 
 R1 
(4)
где
 n – n-й корень трансцендентного уравнения
 R 
 R 
1  J 0  2   J1  0  2 
R
 1 
 R1    ,
 R 
 R  hR1
1  J1  2   J1  1  2 
 R1 
 R1 
(5)
где J0, J1 – функции Бесселя нулевого и первого порядка соответственно; 0 , 1 –
функции Неймана нулевого и первого порядка соответственно.
С учетом того, что
2
J  
hR1 1 n
  2 1   2 R1 R1 , t 
F 2 



r r   n
r
 nr  n  nr 
 r
J0 
J1 


 R1  hR1  R1 
 R2 , t 
  

 hR2 , t    n    n , t ,
 r
  R1 
2
(6)
а также, учитывая условия (2), применение интегрального преобразования (3) к дифференциальному уравнению (1), трансформирует его следующим образом:
d   n , t    n 
 a    n , t   f t ,
dt
 R1 
2
(7)
где
R
2
RR
 r 
f t   f t   r n  n dr  1 2
n
 R1 
R1

  n R2 
  n R2
 1  n J 1  R   J 1  n 1  R
 1 
 1

24

  f t  .

(8)
МОДЕЛИ ТЕРМОРЕЗИСТИВНОГО ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА В ВИДЕ ПОЛОГО ЦИЛИНДРА
ДЛЯ ПОЖАРНОГО ИЗВЕЩАТЕЛЯ
Если учесть (5), то выражение (8) можно представить в виде
R 
f t   hR2  1 
 n 
2

  n R2 
  n R2  
1  n J 0  R   J1  n 0  R   f t .
 1 
 1 

(9)
Применим к дифференциальному уравнению (7) интегральное преобразование
Лапласа, в результате чего получим:
2
  R 2

~
R  ~
  n , p   a 1  1  p  1  a 1  1  f  p ,

 n 
  n 

(10)
где

~
~
  n , p      n , t  e  pt dt ; f  p  
0

 f t  e
 pt
(11)
dt .
0
~
Если f t   f 0  const, то f t   f 0 p 1, вследствие чего после применения к (10)
обратного интегрального преобразования Лапласа, получим [2]:

 hR 2 f 0
 a
  n , t   L1 



hR f  R 
 2 0 1
a  n 
4
4
 R1  
 R 
 R

  1  n J 0  n 2   J 1  n  0  n 2
 R1 
 R1
 n  
  R 2

p  a 1  1  p  1
   n 


 

 




   2  

  n R2 
  n R2  
n
1  n J 0  R   J1  n 0  R  1  exp  a R  t  ,
 1 
 1  

  1   
(12)
где L–1 – оператор обратного интегрального преобразования Лапласа.
Решением дифференциального уравнения (1) при f(t) = f0 является результат
применения к (12) формулы обращения [3], т. е.
 r , t  


h 1
 r
n n
 R1
2
n


   , t ,
n
(13)
где
n
2
2
  n 2 
2  R1   2
 2    J1  n  1  
 
hR1  
  n  





2

   n R2   n   n R2  


1
J
J
.




1
 0 R


  1  hR1  R1  
(14)
Объединение выражений (12) и (14) позволяет получить решение (1) с условиями (2) в виде
25
А. С. БОРИСОВА, Е. А. ТИЩЕНКО, Ю. А. АБРАМОВ

 nr 
  n r  
  n R2 
  n R2 
1  n J 0  R   J1  n 0  R  1  n J 0  R   J1 n 0  R 
 hR R2 f 0
 1 
 1  
 1 
 1 

r , t  


2
2
2a




n1
     R  
  R 
2
2
 n  J1  n 1   n    J 0  n 2   n J1  n 2   1
hR
R
hR
1
 R1 


  1     1 
2
2
1


   2  
 1  exp a n  t   .

  R1   
(15)
Это выражение по смыслу представляет собой выражение для локальной переходной функции терморезистивного чувствительного элемента теплового пожарного
извещателя [2].
Информационным сигналом, который снимается с терморезистивного чувствительного элемента пожарного извещателя, является усредненное по объему значение
температуры, т. е.
t  
R2
2
rr , t dr .
2
2
R2  R1 R1
(16)
Если учесть, что имеет место [4]:
R2
2
R2
2
R
R R  R 
 r
R rJ 0  Rn1 dr   1n J1  n   1 n 2 J1  Rn 1 2  ;
1
(17)
R
RR
 r
 R 
R r0  Rn1 dr   1n 1  n   1 n 2 1  Rn 1 2 ,
1
то после подстановки (15) в (16), получим:
2
 t  
 hR1 R 2 2 f 0
 R  2 
a   2   1
  R1 


  R 
 R 
 n  1  n J 0  n 2   J 1  n  0  n 2  
 R1  
 R1 


2

 2
   2     R  
  R 
 J 1  n 1   n    J 0  n 2   n 1  n 2    1
hR
R
hR 1  R1  


  1     1 
4


n 1

   2 
 1  exp   a  n  t   ,

  R1   
(18)
что по смыслу представляет собой усредненную по объему переходную функцию терморезистивного чувствительного элемента теплового пожарного извещателя.
Следует отметить, что ряд в выражении (18) при hR1 < 1,0 cходится быстро,
вследствие чего для практических приложений можно ограничиться первым членом
этого ряда. На рисунке 1 приведены графические зависимости 1  1 (Bi), для которых
параметром является величина отношения радиусов R2 и R1, а на рисунке 2 – зависимоR 
сти 1  1 2  , для которых параметром является величина критерия Bi = hR1.
 R1 
Эти зависимости получены в результате решения трансцендентного уравнения (5).
26
МОДЕЛИ ТЕРМОРЕЗИСТИВНОГО ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА В ВИДЕ ПОЛОГО ЦИЛИНДРА
ДЛЯ ПОЖАРНОГО ИЗВЕЩАТЕЛЯ
11
1,1
1,3
1,5
1,7
1,9
2,1
Bi
Bi
Рисунок 1 – Зависимости 1  1 (Bi) при R2 R11  const
11
1,0
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
1
RR22RR
11
1
R 
Рисунок 2 – Зависимости 1  1  2  при Bi = const
 R1 
Зависимости, приведенные на рисунках 1 и 2, могут быть аппроксимированы
степенными рядами, т. е.
n
5
1  1 Bi     n Bi 
n0
R2 R11const
R  5 R 
1  1  2     n  2 
 R1  n  0  R1 
(19)
;
n
Bi  const
.
В таблицах 1 и 2 приведены значения параметров  n и  n соответственно.
27
(20)
А. С. БОРИСОВА, Е. А. ТИЩЕНКО, Ю. А. АБРАМОВ
Таблица 1 – Значения параметров аппроксимации  n
R2R1–1
0
1
2
3
4
5
1,1
1,3
1,5
1,7
1,9
2,1
0,412
0,244
0,200
0,179
0,139
0,144
7,5
4,6
3,5
2,9
3,0
2,5
–16,4
–10,7
–7,9
–5,8
–7,8
–5,5
29,0
20,2
14,2
9,1
14,6
8,7
–27,9
–20,7
–14,1
–7,9
–13,9
–7,2
10,5
8,3
5,5
2,8
5,1
2,3
Таблица 2 – Значения параметров аппроксимации  n
Bi
0
1
2
3
4
5
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
1,0
68,0
96,4
114,9
134,0
154,5
263,4
–195,9
–277,6
–329,1
–384,6
–446,1
–782,3
228,1
323,3
381,3
446,6
520,9
938,8
–132,9
–188,4
–221,0
–259,5
–304,5
–564,0
38,6
54,8
63,9
75,2
88,8
169,2
–4,5
–6,4
–7,4
–8,7
–10,3
–20,2
Использование зависимости (19) позволяет получить зависимость
1R 2 a  f Bi  R R 1 const ,
(21)
2 1


где 1  a 1 R111 2 – постоянная времени терморезистивного чувствительного элемента
пожарного извещателя. На рисунке 3 приведены графические зависимости (21) для различных значений параметра R2 R11 .
2
2
11R
R11 a
a
2,1
1,9
1,7
1,5
1,3
1,1
BiBi
Рисунок 3 – Зависимость 1 R12 a  f ( Bi) при R2 R11  const
28
МОДЕЛИ ТЕРМОРЕЗИСТИВНОГО ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА В ВИДЕ ПОЛОГО ЦИЛИНДРА
ДЛЯ ПОЖАРНОГО ИЗВЕЩАТЕЛЯ
Анализ этих зависимостей свидетельствует о том, что с увеличением величины
критерия Био величина 1 R12 a практически мало изменяется, а при малых значениях
такого критерия (при Bi→0,1) изменение параметра R2 R11 лишь в два раза приводит к
изменению величины 1 R12 a на порядок. Следует также отметить, что тонкостенные
цилиндрические терморезистивные чувствительные элементы пожарных извещателей
практически индифферентны к изменению величины критерия Био.
Наличие переходных функций (15) и (18) позволяет определить локальную передаточную функцию W(r, p) и усредненную по объему передаточную функцию w(p)
терморезистивного чувствительного элемента пожарного извещателя, т. е.:
W r , p   pKf 0 Lr , t ;
(22)
W  p   pKf 0 Lt  ,
(23)
1
1
где L – оператор интегрального преобразования Лапласа.
При n = 1 выражения для этих передаточных функций имеют вид:
W r , p   0,52 BiK1
R2

R1

 1R2 
 1r  
 1R2 
 1r 
1 1 I 0  R   J1 1 0  R  1 1 J 0  R   J1 1 0  R 
 1 
 1  
 1 
 1
1

1 p  1 ;

2

 2

   2     R     R 
 J1 1 1   1    J 0  1 2   1 J1  1 2   1


  Bi     R1  Bi  R1 
(24)
2
2 Bi  K1  R2  2
W  p 
  1
2
 R1 
 R2 
  1
 R1 
2
2

 1R2 
 1R2 
1 1 J 0  R   J1 1 0  R 
 1 
 1 


2
2
 2

  1     1R2  1  1R2 
 J1 1 1      J 0 
  1
  J1 


  Bi     R1  Bi  R1 
 1 p  1  K1 1 p  1 .
1
1
(25)
На рисунке 4 в качестве примера приведены зависимости относительного коэффициента передачи терморезистивного чувствительного элемента пожарного извещателя K1K 1 от критерия Био, для которых параметром является отношение радиусов
R2 R11 . Зависимости приведены для R1 = 1 · 10–3 м и а = 1 · 10–4 м2с–1.
Следует отметить, что для тонкостенных цилиндрических чувствительных элементов пожарного извещателя при Bi > 0,4 величина K1 K 1 практически индифферентна относительно величины критерия Био.
Из анализа графических зависимостей, приведенных на рисунах 3 и 4, следует,
что с увеличением значения критерия Био возрастает быстродействие пожарного извещателя, однако при этом снижается его чувствительность.
29
А. С. БОРИСОВА, Е. А. ТИЩЕНКО, Ю. А. АБРАМОВ
K1
, сс
K
2,1
1,9
1,5
1,1
Bi
Bi
Рисунок 4 – Зависимость K1K 1  f (Bi) при R2 R11  const (R1 = 1 · 10–3м и а = 1 · 10–4м2с–1)
Заключение
Математические модели, описывающие процессы в терморезистивном чувствительном элементе пожарного извещателя при тепловом воздействии, обусловленном
протеканием по нему электрического тока, представлены в виде переходных и передаточных функций. Такое представление позволяет реализовать алгоритмы для оценки
показателей качества пожарных извещателей, в частности, быстродействия и чувствительности тепловых пожарных извещателей с терморезистивным чувствительным
элементом.
Литература
1 Абрамов, Ю. А. Обобщенные модели чувствительных элементов датчиков первичной информации / Ю. А. Абрамов, В. П. Садковой // Науковий вісник будівництва. –
Х. : ХДТУБА, 2006. – Вип. 35. – С. 290–294.
2 Абрамов, Ю. А. Основы пожарной автоматики / Ю. А. Абрамов. – Х. : ХПТУ, 1993. –
288 с.
3 Карташов, Э. М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел
/ Э. М. Карташов. – М. : Высш. шк., 2001. – 550 с.
4 Двайт, Г. Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы / Г. Б. Двайт. –
М. : Наука, 1966. – 228 с.
Поступила в редакцию 20.08.2014
A. S. Borisov, E. A. Tishchenko, Y. A. Abramov
MODEL TERMOREZISTORNOGO SENSITIVE ELEMENT IN THE FORM
OF A HOLLOW CYLINDER FOR FIRE DETECTOR.
For termorezistornogo sensitive element in the form of a hollow cylinder, the complex
of mathematical models describing processes, due to the influence of electric current flowing
through it at realization of algorithms of on-site testing of fire detectors.
30
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 621.821:621.316
РАЗРАБОТКА СХЕМ И МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Н. А. АЛЕШКЕВИЧ, кандидат физико-математических наук, доцент1
С. О. БОБОВИЧ2
С. В. КОРОТКЕВИЧ, кандидат технических наук2
В. Г. ПИНЧУК, доктор технических наук, профессор1
В. В. КРАВЧЕНКО1
1
Учреждение образования «Гомельский государственный университет
имени Франциска Скорины», Республика Беларусь
2
РУП «Гомельэнерго», Республика Беларусь
На основе анализа существующих технических решений предложены принципиальные
схемы стендов для определения эксплуатационных характеристик узлов трения энергетического оборудования, содержащих подшипники качения и подшипники скольжения. Показано, что
использование методов электрофизического зондирования граничных смазочных слоев позволяет регистрировать наступление аварийного режима эксплуатации энергетического оборудования на ранней стадии до наступления задира, схватывания и выхода узлов трения из строя.
Ключевые слова: граничный смазочный слой, гидродинамическая опора, подшипник
эксплуатационные свойства, триботехнические параметры.
Введение
В сфере энергетики весьма актуальными являются вопросы улучшения показателей надежности, экономичности, маневренности и ремонтопригодности роторного
оборудования. Увеличение сроков службы механизмов во многом определяется функциональным состоянием подшипников различного назначения, используемых в узлах
трения энергетического оборудования. При нестационарном или переходном режимах
работы энергоемкого оборудования (остановка и разгон турбины) безопасный режим
эксплуатации турбин может нарушаться, при этом особую опасность вызывают температурные изменения в узлах трения [1]. Поэтому задачи разработки новых методов и
средств неразрушающего контроля узлов трения энергетического оборудования, позволяющих на ранней стадии обнаруживать отклонения их эксплуатационных параметров,
являются первостепенными. Среди методов исследования процессов трения и износа
интенсивно развивающимися являются электрофизические методы, в основу которых
заложено использование различных оценок электрических параметров флуктуирующих
процессов и явлений в узлах трения. Это связано с возможностью получения объективной информации о состоянии триботехнических сопряжений непосредственно из зон
трения в форме электрического сигнала, что позволяет создавать практически безынерционные, по отношению к процессу трения, высокочувствительные, автоматизированные методы контроля.
31
Н. А. АЛЕШКЕВИЧ, С. О. БОБОВИЧ, С. В. КОРОТКЕВИЧ, В. Г. ПИНЧУК, В. В. КРАВЧЕНКО
Основная часть
Ранее мы уже говорили о возможностях использования метода электрофизического зондирования для диагностики подшипниковых узлов трения. В работе [2] показано, что метод электрофизического зондирования позволяет оценивать эксплуатационные свойства смазочных материалов, изучать кинетику формирования и разрушения
граничных смазочных слоев (ГСС) в подшипниковых узлах трения. Отмечено, что достаточно информативным параметром для оценки эксплуатационных свойств смазочных
материалов, является значение контактного сопротивления граничного смазочного
слоя, которое коррелирует с механической прочностью и триботехническими параметрами ГСС.
Для диагностики жидких смазочных материалов, используемых в гидродинамических опорах скольжения, нами разработан стенд, имитирующий работу подшипников
скольжения энергетического оборудования (рисунок 1).
Рисунок 1 – Принципиальная схема стенда для диагностики
подшипников скольжения и турбинных масел
Стенд состоит из регулируемого электрического привода, устройства измерения
энергетических затрат, реального узла трения, оснащенного схемой электрофизического контроля состояния граничного смазочного слоя (гидродинамический или гидростатический подшипник скольжения), регулируемая гидростанция для подачи смазочного
материала в узлы трения, регулируемой нагрузки.
Для диагностики свойств смазочных материалов, используемых в гидродинамических опорах, в частности, их прочностных, антифрикционных и противозадирных
характеристик используется анализ параметров контактного сопротивления сопряженных тел по схеме, приведенной на рисунке 2.
Рисунок 2 – Схема электрофизического зондирования подшипников:
1 – вал; 2 – смазка; 3 – вкладыш; 4 – изоляция вкладыша;
5 – корпус опоры скольжения гидродинамических опор
32
РАЗРАБОТКА СХЕМ И МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ УЗЛОВ ТРЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Метод заключается в регистрации величины туннельного тока, протекающего
между неподвижными электродами через металлический вал. В случае «сухого» контакта благородных материалов контактное сопротивление определяется сопротивлением стягивания линий тока из объема образца к пятну контакта. При наличии в зоне контакта сплошной смазочной прослойки его сопротивление определяется туннельной
проводимостью. Снижение регистрируемых в эксперименте значений контактного сопротивления до уровня сопротивления стягивания означает разрушение ГСС.
При уменьшении толщины смазочного слоя и появлении туннельной проводимости, ток (обозначенный на рисунке через «I») проходит от одной электрически изолированной части опоры, на которую подается плюс от стабилизированного источника
напряжения 50 мВ, через металлический вал к другой части опоры, которая заземлена.
Анализ состояния ГСС проводится на основании моделей поверхности раздела,
которые могут иметь место в контакте [2]. Методика оценки состояния ГСС состоит из
нескольких этапов.
Вначале проводится теоретический расчет сопротивления стягивания между ротором и опорой скольжения. Известно, что поверхность контакта является источником
сопротивления стягивания Rs:
RS   / 2 a ,
(1)
где  – приведенное удельное электрическое сопротивление вала и опор скольжения;
а – фактический радиус пятна контакта.
Сопротивление в контакте определяется согласно теории Р. Хольма суммой Rs
(сопротивление стягивания линий тока из объема материала к контурной площади) и
сопротивлением пятен кластеров R , обусловленным стягиванием линий тока к фактическим пятнам контакта:
R   / 2n,
(2)
где n – число фактических микропятен;  – фактический размер металлических микропятен.
При наличии в зоне контакта сплошной смазочной прослойки его сопротивление
определяется в основном туннельной проводимостью:

 

Rt  10 14 d / a 2 1/ 2 exp 10,24()1/ 2 d ,
(3)
где  – эффективная работа выхода электрона; d – толщина граничного смазочного
слоя; а – радиус фактического пятна контакта.
При наличии на поверхности металла оксидных пленок контактное сопротивление определяется суммой сопротивлений стягивания (Rs) ситочного (через пятна фактического контакта – R ) и оксидной пленки (Rf):
R f   / a 2 ;
(4)
Rс теор  R f  RS .
(5)
На следующем этапе осуществляем экспериментальное измерение контактного
сопротивления Rc кр, когда ротор лежит на опоре скольжения при отсутствии смазки
между ними.
Дальнейшая диагностика осуществляется посредством сравнения теоретически
рассчитанного контактного сопротивления Rс теор с измеренными на практике значе33
Н. А. АЛЕШКЕВИЧ, С. О. БОБОВИЧ, С. В. КОРОТКЕВИЧ, В. Г. ПИНЧУК, В. В. КРАВЧЕНКО
ниями Rc. Достижение критического значения Rc кр означает задевание ротора об опору
скольжения и разрушение турбины.
Данный метод позволяет в динамике отслеживать критические состояния узлов
трения энергетического оборудования. На предварительной стадии разрушения ГСС,
когда измеренное сопротивление Rc становится меньше значения нижней границы регистрируемого сопротивления и наблюдается переход от гидродинамического режима
трения к граничному, может сработать сигнализация в системе управления турбиной,
что позволит предотвратить ее выход из строя.
При аварийном режиме регистрируемое по четырехпроводной схеме Rc превышает Rc кр на некоторую величину Rt, рассчитанную по формуле (3). Дальнейшее снижение регистрируемого значения контактного сопротивления до уровня сопротивления
стягивания означает разрушение ГСС. Снижение значений контактного сопротивления
до уровня, рассчитанного нижнего предела туннельного сопротивления, означает начало разрушения мономолекулярного слоя смазочного материала.
Контроль состояния ГСС позволяет управлять режимом эксплуатации роторной
машины при критических режимах (пуск, остановка, масляное голодание, критические
нагрузки). При наступлении аварийного режима эксплуатации должна быть реализована система обратной связи – включаются насосы, обеспечивающие подачу смазочного
материала в зону трения под большим давлением, либо изменяется нагрузка на валу
ротора или его скорость, а возможна реализация сразу всех возможных вариантов.
Для диагностики и определения эксплуатационных характеристик узлов трения,
содержащих подшипники качения, разработана принципиальная схема стенда (рисунок 3).
Рисунок 3 – Принципиальная схема стенда для определения эксплуатационных
характеристик узлов трения, содержащих подшипники качения
Стенд для определения эксплуатационных характеристик пластичных смазочных
материалов содержит узел трения, представляющий собой серийный электрический мотор 4А225М6У3, оснащенный подшипниками качения, заполненными исследуемым пластичным смазочным материалом. Соосно с испытываемым мотором на станине закреплена через муфту машина постоянного тока (генератор). Нагрузкой машины постоянного
тока является регулируемый реостат (рисунок 3). Стенд оснащен приборами контроля
температуры и вибрации узлов трения, ваттметром потребляемой и расходуемой
электрической энергии. Для контроля состояния ГСС методом электрофизического зондирования вал мотора оснащен токосъемником в виде медно-графитовой щетки, подключенной в электрическую цепь для контроля туннельного тока, протекающего через
34
РАЗРАБОТКА СХЕМ И МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ УЗЛОВ ТРЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
граничный смазочный слой. Эффективность работы подшипников качения оценивается
по величине потребляемой электрической энергии и температуре в узле трения.
Разработанный нами стенд для исследования эксплуатационных характеристик
узлов трения, содержащих подшипники качения, был реализован в виде макета на
Гомельской ТЭЦ-2 РУП «Гомельэнерго», там же были проведены его первичные испытания. Подшипник качения промывался в ацетоне и керосине, высушивался, а затем заполнялся исследуемым смазочным материалом. В качестве смазочных материалов использовались: «Итмол-105Н» (ТУ РБ 100029077.005–2006) c добавкой 3 мас. %
фторопласта Фт-3М (ТУ-6-05-1812–77); Циатим-201 (ГОСТ 6267–59) + 3 мас. % Фт-3М;
Литол-24 (ГОСТ 21150–87); Литол-24 (ГОСТ 21150–87) + 3 мас. % Фт-3М; смазка 1-13 Ж
(ГОСТ 1631–61) + 3 мас. % Фт-3М.
65
60
Температура, оС
55
50
45
Литол24
Литол-24
40
Литол24+Фт3М
Литол-24
+ Фт-3М
35
Итмол105+Фт3М
Итмол-102
+ ФТ-3М
30
Циатим201+Фт3М
Циатим-201
+ Фт-3М
25
1-13Ж+Фт3М
1-13
Ж + Фт-3М
20
15
1
2
3
4
5
6
7
8
Время, часы
Рисунок 4 – Изменение температуры в узле трения во времени (°С).
Электроэнергия, КВт* час
33
32,5
32
31,5
Литол24
Литол-24
Литол-24 + Фт-3М
Литол24+Фт3М
31
30,5
Итмол-1052 + ФТ-3М
Итмол105+Фт3М
30
Циатим-201 + Фт-3М
Циатим201+Фт3М
1-13 Ж + Фт-3М
1-13Ж+Фт3М
29,5
29
1
2
3
4
5
6
7
Время, часы
Рисунок 5 – Потребление электроэнергии во времени, кВт · ч
Предварительные испытания проводились на холостом ходу, без загрузки в течение восьми часов. Регистрировались значения температуры в узле трения, количество
потребляемой электроэнергии и вибропараметры. Результаты испытаний представлены
на рисунках 4 и 5.
В результате экспериментальных испытаний установлено, что добавка модифицированного фторопласта марки Фт-3М незначительно увеличивает температуру подшипниковых узлов, однако снижает на 2–3 % потребление электрической энергии и
35
Н. А. АЛЕШКЕВИЧ, С. О. БОБОВИЧ, С. В. КОРОТКЕВИЧ, В. Г. ПИНЧУК, В. В. КРАВЧЕНКО
значительно снижает уровень вибрации. Для Литол-24 и Литол-24 с добавкой фторопласта затраты электрической энергии за период испытаний составили 226,303 кВт · ч и
221,151 кВт · ч соответственно. В дальнейшем, после приработки подшипников без нагрузки будут проведены стендовые испытания различных смазочных композиций
в эксплуатационном режиме со ступенчатым увеличением нагрузки.
Заключение
Таким образом, разработанные стенды позволяют определять эксплуатационные
характеристики узлов трения энергетического оборудования, содержащих подшипники
качения и подшипники скольжения (гидродинамические опоры). Реализуемый в данных установках метод электрофизического зондирования состояния ГСС позволяет регистрировать наступление аварийного режима эксплуатации энергетического оборудования на ранней стадии до наступления задира, схватывания и выхода узлов трения из
строя, оценивать триботехнические параметры работы энергоемких узлов трения при
различных нагрузочных и скоростных режимах.
Литература
1 Ханович, М. Г. Опоры жидкостного трения и комбинированные / М. Г. Ханович. –
Л. : Машгиз, 960. – 272 с.
2 Диагностика смазочных материалов в подшипниковых узлах трения / С. В. Короткевич
[и др.] // Чрезвычайн. ситуации: образование и наука. – 2010. – Т. 5, № 2. – C. 59–63.
3 Кончиц, В. В. Электрическая проводимость точечного контакта при граничной смазке / В. В. Кончиц // Трение и износ. – 1991. – № 3. – С. 465–475.
Поступила в редакцию 14.10.2014
N. A. Aleshkevich, S. O. Bobovich, S. V. Korotkevich, V. G. Pinchuk, V. V. Kravchenko
DEVELOPMENT SCHEMES AND METHODS OF DIAGNOSIS FRICTION
UNITS POWER EQUIPMENT
Based on the analysis of existing technical solutions proposed concepts stands to
determine the performance of the friction units of power equipment, comprising rolling
bearings and plain bearings. It is shown that the use of methods of electro sounding boundary
lubricant layers allows you to register the onset of emergency mode operation of power
equipment at an early stage before the bully, setting and output nodes of the friction system.
36
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.841
ЭКРАНИРУЮЩИЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ПОЖАРНЫХ ИЗВЕЩАТЕЛЕЙ
А. В. КОЦУБА, старший преподаватель, магистр технических наук1
А. Т. ВОЛОЧКО, заведующий лабораторией, доктор технических наук, доцент2
Г. В. МАРКОВ, ведущий сотрудник, кандидат технических наук2
А. П. РАЛЬКО, младший научный сотрудник2
1
Государственное учреждение образования «Институт переподготовки и повышения
квалификации» МЧС Республики Беларусь, пос. Светлая Роща
2
Учреждение образования «Физико-технический институт» НАН Беларуси
Рассмотрены исследуемые покрытия, нанесенные на корпус пожарного извещателя для
повышения его помехоустойчивости в условиях воздействия на него электромагнитного излучения.
Ключевые слова: экранирующие покрытия, пожарный извещатель, коэффициент ослабления, вакуумный электродуговой метод.
Введение
В различных отраслях промышленности особое внимание уделяется защите электронных объектов от воздействия мощных электромагнитных полей. Электронным объектом может являться одна микросхема, датчик с использованием микросхем, системы электронных блоков, компьютеров и т. д. Все эти электронные объекты обычно защищают
отдельными металлическими экранами, которые достаточно громоздки и не везде подходят, например, при защите таких маломерных объектов, как пожарный извещатель типа
ИП 212 в пластмассовом корпусе, массово выпускаемый в Республике Беларусь.
Основная часть
Как альтернативу металлическим экранам применяют пластмассовые корпуса с
нанесенным на поверхность слоем металла. В настоящее время наносят слой алюминия
толщиной 1–10 мкм. Такое экранирующее покрытие, особенно при низких частотах
электромагнитного поля, имеет низкую экранирующую способность и это нередко
приводит к низкой конкурентоспособности всего электронного объекта.
Как известно [1], экранирующая способность металлического экрана определяется его электропроводностью, магнитной проницаемостью и толщиной экрана. Чем
выше эти величины, тем выше экранирующая способность металлического экрана. Если переходить от сталей к чистым металлам с высокой электропроводностью типа медь
или серебро, то электропроводность можно увеличить лишь на один порядок. В то же
время, если относительная магнитная проницаемость меди равна 1–2, то относительная
магнитная проницаемость сплавов Fe-Si, Ni-Fe и других может достигать значений
100000 и более. Таким образом, применив такие сплавы, можно увеличить экранирующую способность покрытия на 3–5 порядков. Совместить в одном материале так,
чтобы он обладал одновременно высокой электропроводностью и относительной маг-
37
А. В. КОЦУБА, А. Т. ВОЛОЧКО, Г. В. МАРКОВ, А. П. РАЛЬКО
нитной проницаемостью, практически невозможно. Следовательно, экранирующее покрытие должно быть многослойным. Так, слой алюминия придаст покрытию необходимую электропроводность, а слой из трансформаторной стали – необходимую относительную проницаемость. Такое покрытие будет обладать электропроводностью
алюминия и относительной магнитной проницаемостью трансформаторной стали, быть
коррозионностойким и относительно дешевым.
Исходя из таких требований, были выбраны и исследовались следующие композиции, составы и схемы нанесения экранирующего покрытия на внутреннюю поверхность
пластмассового корпуса пожарного извещателя ИП 212-02. Покрытие 1: слой стали Ст3
толщиной 2 мкм, затем слой чистого алюминия толщиной 1,5 мкм. Покрытие 2: слой
трансформаторного железа состава (Fe-3,5%Si) толщиной 1,5 мкм, затем слой алюминия
толщиной 1,5 мкм. Покрытие 3: слой пермаллоя состава (50 вес. % Ni, 50 вес. % Fe) толщиной 1,5 мкм, а поверх слой алюминия толщиной 1,5 мкм. Все покрытия обладают примерно одинаковой величиной поверхностного электросопротивления 2–3 Ом/квадрат, но у
материала покрытия 1 относительная проницаемость  равна 1000–2000, у покрытия 2 
 3000–5000, а у покрытия 3   10000–20000.
Данные многослойные покрытия наносить на пластмассу можно различными методами. Среди них наибольшее применение нашли PVD методы [2], [3] или ионноплазменные методы. Обозревая данные методы, можно придти к выводу, что из них наиболее универсальным и приемлемым методом является вакуумный электродуговой метод [4]. Он позволяет наносить широчайший спектр покрытий различного функционального назначения, включая многослойные экранирующие покрытия. Исходя из этого,
в данной работе двухслойные покрытия 1, 2 и 3 наносились вакуумным электродуговым
методом на установке ВУ-2МБС с использованием двух катодов в одном цикле нанесения. Ток вакуумной дуги составлял 80 А, напряжение смещения на подложку не подавалось. Покрытия наносились в высоком вакууме не менее 1  10–2 Па на пластмассовые
подложки или на поверхность пластмассовых корпусов извещателя ИП212-02. Толщина
слоев покрытия регулировалась временем нанесения.
Измерения коэффициента ослабления покрытием проходящей электромагнитной
волны проводились с использованием пластмассового корпуса извещателя ИП 212-02,
который представляет собой эллипсоид с размерами осей 120 и 70 мм и отлит из полистирола. Исследуемые покрытия 1, 2 и 3 наносились на внутреннюю поверхность корпуса и заземлялись при проведении всех измерений. Внутрь корпуса извещателя (с покрытием и без) помещался излучатель электромагнитных колебаний. В качестве источника
электромагнитных колебаний использовался генератор Г10-3. Мощность излучения не
превышала 0,1 Вт. Антенна приемника, представляющая собой катушку диаметром
70 мм с 10 витками медного провода диаметром 0,2 мм, располагалась с внешней стороны поверхности корпуса. Антенна подключалась к приемному устройству, и сигнал излучателя измерялся с помощью осциллографа С1-64. В отдельных случаях использовались приборы Н3401 и Н3410, предназначенные для измерения параметров
электромагнитного поля. Измерялась напряженность электрической составляющей электромагнитной волны излучателя, излучаемой им из корпуса без покрытия Е0 и из корпуса с покрытием Е1. Отношение Е0/Е1, называемое коэффициентом ослабления N покрытием электромагнитного поля, характеризует экранирующую способность покрытия. Все
измерения проводились в диапазоне частот 1–100 кГц.
Результаты исследования коэффициента ослабления N исследуемых покрытий
представлены в таблице 1, где индекс у коэффициента ослабления означает номер покрытия. Здесь же приводятся значения NAl для покрытия толщиной 1,5 мкм из одного
слоя алюминия.
38
ЭКРАНИРУЮЩИЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ПОЖАРНЫХ ИЗВЕЩАТЕЛЕЙ
Таблица 1 – Коэффициент ослабления N исследуемых покрытий
Частота, кГц
1
10
50
70
100
N1
N2
N3
NAl
40–50
60–70
180–250
5–10
60–80
80–90
250–350
10–15
180–220
200–240
420–480
60–70
280–320
320–360
630-700
100-120
400–450
450–550
800–900
130–150
Как следует из таблицы 1, исследованные двухслойные покрытия в 10–15 раз эффективнее ослабляют электромагнитную волну по сравнению с однослойным алюминиевым покрытием. Видно, что коэффициент ослабления зависит от состава покрытия лишь
для низких частот. С повышением частоты электромагнитной волны до 100 кГц это отличие практически исчезает для покрытий 1 и 2. Видимо, в силу очень большой магнитной проницаемости коэффициент ослабления покрытия 3 остается высоким во всем диапазоне исследуемых частот.
Сравнивая коэффициенты N1 и N3, видно, что N3  2N1. Вместе с тем, как известно [4], при нанесении покрытий вакуумным электродуговым методом, источником
материала покрытия является катод. Стоимость изготовления катода из пермаллоя на
порядок выше стоимости изготовления катода из стали Ст3. Поэтому при массовом нанесении двухслойных экранирующих покрытий наиболее целесообразно и экономически более выгодно наносить двухслойное покрытие: слой Ст3 + слой Al.
Заключение
Таким образом, выбрана структура и состав двухслойного покрытия для ослабления воздействия внешнего электромагнитного поля на электронный блок извещателя
ИП 212-02. Нанесение таких покрытий на внутреннюю поверхность пластмассового
корпуса извещателя ИП 212-02 позволяет повысить степень его жесткости со второго
до четвертого.
1
2
3
4
Литература
Средства защиты в машиностроении : справочник / под ред. С. В. Белова. – М., 1989.
Розбери, Ф. Справочник по вакуумной технике и технологии / Ф. Розбери. – М. :
Энергия, 1972. – 456 с.
Данилин, Б. С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок : монография / Б. С. Данилин. – М. : Энергоатомиздат, 1989. – 328 с.
Мрочек, Ж. А. Основы формирования многокомпонентных вакуумных электродуговых покрытий / Ж. А. Мрочек, Б. А. Эйзнер, Г. В. Марков. – Минск : Наука и техника, 1991.
Поступила в редакцию15.08.2014
A. V. Kotsuba, A. T. Volochko, G. V. Markov, A. P. Ralko
SCREENING COVERAGE FOR FIRE DETECTORS
This paper shows research of coatings put on the box of fire detector for to increase
it’s interference resistance in conditions of electromagnetic radiation impact.
39
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 504.056
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИФФУЗИИ ПАРОВ ОПАСНЫХ
ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ
А. Е. БАСМАНОВ, ведущий научный сотрудник
С. С. ГОВАЛЕНКОВ, адъюнкт кафедры
Национальный университет гражданской защиты Украины, г. Харьков
Рассматривается решение уравнения диффузии паров веществ в воздухе для оценки чрезвычайной ситуации с наличием опасных химических веществ. Предложен стохастический подход к построению математической модели распространения паров веществ в воздухе в результате чрезвычайной ситуации, связанной с мгновенной утечкой газа. Источником случайности
являются случайные изменения направления и скорости ветра.
Введение
При авариях на химически опасных объектах (ХОО) возникают ситуации, которые могут привести к выбросу (разливу) из резервуара или других емкостей хранения
опасных химических веществ (ОХВ) в окружающую среду [1]. Особенностью таких
процессов является образование газовоздушного облака с последующим его распространением на территории объекта в воздухе, что при уровне концентрации выше критического может привести к поражению обслуживающего персонала и (или) личного
состава аварийно-спасательных подразделений МЧС.
Вероятность возникновения таких чрезвычайных ситуаций (ЧС) в последние годы
постоянно растет [2] и зависит от множества факторов: физико-химических особенностей химических веществ, условий их хранения, переработки, транспортировки и др. [3].
Сложность задачи моделирования параметров аварий и их последствий заключается в
том, что проливы или выбросы ОХВ в воздух подвержены воздействию случайных изменений различных факторов, в том числе изменений направления и скорости ветра.
В данной статье предложен стохастический подход к построению математической модели распространения паров ОХВ в воздухе в результате ЧС, связанной с мгновенной утечкой газа. Источником случайности являются случайные изменения направления и скорости ветра.
Основная часть
Анализ последних исследований и публикаций. В настоящее время для моделирования, количественной оценки основных параметров ЧС и прогнозирования последствий аварий наибольшее распространение получили интегральные модели, гауссовы модели рассеивания, модели численного моделирования [4]. На основе
использования таких моделей разработаны методики определения основных параметров последствий аварий. Так, гауссовы модели реализованы в методиках России
РД 03-409–01, ПБ 09-540–03, интегральные методы – в ГОСТ 12.3.047–98, модели численного моделирования в методиках ОНД–86 [5]. Методы, основанные на решении
уравнений в частных производных, реализованы в программных продуктах CFD и методике «ТОКСИ» [6], методике прогнозирования масштабов заражения на ХОО и
40
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИФФУЗИИ ПАРОВ ОПАСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ
транспорте – РД 52.04.253–90, методика «СРО РЭА» детерминированной оценки степени опасности ХОО используется для прогнозирования последствий аварий.
Учитывая недостатки используемых в методиках методов, в частности, учета среднего значения направления и скорости ветра при прогнозировании развития ЧС и ее последствий, авторами был предложен алгоритм построения стохастической модели прогнозирования параметров полей концентраций в воздухе при выбросе ОХВ в атмосферу [7].
Постановка задачи и ее решение. Целью статьи является решение уравнения
диффузии паров вещества в воздухе для построения стохастической модели распределения концентраций ОХВ в воздухе с учетом случайного направления и значения скорости ветра. Уравнение диффузии паров в воздухе с начальными и краевыми условиями, принятыми в [7], с учетом случайного направления и значения скорости ветра
принимает вид:

 2
 2
 2


 a 2  a 2  a z 2  t   t  ;
t
x
y
x
y
z
(1)
 x, y , z ,0   mx, y , z  z 0 ;
(2)

 0 , (0)  ,
z
(3)
где предполагается, что выброс быстроиспаряющегося или газообразного ОХВ произошел в точке 0, 0, z0  ;  x, y, z , t  – концентрация его паров; ,  – ветер;  x  ,
x  – стационарные случайные процессы, имеющие нормальное распределение.
В силу случайности параметров , , концентрация паров x, y, z , t , t  0
также будет случайной. Зафиксировав реализацию горизонтальной составляющей вектора скорости ветра v x t  случайного процесса t  и реализацию вертикальной составляющей вектора скорости ветра v y t  случайного процесса t , можем получить соответствующую им реализацию q x, y , z , t , случайного процесса x, y , z , t . Для этого
следует решить краевую задачу:
q
 2q
 2q
 2q
q
q
 a 2  a 2  a z 2  v x t   v y t  ;
t
x
y
x
y
z
(4)
q x, y, z,0   m x, y, z  z 0 ;
(5)
q
 0, q(0)  ,
z
(6)
где q x, y , z , t , v x t , v y t  – реализации соответствующих случайных процессов.
Для нахождения решения уравнения (4) с начальными и краевыми условиями (5)–(6) перейдем к новым переменным [8]:
t

 x'  x   v x t dt ,

0

t
 y '  y  v t dt
0 y

41
А. Е. БАСМАНОВ, С. С. ГОВАЛЕНКОВ
и будем рассматривать функцию
t
t



u  x', y ', z , t   q x'  v x t dt , y '  v y t dt , z , t  .
0
 0

В этом случае:
q
q
u q
 v x t   v y t   ;
t
t x
y
(7)
2
2
2
 2u  q  2u  q  2u  q

,

,
.

x 2 x 2 y  2 y 2 z 2 z 2
(8)
Подставляя (7) и (8) в (4), получим уравнение относительно функции
u  x, y , z , t  :
u
 2u
 2u
 2u
 a 2  a 2  az 2 ,
t
x
y 
z
(9)
t
t


где q x, y, z, t   u x   v x t dt , y   v y t dt , z , t . При этом начальное и краевое условия
0
0


остаются аналогичными (5), (6):
u  x ', y ' , z , 0   m x ', y ', z  z 0 ;
(10)
u
0.
z
(11)
Решение задачи (9)–(11) имеет вид [3], [9]:
u  x, y , z , t  
2
  z  z 0 2  
 x 2  y  2     z  z 0  
m


exp
exp
exp


 
 .



32
4at   
4a z t 
4a z t  
8t  a a z




.
Возвращаясь к переменным x, y и функции q  x, y , z , t , получим концентрацию паров в воздухе:
2
2
t
t
 
 
 
  x   vx t dt    y   v y t dt  
 
 
 
m
0
0
 


q  x, y , z , t  
exp 

32
4at
8t  a az






   z  z0 2 
  z  z0 2  
 exp
 exp 
.
4az t 
4az t  
 

(12)
Аналогичное соотношение имеет место для случайных процессов  x, y, z , t  ,
t , t , описывающих концентрацию паров в точке  x, y , z  и скорость ветра соответственно:
42
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИФФУЗИИ ПАРОВ ОПАСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ
2
2
t
t
 
 
 
  x   t dt    y   t dt  
 
 
 
m
0
0
 
 
 x, y , z , t  

exp


32
4
at
8t  a a z






   z  z 0 2 
  z  z 0 2  
exp
 exp 



 .
4a z t 
4
a
t
 
z

 
(13)
Введем следующие обозначения:
t
t    t dt ;
(14)
0
t
t    t dt.
(15)
0
Поскольку t  и t  распределены нормально, то t  и t  также распределены нормально [10] с математическими ожиданиями:
t
t
Mt    Mt dt   v x dt  v x t ;
0
0
t
t
0
0
(16)
Mt    Mt dt   v y dt  v y t
(17)
и корреляционными функциями [10]:
t2
t1
K  t1 , t 2    t 2  K  d   t1  K   d 
t 2 t1
 t
0
0
t2
t1
t 2 t1
0
0
0
K  t1 , t 2    t 2  K  d   t1  K   d 
2
 t1  K  d;
(18)
2
 t1  K  d.
(19)
0
 t
Подставляя в (18) выражение (8) для корреляционной функции и интегрируя по
частям, получим:
t2
 t
0
t2
2
  K  d   t 2    e
2  

d 
0
t1
 2

t1
2  
 t1  K   d   t1    e d 

0
t 2  t1
 t
0
2
 t1   K   d 
0
t 2  t1
 t
2
 t1    e
2 

0
43
d 
2

e
 2

2

 2

2

 t 2
e
(20)

(21)
   t1
e

 t2   1 ;
 t1   1 ;
   t 2 t1 

 t 2  t1    1 .
(22)
А. Е. БАСМАНОВ, С. С. ГОВАЛЕНКОВ
Объединяя (18), (20)–(22), окончательно получим выражение для корреляционной функции:
K  t1 , t 2  
 2

2

e
   t1
e
  t2
e
   t 2  t1 

 2t1   1
(23)
и дисперсии
D t   K  t , t  
 2

2

2e
  t

 2t   2 .
(24)
Повторяя те же рассуждения для случайного процесса t , получим:
K  t1 , t 2  
 2

2

e
  t1
e
D t   K  t , t  
  t 2
 2

2

e
2e
   t 2  t1 
  t

 2t1   1 ;
(25)

 2t   2 .
(26)
Полученные математические ожидания и дисперсии случайных процессов t ,
t  зависят от времени: математическое ожидание растет линейно по времени, а дисперсия – асимптотически линейно (рисунок 1). Таким образом, эти случайные процессы уже не являются стационарными.
2 2
Dρ,D
м
70000
, м
350
, м
60000
300
50000
250
40000
22
30000
20000
50
0
0
5
10
150
100
11
10000
200
0
t,20мин
15
Рисунок 1 – Рост дисперсии D t  (1) и среднеквадратического
отклонения   t  (2, по правой оси) со временем при  2  0,13 и    0,0036
Найдем совместную корреляционную функцию случайных процессов t  и t  :


K  t1 , t2   M t1   vxt1  t2   v y t2 
t2
t1

t1 t 2

 M   1   vx d1  2   v y d2   M    1   vx  2   v y d1d2  .
 0

 0 0

0
44
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИФФУЗИИ ПАРОВ ОПАСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ
Меняя местами операции математического ожидания и интегрирования и применяя затем определение совместной корреляционной функции, получим:
t1 t 2

t1 t 2

K  t1 , t2     M 1   vx  2   v y  d1d2    K  1 , 2 d1d2 .
0 0
0 0
С учетом стационарности случайных процессов t  , t  и того, что
K  1 ,  2   K  1   2  , полученное выражение может быть упрощено [10]:
t2
t1
t 2  t1
0
0
0
K  t1 , t 2    t 2  K  d   t1  K   d 
 t
2
 t1  K  d.
Подставляя сюда (10) и интегрируя по частям, по аналогии с (23) и (25) получим:
K  t1 , t 2  
s

2

e
  t1
e
  t 2
e
   t 2  t1 

 2t1   1 .
(27)
Тогда ковариация между случайными процессами t , t  будет равна
cov,    K  t , t  
s

2

2e
  t

 2t   2 ,
а коэффициент корреляции
r t  
s
  
cov,  
 
2
D t  D t    
e
e
  t
  t
  t  1
  t  1 e
  t
  t  1
(28)
.
На рисунке 2 приведено изменение коэффициента корреляции r t  для следующих параметров: s  0,181,
 2  0,441,
   0,0037,
 2  0,13,
   0,0042,
   0,0036.
r
r0.79
θρ
0,78
0.78
0.77
0,77
0,76
0.76
0,75
0.75
0
5
10
15
20
25
tt,, мин
мин
30
Рисунок 2 – Изменение коэффициента корреляции r t  при s  0,181, 2  0,441,
2  0,13,    0,0037,    0,0042,    0,0036
45
А. Е. БАСМАНОВ, С. С. ГОВАЛЕНКОВ
 t  2
 t  2  t 
2
s   
lim r t   lim 
2
t 0
t 0  
   

2
s   
2
t   
   

 t
lim r t   lim
t 
2

 t  t

2
s
  

s
;
  
  
 
.
(29)
(30)
Из (28)–(30) и рисунка 2 видно, что коэффициент корреляции между случайныs
ми процессами t , t  возрастает, изменяется от
при

t  0 до
s

  
 
при t  .
В приведенном на рисунке 2 примере эти значения составляют r 0  0,756 и
r    0,79.
Заключение
Полученное решение уравнения диффузии паров в воздухе с принятыми начальными и краевыми условиями, с учетом случайного направления и значения скорости
ветра позволит определять:
– математическое ожидание, дисперсию и среднеквадратическое отклонение
концентрации выброшенного вещества в воздухе;
– влияние дисперсии скорости ветра на область, в которой ожидаемое значение
концентрации вещества будет превосходить некоторое критическое значение;
– влияние дисперсии скорости ветра на распространение облака.
Знание математического ожидания и среднеквадратического отклонения позволит оценить вероятность превышения концентрацией выброшенного вещества некоторого критического значения. Учет этих параметров необходим при рассмотрении возможных сценариев ЧС и планировании действий подразделений МЧС по ее
локализации.
1
2
3
4
5
6
Литература
Маршалл, В. Основные опасности химических производств / В. Маршалл. – М. :
Мир, 1989. – 672 с.
Кірочкін, О. Ю. Оцінка багатокритеріальної методики аналізу хімічно-небезпечного
стану об’єктів та регіонів України / О. Ю. Кірочкін [та iнш.] // Проблеми надзвичайних ситуацій. – 2006. – № 6. – С. 62–73.
Моніторинг надзвичайних ситуацій : підручник / Ю. О. Абрамов [та iнш.]. – Вид-во:
АЦЗУ м. Харків, 2005. – 530 с.
Защита атмосферы от промышленных загрязнений : справочник : в 2-х ч. Ч. 2 ; пер. с
англ. / под ред. С. Калверта, Г. М. Инглунда. – М. : Металлургия, 1998. – 712 с.
Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах промышленных предприятий (ОНД–86). – Л. : Гидрометиоиздат,
1987.
Моделирование аварийных ситуаций на опасных производственных объектах. Программный комплекс ТОКСИ+ (версия 3.0) : сб. документов. Сер. 27. – М. : науч.техн. центр по безопасности в пром-сти, 2006. – Вып. 5. – 252 с.
46
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИФФУЗИИ ПАРОВ ОПАСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ
7 Шматко, А. В. Алгоритм построения стохастической модели определения полей
концентраций при выбросе химических веществ / А. В. Шматко, С. С. Говаленков
// Проблеми надзвичайних ситуацій. – 2008. – № 7. – С. 177–183.
8 Полянин, А. Д. Справочник по линейным уравнениям математической физики
/ А. Д. Полянин. – М. : ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 576 с.
9 Тихонов, А. Н. Уравнения математической физики / А. Н. Тихонов, А. А. Самарский. –
М. : Наука, 1977. – 735 с.
10 Свешников, А. А. Прикладные методы теории случайных функцій / А. А. Свешников. – М. : Наука, 1968. – 463 с.
Поступила в редакцію 10.07.2014
A. E. Basmanov, S. S. Govalenkov
MATHEMATICAL MODEL OF VAPOR DIFFUSION OF HAZARDOUS
CHEMICALS IN THE ATMOSPHERE
The article discusses the solution of vapor diffusion of substances in the air to assess
the emergency with a presence of hazardous chemicals. We propose a stochastic approach to
the construction of a mathematical model of vapors substances spreading in the air as a result
of an emergency related to the instantaneous gas leak. The source of randomness are random
changes of wind direction and speed.
47
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 621.891:620.22
ИЗНОСОСТОЙКИЕ КОМПОЗИТЫ ДЛЯ КОМПОНЕНТОВ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ
АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
В. А. КОВТУН, доктор технических наук, профессор1
В. Н. ПАСОВЕЦ, кандидат технических наук, доцент1
М. МИХОВСКИ, доктор технических наук, профессор2
Ю. М. ПЛЕСКАЧЕВСКИЙ, член-корреспондент НАН Беларуси3
Р. Л. ГОРБАЦЕВИЧ, магистр технических наук, адъюнкт1
1
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
2
Институт механики Болгарской академии наук, г. София
3
Гомельский филиал НАН Беларуси
Рассмотрено применение наноструктур углерода при разработке порошковых изностойких
композиционных материалов на основе медной матрицы. Представлены результаты исследований
прочностных и триботехнических характеристик композиционных материалов с комбинированным
наноструктурным наполнителем. Предложена гипотеза снижения интенсивности изнашивания
композита «медь – наноструктуры углерода».
Ключевые слова: наноструктуры углерода, изностойкие композиционные материалы,
изнашивание, прочность.
Введение
Углеродные нанотрубки и в целом наноструктуры углерода – ярчайшие представители наномира – призваны сыграть значимую роль в экономике наступившего века, о чем свидетельствует история их открытия, изучения и, наконец, начавшегося промышленного освоения. Исследования в области материаловедения и нанотехнологий
несомненно определяют развитие производства в будущем. Интерес к наноструктурным материалам вызван перспективным прикладным значением для многих отраслей
народного хозяйства: промышленности, сельского хозяйства, энергетики, специальной
техники и др. [1].
Борьба с потерями на трение и изнашивание подвижных сочленений машин и
механизмов является одной из серьезных задач современного машиностроения. В связи
с этим разработке и совершенствованию материалов, особенно антифрикционных, уделяется постоянное и пристальное внимание исследователей и технологов. Такое внимание к антифрикционным материалам не случайно. В Беларуси, Российской Федерации,
США, Великобритании, Германии и Японии на ремонт машин и механизмов ежегодно
расходуются колоссальные средства, из которых 85 % – на замену узлов трения [2].
Актуальной задачей является улучшение триботехнических характеристик и физикомеханических свойств антифрикционных композиционных материалов, используемых в узлах трения аварийно-спрасательной техники, например, в качестве вкладышей подшипников
скольжения. С этой целью в данные материалы вводятся многочисленные добавки в различной концентрации, снижающие коэффициент трения и интенсивность изнашивания.
48
ИЗНОСОСТОЙКИЕ КОМПОЗИТЫ ДЛЯ КОМПОНЕНТОВ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ
АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
За последнее время технология порошковой металлургии зарекомендовала себя
как способ переработки порошков в точные детали для машиностроения, которые обладают качествами, не уступающими качествам деталей, изготовленных обычным способом. Обладая механическими свойствами, сопоставимыми со свойствами литых материалов, порошковые материалы имеют лучшую прирабатываемость, более низкий
коэффициент трения и большую износостойкость. Детали из этих материалов, как правило, обладают свойствами самосмазывания и саморегулирования подачи смазки в зону трения. Их пористость способствует прирабатываемости контактирующих поверхностей деталей, а сухая смазка образует пленку, что обеспечивает граничное трение как
в пусковой период, так и при других режимах работы узла трения [3].
Одним из перспективных наполнителей, повышающим триботехнические характеристики порошковых материалов, являются наноструктуры углерода. Путем введения
наноструктур углерода различной формы, в частности углеродных нанотрубок (УНТ)
и луковичных наноструктур углерода (ЛНУ), представляется возможным значительно
повысить износостойкость композиционных материалов триботехнического назначения
на основе металлической матрицы. Следует отметить, что в настоящее время активно
ведутся работы по получению новых материалов с использованием различных углеродных наноструктур. Однако на сегодняшний день проведено недостаточное количество
исследований по получению таких материалов, что ограничивает их эффективное практическое применение [4], [5].
Научный интерес представляет получение композиционных материалов на основе
систем «металл – наноструктуры углерода» высокоэнергетическими методами порошковой металлургии, так как при классическом длительном спекании компонентов порошковых систем «металл – наноструктуры углерода» возможна графитизация наноструктур углерода, что ведет к частичной или полной потере их уникальных свойств [6], [7]. В связи
с этим перспективным является использование процесса электроконтактного спекания исходных спрессованных порошковых заготовок, длительность которого составляет от одной секунды до нескольких минут. При электроконтактном спекании композиционный
материал получают в условиях, характеризующихся кратковременностью протекания физических процессов, высокой скоростью внутреннего разогрева и резким градиентом температур, что позволяет сохранить наследственную структуру материала.
Антифрикционные материалы на медной основе особенно успешно работают
в механизмах, эксплуатирующихся с остановками. И. В. Крагельский в своих работах
отмечает, что пленки окислов, возникающие на меди, являются хорошей смазкой [8].
Настоящая работа посвящена разработке композиционных износостойких материалов
на основе смесей порошков меди и наноструктур углерода, а также технологий их получения методом электроконтактного спекания.
Материалы и методика эксперимента
В качестве материала матрицы износостойких композитов триботехнического
назначения, получаемых методом электроконтактного спекания, использовали порошок
меди электролитический ПМС-1 ГОСТ 4960–75. В качестве комбинированного углеродного наноструктурного наполнителя (КУНН) использовали смесь, состоящую из
20 % УНТ и 80 % ЛНУ, полученную при пиролизе ароматических углеводородов.
Материалы получали методом электроконтактного спекания с использованием
модернизированной машины контактной сварки МШ 3207 и применением специальных электродов. Образцы формировались путем предварительного прессования при
давлении 500 МПа в специальной пресс-форме. Спекание производилось путем пропускания электрического тока силой 20 кА в течение 5 с.
49
В. А. КОВТУН, В. Н. ПАСОВЕЦ, М. МИХОВСКИ, Ю. М. ПЛЕСКАЧЕВСКИЙ, Р. Л. ГОРБАЦЕВИЧ
В качестве объекта исследования выступали композиционные износостойкие
материалы на основе медной матрицы с содержанием углеродного наноструктурного
наполнителя от 0,01 до 0,1 мас. %.
Приготовление порошковых композиций при создании материала осуществляли
путем механоактивации составляющих компонентов в опытном устройстве для смешивания и активации порошковых материалов в течении 60 мин.
Триботехнические испытания проводили в течение 8 ч на машине СМЦ-2 трением скольжения по схеме «вал – частичный вкладыш» при нагрузке 1 МПа, скорости
скольжения 1 м/с и температуре окружающей среды 293 К. Материалом контртела
служила сталь 45 твердостью 44 НRС, шероховатость поверхности Rа = 0,3–0,4 мкм.
Образцы перед испытаниями обезжиривались в ацетоне (ГОСТ 2603–79) или в бензине
(ГОСТ 443–76). Приработка проводилась при нагрузке 100 кПа до образования полного
контакта по всей поверхности трения. Коэффициент трения и интенсивность изнашивания определялись для режима установившегося трения. Каждое представленное значение триботехнических характеристик – среднее трех измерений.
Предел прочности при сжатии определяли по ГОСТ 25.602–80 (ГОСТ 4651–82)
на универсальной испытательной машине типа ZD–20 (Германия). Испытания проводили при скорости нагружения 5 мм/с.
Результаты и их обсуждение
Механические испытания композиционных материалов на основе систем
«медь–УНТ» и «медь–ЛНУ» показали, что композиты с трубчатыми наноструктурами
углерода по сравнению с композитами, содержащими луковичные наноструктуры углерода, имеют более высокие значения разрушающего напряжения при сжатии (рисунок 1).
Как видно, прочность композита медь–УНТ незначительно возрастает при увеличении содержания наполнителя до 0,07 мас. %. В то же время необходимо отметить интенсивное
снижение прочности композита медь–ЛНУ при увеличении содержания наполнителя в
составе материала.
б , МПа
190
170
150
медь - УНТ
медь - ЛНУ
130
110
0
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
мас. %
Рисунок 1 – Зависимость разрушающего напряжения при сжатии порошковых
композиционных материалов медь–УНТ и медь–ЛНУ от содержания наполнителя
Результаты триботехнических испытаний спеченных антифрикционных материалов на основе медной матрицы и КУНН представлены на рисунке 2.
На рисунке 3 представлена зависимость изменения разрушающего напряжения
при сжатии порошковых композиционных материалов на основе систем «медь–КУНН»
от содержания нанонаполнителя.
50
0,6
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0,5
мкм/км
I,I,мкм/км
ff
ИЗНОСОСТОЙКИЕ КОМПОЗИТЫ ДЛЯ КОМПОНЕНТОВ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ
АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
мас. % КУНН
мас. % КУНН
а)
б)
Рисунок 2 – Зависимость коэффициента трения (а) и интенсивности изнашивания (б)
порошкового износостойкого композиционного материала медь–КУНН
от содержания КУНН
Исследования физико-механических и триботехнических свойств износостойких
материалов от содержания в них КУНН показали, что наиболее оптимальным является
применение 0,06–0,07 мас. % КУНН. При этом обеспечиваются интенсивность изнашивания 0,06–0,07 мкм/км при коэффициенте трения, равном 0,14, предел прочности при
сжатии 165–170 МПа.
Как известно, изнашивание поверхностей деталей возникает под действием трения
и зависит от материалов деталей, качества обработки их поверхностей, нагрузки, скорости
относительного перемещения поверхностей, их температур и других факторов [9].
Следует отметить, что согласно существующей теории «схватывания» металлов
в процессе трения происходит образование металлических связей в результате совместного пластического деформирования поверхностей трения контактирующих материалов, приводящее к объединению их кристаллических решеток [10]. Согласно этим
представлениям, для схватывания поверхностей металлов необходимо преодоление некоторого энергетического порога, величина которого зависит от вида кристаллической
решетки и прочности связей в кристаллах данных металлов. При сдавливании двух
чистых поверхностей поликристаллического металла могут образоваться лишь отдельные металлические связи или мельчайшие участки соединения благодаря случайному
совпадению направлений кристаллических связей.
б, МПа
200
150
100
50
0
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
мас. % КУНН
Рисунок 3 – Зависимость разрушающего напряжения при сжатии порошковых
композиционных материалов медь–КУНН от содержания КУНН
Основываясь на данной теории изнашивания, было сделано предположение о
вероятном механизме работы КУНН в износостойком композиционном материале в
процессе сухого трения. Вероятно, частицы углеродного наноструктурного наполните51
В. А. КОВТУН, В. Н. ПАСОВЕЦ, М. МИХОВСКИ, Ю. М. ПЛЕСКАЧЕВСКИЙ, Р. Л. ГОРБАЦЕВИЧ
ля в процессе трения по мере изнашивания материала и в результате пластического деформирования частиц металлической матрицы под действием приложенных нагрузок
выходят из междендритного пространства на поверхность трения композиционного материала. В дальнейшем наноструктуры углерода, попадая между участками контактирующих поверхностей трения композиционного материала и контртела, в которых
должно произойти соединение кристаллических решеток, препятствуют процессу образования металлических связей и схватыванию между частицами композиционного материала и контртела.
Таким образом, предлагается гипотеза о том, что низкая интенсивность изнашивания при «сухом» трении обеспечивается за счет сведения к минимуму числа участков
касания микровыступов сопряженных поверхностей и подавления процесса развития
узлов схватывания. Это происходит благодаря распределению и перемещению частиц
углерода по поверхности трения образцов из исследуемого материла.
В подтверждение данной гипотезы были проведены исследования продуктов износа износостойкого композиционного материала на основе медной матрицы и КУНН.
Результаты исследования показали, что в продуктах износа находятся частицы меди,
частицы меди с закрепленными на них наноструктурными частицами углерода, а также
наноструктуры углерода и агломераты КУНН (рисунок 4).
Рисунок 4 – Поверхность частиц продуктов износа композиционного
материала на основе порошковой системы «медь–КУНН»
Снижение интенсивности изнашивания обеспечивается специфическим движением наноструктур углерода по поверхности трения материала. На основании результатов микроструктурных исследований можно предположить, что частицы КУНН перемещаются по поверхности трения износостойкого материала в бороздах, образуемых
ими под действием нагрузок и сил трения, что способствует снижению коэффициента
трения.
Сравнение свойств разработанных и традиционно используемых в машиностроении порошковых антифрикционных материалов на медной и бронзовой матрицах в узлах
«сухого» трения показало, что новые получаемые электроконтактным спеканием материалы на основе механоактивированных смесей порошков меди и наноструктур углерода
обладают в 1,5–2 раза более низкой интенсивностью изнашивания и на 30–50 % более
высоким пределом прочности при сжатии.
52
ИЗНОСОСТОЙКИЕ КОМПОЗИТЫ ДЛЯ КОМПОНЕНТОВ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ
АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Заключение
Установлены закономерности влияния состава механоактивированных смесей
порошков меди и наноструктур углерода на триботехнические и физико-механические
характеристики композиционного материала. По критериям износостойкости, антифрикционности и прочности установлены оптимальное содержание углеродного наноструктурного наполнителя в композиционном материале (0,06–0,07 мас. %) и оптимальный состав комбинированного углеродного наноструктурного наполнителя
(20 %УНТ + 80 %ЛНУ), что обеспечило низкие коэффициент трения 0,13–0,14 и интенсивность изнашивания 0,06–0,07 мкм/км композита за счет сведения к минимуму числа
точек касания микровыступов на металлических участках поверхностей трения и подавления схватывания при сохранении достаточного уровня значений разрушающего
напряжения при сжатии 165–170 МПа.
Разработаны и запатентованы новые износостойкие материалы на основе механоактивированных смесей порошков меди и наноструктур углерода.
Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского
фонда фундаментальных исследований (проект Т13МС-008).
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Литература
Головин, Ю. И. Введение в нанотехнологию / Ю. И. Головин. – М. : Машиностроение, 2003. – 112 с.
Трибология: Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ / под ред.
В. А. Белого, К. Лудемы, Н. К. Мышкина. – М. : Машиностроение, 1993. – 454 с.
Материалы антифрикционные порошковые на основе меди. Марки : ГОСТ 26719–85. –
Введ. 01.01.1987. – М. : Гос. Ком. СССР по стандартам : Ин-т проблем материаловедения, 1986. – 11 с.
Processing of carbon nanotube reinforced aluminum composite / T. Kuzumaki [et al]
// J. Mater. Res. – 1998. – Vol. 13, № 9. – Р. 2445–2449.
Processing of ductile carbon nanotube/C60 composite / T. Kuzumaki [et al] // Mater.
Trans. – 1998. – Vol. 39, № 5. – Р. 574–577.
Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications / Ed. by A.S. Edelstain,
C. Cammarata. – Institute of Physics Publ., Bristol and Philadelphia, 1996. – 360 р.
Ковтун, В. А. Наноструктуры углерода: свойства и перспективы применения в порошковых композиционных материалах триботехнического назначения / В. А. Ковтун, В. Н. Пасовец // Трение и износ. – 2006. – Т. 27, № 2. – С. 206–215.
Крагельский, И. В. Трение и износ / И. В. Крагельский. – 2-е изд. – М. : Машиностроение, 1968. – 480 с.
Основы трибологии (трение, износ, смазка) / А. В. Чичинадзе [и др.]. – М. : Машиностроение, 2001. – 664 с.
Семенов, А. П. Схватывание металлов / А. П. Семенов. – М. : Машгиз, 1958. – 280 с.
Поступила в редакцию 08.09.2014
V. A. Kovtun, V. N. Pasovets, M. Mihovsky, Yu. M. Pleskachevsky, R. L. Gorbatsevich
HARDWEARING COMPOSITES FOR COMPONENTS OF THE FRICTION
OF RESCUE EQUIPMENT
Investigation results of physico-mechanical and tribotechnical properties of composite
powder materials based on copper matrix and carbon nanostructures formed by the method of
electrocontact sintering are presented. The hypothesis of decrease of wear rate of the composite «copper – carbon nanostructures» is offered.
53
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 62-83:621.313.333
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫМ АСИНХРОННЫМ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
В. В. ТОДАРЕВ, кандидат технических наук, доцент1
Л. В. ВЕППЕР, кандидат технических наук, доцент1
Н. В. САМОВЕНДЮК, старший преподаватель1
С. А. ГРАЧЕВ, кандидат технических наук, доцент2
1
Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет
имени П. О. Сухого», Республика Беларусь
2
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
Рассматривается способ управления автоколебательным асинхронным электроприводом, позволяющий увеличить КПД электропривода за счет снижения потерь мощности в стали
и меди статора и ротора двигателя. Предлагается импульсное питание автоколебательного
асинхронного электропривода.
Ключевые слова: способ управления, автоколебательный асинхронный электропривод, КПД электропривода, импульсное питание.
Введение
Известен способ создания автоколебательного движения вала асинхронного
электродвигателя [1], [2], использующий общий принцип построения автоколебательных механических систем разомкнутого типа: создание консервативной пары «масса–
упругость» и воздействие на нее активным нелинейным электромагнитным усилителем, компенсирующим диссипативные нагрузки. Реализация данного принципа осуществляется с помощью трехфазного асинхронного двигателя, включенного в однофазную сеть, с позиционным элементом (пружиной или маятником) на валу. Механическая
характеристика такого электропривода представлена на рисунке 1.
1
S
1
2
Рисунок 1 – Механическая характеристика автоколебательного электропривода
54
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫМ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
Недостатком этого способа является постоянное питание электродвигателя,
включая моменты, когда скольжение близко к единице, а потери в стали и меди максимальны.
Основная часть
Предлагается осуществлять подачу механической энергии в колебательный привод при благоприятных с энергетической точки зрения условиях, когда электромагнитный момент достаточно велик, токи статора и ротора близки к номинальным, потери
мощности также близки к номинальным. При таком способе питания двигателя исключаются интервалы колебательного движения двигателя, когда:
– скорость ротора близка нулю, скольжение максимально, что приводит к большим потерям в меди при относительно небольшом электромагнитном моменте;
– скорость ротора близка к синхронной, момент близок к нулю, потери в стали
максимальные, а при однофазном автоколебательном приводе электромагнитный момент становится отрицательным и оказывает тормозное действие.
По сути, это импульсное питание автоколебательного асинхронного электропривода.
На рисунке 2 представлена функциональная схема автоколебательного электропривода, которая содержит коммутационное устройство 1, соединенное выходами с регулятором 2 напряжения, а входом – с датчиком 3 скорости, установленным на валу
двигателя 4, с которым соединена пружина 5. Силовые входы коммутационного устройства соединены с одними выходами переключателя 6, другие выходы которого соединены с двигателем 4, а вход – с источником 7 переменного тока (сетью).
7
6
1
2
3
5
4
Рисунок 2 – Функциональная схема автоколебательного электропривода
Согласно предложенному способу управления автоколебательным электроприводом предварительно рассчитывают и устанавливают на регуляторе напряжения 2 величину
питающего напряжения, а на коммутационном устройстве 1 – время включения (t1, t3)
и время выключения (t2, t4) или, что одно и то же, скорость коммутации ω1, ω2 (рисунок 3).
Пуск автоколебательного электропривода производится традиционным способом, для чего
переключатель 6 устанавливают в положение питания двигателя от сети.
55
В. В. ТОДАРЕВ, Л. В. ВЕППЕР, Н. В. САМОВЕНДЮК, С. А. ГРАЧЕВ
t1
t1
t2
t3
t2
t 3
t 4
t, с
t4
Рисунок 3 – График изменения скорости вращения вала электродвигателя
автоколебательного движения во времени
При достижении номинального режима переключатель 6 устанавливают в другое положение, и напряжение на обмотку электродвигателя 4 подается только в интервалы времени, когда скорость вращения вала больше установленной скорости ω2
и меньше скорости ω1, т. е. напряжение на датчике скорости 3 по абсолютной величине
попадает в заданный диапазон.
Заключение
Таким образом, повышение КПД достигается тем, что при питании двигателя
исключаются интервалы колебательного движения двигателя, когда: скорость ротора
близка нулю, скольжение максимально, что приводит к большим потерям в меди при
относительно небольшом электромагнитном моменте; скорость ротора близка к номинальной, момент близок к нулю, потери в стали максимальные, а при однофазном автоколебательном приводе электромагнитный момент становится отрицательным и оказывает тормозное действие.
Предложенный автоколебательный электропривод используется в вибраторах
при разрушении конструкций зданий и сооружений [2].
Литература
1 Автоколебательный электропривод : пат. № 4958 Респ. Беларусь / В. И. Луковников,
Л. В. Веппер // Офиц. бюл. – 2003. – № 1.
2 Грачев, С. А. Безредукторный электромашинный привод периодического движения
/ С. А. Грачев, В. И. Луковников. – Минск : Выш. шк., 1991. – 160 с.
3 Способ управления колебательным электроприводом с асинхронным двигателем :
а. с. 1631689 А1 / В. И. Луковников, В. В. Тодарев, М. Н. Погуляев. – 1991. – № 8.
Поступила в редакцию 22.09.2014
V. V. Todarev, L. V. Vepper, N. V. Samovendyuk, S. A. Grachev
A WAY OF SELF-OSCILLATING ASYNCHRONOUS ELECTRIC DRIVE
MANAGEMENT
A way of self-oscillating asynchronous electric drive management is being considered,
which helps to increase the efficiency quotient due to the reduction of power in steel and copper of engine’s stator and rotor. Pulse power supply of self-oscillating asynchronous electric
drive is offered.
56
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.841.34
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОГНЕЗАЩИТНОЙ
СПОСОБНОСТИ ГАЗОБЕТОНА
А. П. БОРЫС, адъюнкт
Р. Б. ВЕСЕЛИВСКИЙ, доцент кафедры, кандидат технических наук
А. П. ПОЛОВКО, главный научный сотрудник, кандидат технических наук,
старший научный сотрудник
Львовский государственный университет безопасности жизнедеятельности
ГСЧС Украины
Представлены результаты полученных экспериментальных исследований по установлению огнезащитной способности пассивного огнезащитного покрытия из газобетона марки
D500. Обоснована возможность применения газобетонных плиток в качестве огнезащитного
покрытия для строительных конструкций.
Ключевые слова: огнезащитное покрытие, газобетон, огнезащитная способность, теплоизолирующая способность, стандартный температурный режим.
Введение
В результате анализа статистики пожаров в Украине за 2013 г. установлено, что
в результате каждого третьего пожара уничтожается или повреждается здание или сооружение. Основной причиной этого является использование при возведении зданий и
сооружений несущих конструкций с неопределенным пределом огнестойкости или таких, которые не соответствуют нормированному пределу огнестойкости.
При воздействии высоких температур в условиях пожара подобные конструкции
достаточно быстро достигают критических температур прогрева, что приводит к потере
несущей способности и частичного или полного их разрушения.
Темпы роста строительной отрасли требуют легких в применении и экономически обоснованных решений относительно огнезащитных покрытий, поэтому огнезащита строительных конструкций является актуальной научно-технической задачей.
Основная часть
Методика испытаний. Испытания проводились по методике [1], суть которой заключается в определении критерия предельного состояния по признаку потери теплоизолирующей способности. Установлен промежуток времени от начала температурного воздействия при стандартном температурном режиме в соответствии ДСТУ Б.В.1.1-4–98* [2]
на металлическую пластину, защищенную пассивным средством огнезащиты (газобетонной плиткой) к повышению ее температуры до 482 °С от начального значения (критическая температура) ДСТУ Н.Б. EN 1993-1-2:2010 [3].
Экспериментальные исследования проводились для образцов из газобетона марки D500 (таблица 1).
57
А. П. БОРЫС, Р. Б. ВЕСЕЛИВСКИЙ, А. П. ПОЛОВКО
Таблица 1 – Маркировка и характеристики опытных образцов
Тип образца
Количество образцов
Материал
Габаритные размеры
Г-1
Г-2
1
1
Газобетон марки D500
Газобетон марки D500
500 × 500 × 40
500 × 500 × 40
Для монтажа огнезащитного покрытия на металлическую конструкцию предложено использование высокотемпературного композиционного материала ТИ-1К-А(Х),
изготавливаемого согласно ТУ У24.6-31522416–2004 [4]. Данный материал представляет собой самозатвердевающую однокомпонентную композиционную систему неорганических элементов с присадками на основе оксидов металлов.
Испытания проводились в вертикальном положении при стандартном температурном режиме в испытательной печи Украинского научно-исследовательского института гражданской защиты (аттестованная в соответствии с ГОСТ 24555–81 [5]).
Результаты исследований. В процессе исследований определена огнеупорность фрагментов строительной конструктивной системы и отдельных ее частей, которые состояли из стальных пластин, защищенных слоем пассивного огнезащитного покрытия из газобетонных плиток.
Определение огнезащитной способности для опытного образца проводилось при
температуре воздуха 18 °С и атмосферном давлении 732 мм рт. ст.
При проведении экспериментальных испытаний контролировалось значение
критической температуры (Ткр) нагрева на необогреваемой стороне металлической пластины, которая представляла для данного образца:
Ткр = Т0 + 480 = 18 + 482 = 500 ºС,
где Т0 = 18 °С – начальная температура.
На рисунках 1 и 2 представлены результаты экспериментальных испытаний огнезащитной способности двух образцов газобетонных плиток марки D500 толщиной 40 мм.
Температура, °С
Тmax
Тf
Тs
Тmin
Т22
Ткр
Т21
Тср
Час, мин
Рисунок 1 – Изменение температуры образца марки Г-1: Ткр – критическая температура
предельного состояния для металлической пластины; Тf – температура печи;
Тs – стандартная температурная кривая; Тmin – минимальное значение Тs;
Тmax – максимальное значение Тs; Т21, Т22 – значение термопар на образцах;
Тср – среднее значение для Т21, Т22
58
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОГНЕЗАЩИТНОЙ СПОСОБНОСТИ ГАЗОБЕТОНА
Температура, °С
Тmax
Тf
Тs
Т22
Тmin
Ткр
Тср
Т21
Час, мин
Рисунок 2 – Изменение температуры образца марки Г-2: Ткр – критическая температура
предельного состояния для металлической пластины; Тf – температура печи;
Тs – стандартная температурная кривая; Тmin – минимальное значение Тs;
Тmax – максимальное значение Тs; Т21, Т22 – значение термопар на образцах;
Тср – среднее значение Т21, Т22
По результатам исследований для образцов марки Г-1 и Г-2 предельная температура нагрева необогреваемой стороны металлической пластины достигнута на 110 мин
и 112 мин соответственно. Время огнезащитной способности газобетонных плиток
толщиной 40 мм марки D500 составляет не менее 90 мин.
На рисунке 3 приведен график усредненных результатов проведенных испытаний
газобетонных плиток из автоклавного газобетона марки D500 образцов Г-1 и Г-2,
средняя температура составила 111 °С.
Температура, °С
Ткр
Тср
Час, мин
Рисунок 3 – Усредненный график результатов проведенных испытаний
газобетона марки D500
59
А. П. БОРЫС, Р. Б. ВЕСЕЛИВСКИЙ, А. П. ПОЛОВКО
Применение экспериментально испытанного огнезащитного покрытия – это
экономически удачное техническое решение по повышению огнестойкости конструкций в строительстве. Предложенное пассивное огнезащитное покрытие может быть использовано при устройстве внутренней отделки деревянных, металлических, железобетонных и других несущих конструкций жилых, общественных и промышленных
зданий и обеспечит предел огнестойкости строительных конструкций от 30 до 111 мин
(REI 30 – REI 90) и нулевой предел распространение огня (М0) в соответствии с нормированной степенью огнестойкости здания. Указанный способ защиты строительных
конструкций от пожара прошел апробацию на испытательном полигоне Украинского
научно-исследовательского института гражданской защиты.
Заключение
Анализом результатов экспериментальных исследований опытных образцов из
газобетонных плиток толщиной 40 мм марки D500 установлено, что средний показатель огнезащитной способности составляет 111 мин (Г-1 – 110 мин, Г-2 – 112 мин).
Реализация предложенного способа огнезащиты строительных конструкций от
пожара обеспечивает повышение их предела огнестойкости.
1
2
3
4
5
Литература
Борис, О. П. Експрес-методика оцінювання вогнезахисної здатності вогнезахисних
матеріалів / О. П. Борис, А. П. Половко, Т. Б. Юзьків // Науковий вісник УкрНДІПБ :
науковий журнал. – К. : УкрНДІЦЗ МНС України, 2012. – № 2 (26). – С. 95–99.
ДСТУ Б.В.1.1-4–98* Захист від пожежі. Будівельні конструкції. Методи випробувань
на вогнестійкість. Загальні вимоги. – Київ : Держбуд України, 2005. – 22 с.
ДСТУ Н.Б. EN 1993-1-2:2010 (Єврокод 3. Проектування сталевих конструкцій. –
Частина 1–2. Основні положення. Розрахунок конструкцій на вогнестійкість) соответствует EN 1993-1-2:2005, ІDТ.
Борис, О. П. Оцінка вогнезахисної здатності пінобетонних плиток / О. П. Борис,
А. П. Половко, Т. Б. Юзьків // Науковий вісник УкрНДІПБ : науковий журнал. – К. :
УкрНДІЦЗ ДСНС України, 2013. – № 1 (27). – С. 113–119.
Порядок аттестации испытательного оборудования : ГОСТ 24555–81. – Введ. 01.01.82. –
М. : Гос. ком. СССР по стандартам, 1982. – 10 с.
Поступила в редакцию 01.10.2014
A. P. Borys, R. B. Veselivskyy, A. P. Polovko
EXPERIMENTAL DETERMINATION OF FIREPROOFING ABILITY OF
AERATED CONCRETE
The experimental results of determination fireproofing ability of passive fireproofing
coating made from aerated concrete type D500 are presented. The possibility of aerated concrete tiles application as a fireproofing coatings for building structures is proved.
60
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 621.91.02-06
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
УГЛЕРОДНЫХ ПОКРЫТИЙ
Н. Н. ФЕДОСЕНКО, кандидат технических наук, доцент
Н. А. АЛЕШКЕВИЧ, кандидат физико-математических наук, доцент
Д. Г. ПИЛИПЦОВ, кандидат технических наук
Т. Н. ФЕДОСЕНКО, научный сотрудник
Учреждение образования «Гомельский государственный университет
имени Франциска Скорины», Республика Беларусь
Рассмотрены возможности получения углеродных покрытий с определенными оптическими свойствами посредством изменения технологических параметров их вакуумноплазменного синтеза. Показано, что комплексное изменение концентрации рабочего газа и частоты следования импульсов катодно-дугового испарителя позволяет эффективно управлять
структурой и оптическими свойствами синтезируемых углеродных слоев.
Ключевые слова: углеродные покрытия, оптические свойства, легирование, показатель преломления, коэффициент пропускания.
Введение
Развитие технологий формирования углеродных покрытий в настоящее время
обусловлено необходимостью разработки новых материалов для нужд электронной
техники, оптики и медицины. Среди различных видов покрытий на основе углерода
наиболее интересными, с точки зрения практического применения, являются алмазоподобные покрытия благодаря своим уникальным физико-техническим свойствам. Наряду с высокими физико-механическими характеристиками, такие покрытия обладают
уникальными оптическими свойствами, что позволяет применять их в конструкции оптических элементов лазерной техники для одновременного просветления и защиты поверхности от механических повреждений [1]. Для получения покрытия с определенными оптическими и механическими свойствами, а также с определенной структурой
необходимо детальное исследование влияния режимов нанесения покрытия на подложку, а также влияния легирующих элементов на структуру и оптические характеристики
покрытия [2], [3]. Синтез такого рода покрытий предполагает использование современных методов исследования, обеспечивающих точный расчет и возможность определения основных оптических характеристик в требуемом спектральном диапазоне.
Целью работы являлось исследование зависимости оптических свойств углеродных покрытий, полученных методом вакуумно-плазменного напыления, от технологических параметров их синтеза.
Основная часть
Для получения легированных азотом углеродных покрытий была использована
установка вакуумного напыления УВНИПА-1-001. Установка оборудована газовым
ионным источником типа «АИДА», с помощью которого производится очистка и на-
61
Н. Н. ФЕДОСЕНКО, Н. А. АЛЕШКЕВИЧ, Д. Г. ПИЛИПЦОВ, Т. Н. ФЕДОСЕНКО
грев подложек и введение в состав растущего покрытия азота, а также источник плазмы
импульсного катодно-дугового разряда с катодом из графита, использующийся для нанесения углеродных покрытий.
Схема устройства для осаждения многослойных и легированных углеродных
покрытий представлена на рисунке 1.
1
2
3
4
N
6
5
Рисунок 1 – Схема вакуумной установки, предназначенной для получения
многослойных и легированных углеродных покрытий: 1 – вакуумная камера;
2 – источник плазмы импульсного катодно-дугового разряда с катодом из графита;
3 – поток углеродной плазмы; 4 – ионный источник; 5 – поток ионов азота;
6 – предметный стол
Формирование покрытий осуществлялось после откачки вакуумной камеры до
остаточного давления 5 · 10–3 Па. Очистка и нагрев подложек осуществлялись с помощью ионного источника АИДА. В качестве материала подложек для покрытий использовался кремний и кварцевое стекло.
Оптические параметры и толщины полученных покрытий исследовались методом лазерной эллипсометрии с помощью лазерного эллипсометра ЛЭФ-3-М и спектральной эллипсометрии на ESM-512 с бинарной модуляцией состояния поляризации
по методике, описанной в работе [4]. Электронные спектры поглощения регистрировались на спектрофотометре Cary 50.
Рассчитанные оптические параметры (показатель преломления, коэффициент
поглощения) углеродных покрытий, легированных атомами азота, при различных режимах напыления приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Оптические характеристики легированных азотом углеродных покрытий
Напряжение Количество
разряда, В импульсов
350
5000
Частота
следования
импульсов, Гц
3
Давление
азота, Па
1
1 × 10–1
2 × 10–2
6 × 10–3
1 × 10–3
62
Показатель
Коэффициент
преломления, n поглощения, k
2,15
2,05
1,89
1,94
1,67
0,17
0,20
0,19
0,20
0,19
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ ПОКРЫТИЙ
Показатель преломления n
Анализ результатов показывает, что с ростом концентрации азота в остаточной
атмосфере вакуумной камеры значение показателя преломления также возрастает (рисунок 2), при этом коэффициент поглощения незначительно уменьшается.
Давление в камере Р, Па
Рисунок 2 – Зависимости показателя преломления от давления азота
Для изучения зависимости оптических параметров от частоты следования импульсов были получены углеродные покрытия, легированные азотом при частоте следования импульса от 3 до 20 Гц при давлении 0,1 Па. На рисунке 3 представлены спектры пропускания углеродных покрытий в ультрафиолетовой и видимой области
спектра при различных частотах импульсов ионного источника.
3 Гц, CNX
6 Гц, CNX
10 Гц, CNX
15 Гц, CNX
20 Гц, CNX
Рисунок 3 – Спектры пропускания легированных азотом углеродных покрытий
при различных частотах следования импульсов
Как видно из графиков, коэффициент пропускания углеродных покрытий в области 400–1000 нм возрастает с увеличением длины волны и достигает самого высокого значения (~ 65 %) в ближней инфракрасной области спектра. В то же время следует
отметить, что прозрачность покрытий уменьшается с увеличением частоты следования
импульсов, что связано с увеличением содержания sp2-гибридизированных атомов углерода (графита) [5], [6].
Определение оптических параметров полученных покрытий осуществлялось методом лазерной эллипсометрии и посредством расчета оптических постоянных по
спектральной интерференционной кривой коэффициента пропускания [7]. Результаты
полученных данными методами показателей преломления и коэффициентов поглощения коррелируют, их усредненные значения представлены в таблице 2.
63
Н. Н. ФЕДОСЕНКО, Н. А. АЛЕШКЕВИЧ, Д. Г. ПИЛИПЦОВ, Т. Н. ФЕДОСЕНКО
Таблица 2 – Зависимость оптических параметров покрытий от частоты следования
импульса
Частота следования импульса, Гц
Показатель преломления
Коэффициент поглощения
3
2,01
0,198
6
2,05
0,199
10
2,09
0,199
15
2,11
0,203
20
2,12
0,204
Показатель преломления n
На рисунке 4 представлена графическая зависимость показателя преломления
легированных ионами азота углеродных покрытий от частоты следования импульсов
источника углеродной плазмы.
Частота следования импульсов, Гц
Рисунок 4 – График зависимости показателя преломления
от частоты следования импульсов источника
Как видно из приведенных результатов, с увеличением частоты следования импульсов источника углеродной плазмы наблюдается заметное увеличение показателя
преломления покрытий, сопровождающееся незначительным возрастанием коэффициента поглощения.
Достаточно высокая воспроизводимость экспериментальных результатов в пределах погрешностей методов позволяет сделать вывод о том, что изменяя технологические параметры синтеза углеродных покрытий, можно варьировать их оптические
свойства, что расширяет возможности их практического использования.
Заключение
Таким образом, изменение концентрации рабочего газа и частоты следования импульсов катодно-дугового испарителя позволяет эффективно управлять структурой и оптическими свойствами синтезируемых углеродных слоев. Основываясь на результатах
экспериментальных исследований углеродных покрытий, можно говорить о возможности
использования исследуемых материалов в качестве покрытий с заранее прогнозируемыми
оптическими свойствами, что может быть использовано при изготовлении многослойных
интерференционных покрытий и оптических элементов для различных оптоэлектронных
устройств. Приведенные результаты могут быть использованы при отработке технологических режимов нанесения покрытий, а также при определении взаимосвязей физикохимических свойств получаемых покрытий и их оптических характеристик.
64
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ ПОКРЫТИЙ
Литература
1 Яковлев, П. П. Проектирование интерференционных покрытий / П. П. Яковлев,
Б. Б. Мешков. – М. : Машиностроение, 1987. – 190 с.
2 Влияние природы металла на фазовые состояния легированных углеродных покрытий
/ Д. Г. Пилипцов [и др.] // Гомел. науч. семинар по теор. физике, посвящ. 100-летию
со дня рождения Ф. И. Федорова : материалы. – Гомель, 2011. – С. 233–236.
3 Synthesis of diamond-like carbon film on copper and titanium interlayer by vacuum cathode arc evaporation / Bing Zhou, Xiaohong Jiang, Zhubo Liu, A. V. Rogachev, Ruiqi Shen,
D. G. Piliptsou // Applied Mechanics and Materials. – 2012. – Vоl. 189. – P. 167–171.
4 Ржанов, А. В. Эллипсометрия: теория, методы, приложения / А. В. Ржанов. –
Новосибирск : Наука, 1987. – 191 с.
5 Erdemir, A. Superlubricity / A. Erdemir, J. R. Martin. – Amsterdam : Elsevier Science,
2007. – 512 p.
6 Robertson, J. Diamond-like amorphous carbon / J. Robertson // Material Science and Engineering. – 2002. – Vol. R, № 37. – P. 129–281.
7 Васильев, A. B. Измерение спектральной зависимости показателя преломления твердотельных материалов в области их высокой прозрачности / А. В Васильев, В. В. Войцеховский, В. Г. Плотниченко // Высокочистые вещества. – 1991. – № 3. – С. 39–49.
Поступила в редакцию 14.10.2014
N. N. Fedosenko, N. A. Aleshkevich, D. G. Piliptsov, T. N. Fedosenko
EFFECT OF SYNTHESIS CONDITIONS ON THE OPTICAL PROPERTIES
OF CARBON COATINGS
The possibilities of obtaining carbon coatings with specific optical properties by varying the technological parameters of vacuum-plasma synthesis. It is shown that a complex
change in the concentration of the working gas and the pulse repetition frequency cathodic arc
evaporator, can effectively control the structure and optical properties of the synthesized.
65
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 517.9
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТАБИЛИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ
ПРИ ЗАДЕРЖКЕ УПРАВЛЯЮЩЕГО СИГНАЛА
Е. В. ЛЕГЧЕКОВА, доцент кафедры, кандидат физико-математических наук1
О. В. ТИТОВ, доцент кафедры, кандидат физико-математических наук, доцент2
1
Учреждение образования «Белорусский торгово-экономический университет
потребительской кооперации», г. Гомель
2
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
Рассматривается вопрос построения системы команд дистанционно управляемого робота, способной осуществлять стабилизацию движения при наличии постоянной задержки управляющего сигнала. Описывается математическая модель робота.
Ключевые слова: математическая модель, управляющий сигнал, стабилизация
жения, дистанционно управляемый робот.
дви-
Введение
В настоящее время мобильные роботы являются одной из самых больших областей
робототехники. Мобильные роботы находят различное применение во множествах задач, в
которых невозможно непосредственное участие человека. Одной из базовых задач управления мобильными роботами является осуществление выхода на заданный уровень линейной и/или угловой скоростей. Данная задача сама по себе довольно простая и хорошо изучена. Однако в ситуациях, когда управляющий сигнал достигает робота не мгновенно,
а через некоторое время, качество многих алгоритмов автоматического управления ухудшается, вплоть до потери устойчивости. Запаздывание управляющего сигнала часто возникает, например, при наличии трудоемких вычислений или при удаленном управлении.
В работе представлен метод решения описанной проблемы на основе предсказания
состояния объекта к моменту действия управляющего сигнала.
Основная часть
Одной из самых распространенных моделей мобильных роботов является модель с двумя ведущими колесами (рисунок 1), управление в которой осуществляется
путем задания скоростей правого и левого колес vr и vl, соответственно. Рассмотрим
динамическую модель данного типа роботов [1]:
mv(t )  F (t )  Bv v(t );
 (t )  T (t )  B(t ),
J
(1)
где v, ω – линейная и угловая скорости робота; m – масса робота; F – равнодействующая сил, действующих на систему; Bv – коэффициент трения поступательного движения; J – момент инерции; T – момент силы; Bω – коэффициент трения вращения.
66
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТАБИЛИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ ПРИ ЗАДЕРЖКЕ
УПРАВЛЯЮЩЕГО СИГНАЛА
Vl
V
Vr
Рисунок 1 – Модель с двумя ведущими колесами
Силу F и момент силы T можно выразить через силы FR и FL (рисунок 2), продуцируемые правым и левым электромоторами робота, соответственно:
F (t )  FR (t )  FL (t );
T (t )  l ( FR (t )  FL (t )),
(2)
где l – расстояние между колесами (или гусеницами) робота.
Рисунок 2 – Динамическая модель робота
Введем новые обозначения: em – среднее напряжение на электромоторах; ed –
разность напряжений на электромоторах. Сила F и момент силы T будут пропорциональны этим величинам:
F (t )  kmem (t );
T (t )  kd ed (t ),
(3)
где km и kd – коэффициенты пропорциональности. Тогда систему (1) можно переписать
в следующем виде:
v(t )  kv v(t )  kmem (t );
 (t )  k(t )  kd ed (t ).

(4)
Таким образом, динамическая модель робота является линейной стационарной
системой. Теперь введем в систему (4) запаздывание управляющего сигнала h:
v(t )  kv v(t )  kmem (t  h);
 (t )  k(t )  kd ed (t  h).

67
(5)
Е. В. ЛЕГЧЕКОВА, О. В. ТИТОВ
Задача состоит в обеспечении стабилизации системы (5) на заданном уровне
( ,  ) линейной и угловой скоростей.


Метод решения
Рассмотрим систему (4). Введем новые обозначения:
v(t )
x(t ) 
A
(t )
kv
0
0
k
em (t )
, u (t ) 
,B 
ed (t )
km
0
0
kd
;
.
(6)
Тогда систему (4) можно переписать в следующем виде:
x (t )  Ax(t )  Bu (t ).
(7)
Стабилизируем ее управлением по состоянию
u (t )  Kx(t ),
(8)
где K – матрица коэффициентов, обеспечивающая гурвицевость матрицы A + BK.
Теперь введем в систему (7) запаздывание управляющего сигнала h:
x (t )  Ax(t )  Bu (t  h),
(9)
для нее будем строить управление в виде
u (t  h)  Kx(t ),
(10)
u (t )  Kx(t  h),
(11)
что можно переписать в таком виде:
что с очевидностью дает ту же систему, что и без запаздывания. Следовательно, для стабилизации системы (9) необходимо знать прогноз состояния системы на h секунд вперед. Для
линейной системы прогноз можно рассчитать при помощи формулы Коши [2]:
x(t2 )  e
A ( t 2 t1 )
x(t1 )  e
A ( t 2 t1 )
t2
e
 A ( t1 )
Bu (  h)d.
(12)
t1
В частности, полагая t1 = t, t2 = t + h, получим:
t h
x(t  h)  e Ah x(t )  e Ah  e  A( t ) Bu (  h)d.
(13)
t
Теперь введем обозначение     h. Тогда из (13) имеем:
t
x(t  h)  e x(t )  e
Ah
At
e
 A
Bu ()d.
(14)
t h
Таким образом, управление (11) выглядит следующим образом:
t
u (t )  Ke Ah x(t )  Ke At  e  A Bu ()d.
t h
68
(15)
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТАБИЛИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ ПРИ ЗАДЕРЖКЕ
УПРАВЛЯЮЩЕГО СИГНАЛА
Для реализации управления в виде (15) введем в рассмотрение вспомогательную
переменную
t
z (t )   e  A Bu ()d.
(16)
0
Заметим, что имеет место равенство
t
t
t h
t h
0
0
 A
 A
 A
 e Bu ()d   e Bu ()d   e Bu ()d,
или, с учетом (16):
t
e
 A
Bu ()d  z (t )  z (t  h).
(17)
t h
После подстановки (17) в (15) управление принимает вид:
u (t )  Ke Ah x(t )  Ke At [ z (t )  z (t  h)].
(18)
Согласно (16), переменная z(t) удовлетворяет дифференциальному уравнению
z (t )  e  At Bu (t ).
(19)
Таким образом, компенсирующее управление (11) имеет собственную динамику:
z (t )  e  At Bu (t );
u (t )  Ke Ah x(t )  Ke At [ z (t )  z (t  h)],
(20)
что эквивалентно динамическому регулятору:
z (t )  e At BKe At z (t )  e  At BKe At z (t  h)  e  At BKe Ah x(t );
u (t )  Ke At z (t )  Ke At z (t  h)  Ke Ah x(t );
z (t )  0t  [h,0].
(21)
Данный регулятор позволяет рассчитывать состояние робота через h секунд, что
позволяет отправлять команды роботу, необходимые для стабилизации его состояния с
учетом этой задержки.
Литература
1 Carona R. Control of unicycle type robots: tracking, path gollowing and point stabilization
// Aguiar A. P., Gaspar J. Proceedings of IV Jornadas de Engenharia de Electronica e Telecomunicacoes e de Computadores. Lisbon : ISEL, 2008. – P. 180–185.
2 Krstic M. Delay Compensation for Nonlinear, Adaptive, and PDE Systems. – Boston :
Birkhauser, 2009. – 466 p.
Поступила в редакцию 08.09.2014
E. V. Legchekova, O. V. Titov
MATHEMATICAL MODEL STABILIZATION CONTROL OF A ROBOT
DUE TO THE DELAY OF THE CONTROL SIGNAL
Consider the question of building a system of commands remotely controlled robot
that can perform motion stabilization in the presence of a constant delay of the control signal.
69
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
ОБРАЗОВАНИЕ
УДК 377.8
ПУТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА ВО ВРЕМЯ
ПОДГОТОВКИ БАКАЛАВРОВ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ОБРАЗОВАНИЯ
Л. В. МАЛАДЫКА, старший преподаватель-методист
Черкасский институт пожарной безопасности имени Героев Чернобыля
Национального университета гражданской защиты Украины
Рассмотрены проблемы реформирования системы высшего образования на современном этапе.
Ключевые слова: интенсификация, мотивация, методы обучения, цели обучения, содержание обучения.
Введение
Образование – одна из важных сфер человеческой деятельности. На современном этапе процесс реформирования и развития системы высшего образования в Украине требует комплексного подхода к усовершенствованию подачи знаний и применению
современных педагогических технологий. В условиях постоянного технического прогресса происходит очень быстрое обновление содержания знаний. С развитием науки,
увеличением объемов информации возникает необходимость интенсификации учебного процесса. Эта необходимость также обусловлена высокими требованиями
к уровню специальной подготовки будущих специалистов по пожарной безопасности, к возможностям профессионального, компетентного вхождения на рынок труда
с четко сформированными потребностями в постоянном профессиональном самообразовании и саморазвитии. Современная высшая школа должна обеспечить специалиста твердыми, оперативными знаниями, а также научить его учиться (т. е. учить
себя) самостоятельно.
Идея интенсификации учебно-воспитательной деятельности четко отображена
в Национальной доктрине развития образования [1].
Интенсификация учебного процесса как продуктивный способ улучшения подготовки специалиста предусматривает достижение необходимых результатов за счет
изменения качественных факторов, в первую очередь путем напряжения внутренних
интеллектуальных сил личности в процессе познавательной деятельности, так как современный человек имеет большие возможности для интеллектуального развития. Научно-педагогический состав высших учебных заведений Государственной службы Украины по чрезвычайным ситуациям призван ориентироваться на поиск новых учебных
технологий, а также внедрение в практику передовых достижений науки и техники.
70
ПУТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА ВО ВРЕМЯ ПОДГОТОВКИ БАКАЛАВРОВ
ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ОБРАЗОВАНИЯ
Основная часть
Интенсификация (фр. intensification, от лат. intensio – напряжение, усиление,
и facio – делаю) – усиление, увеличение производительности, напряженности определенного процесса за счет применения новых технологий [2], [3].
Педагоги рассматривают интенсивность как эффективность обучения, при котором достигается максимум эффективности за минимально возможное учебное время.
Эффективное использование возможностей и тех, кто учит, и тех, кто учится – первая
предпосылка интенсификации учебного процесса.
По нашему мнению, в современных условиях интенсификация образовательной
деятельности должна стать основным направлением усовершенствования учебного
процесса, понимая при этом повышение производительности учебного труда преподавателя и курсанта за фиксированную единицу времени.
Обобщая результаты научных исследований и собственного опыта, определяем,
что в высшем учебном заведении Государственной службы Украины по чрезвычайным
ситуациям основными факторами интенсификации учебного процесса являются:
– повышение целенаправленности;
– усиление мотивации;
– активизация учебно-познавательной деятельности;
– формирование навыков самостоятельной работы;
– повышение информативной емкости образования;
– активное использование современных информационных технологий; совершенствование педагогического руководства учебным процессом.
Повышение целенаправленности обеспечивается постановкой четких, конкретных целей в начале педагогического процесса. От этого будет зависеть интенсивность
деятельности в целом. Интенсификация учебного процесса предусматривает, что цели
должны удовлетворять ряд требований. Они должны быть ориентированы на максимальные возможности того, кто учится, и в то же время быть досягаемыми. Учебные
цели должны быть конкретными и осознаваться курсантами, иначе они не станут руководством к действиям. Осознанная, принятая как мотив цель регулирует выбор средств
деятельности.
В педагогике понятие цели отождествляется и трактуется как идеальное предсказание конечных результатов. Следовательно, в процессе учебной деятельности перед каждым курсантом стоит определенная цель, которая должна стимулировать интеллектуальную активность. Курсант должен четко осознавать необходимость
достижения поставленной цели, а это требует от него активной работы. Такой подход
обеспечивает интенсификацию учебного процесса в общем.
Мотив – это сложное интегральное психологическое образование, конечной целью которого является формирование учебно-познавательной активности и побуждение к достижению поставленной цели [4]. Мотивацию мы рассматриваем как единую
систему процессов, которые отвечают за побуждение и деятельность. Интенсификация
учебной деятельности возможна лишь в том случае, когда возникает внутренняя потребность в изучении того или иного материала. Основой готовности к активной учебной деятельности является мотивационный компонент. Психологи утверждают, что
познавательные мотивы являются основой учебной активности курсантов и определяются отношением к процессу учебы, стремлением к овладению знаниями и способами
деятельности за оптимальное время, мобилизацией усилий для достижения поставленной цели. Позитивная мотивация во многом зависит от преподавателя и содержания
учебы. Формирование познавательного интереса к учебному процессу осуществляется
71
Л. В. МАЛАДЫКА
путем влияния на мотивационную сферу курсантов, дифференцированный подход
к построению учебной деятельности.
Активизация учебно-познавательной деятельности обозначает целеустремленную деятельность преподавателя, который предусматривает разработку и использование такого содержания, форм, методов, приемов и средств учебы, которые способствуют повышению познавательного интереса, активности, творческой самостоятельности
в усвоении знаний, формировании навыков и умений применения их на практике. Эта
деятельность направлена на поиски совершенствования новых знаний.
Выделяют условия, которые влияют на процесс формирования учебнопознавательной деятельности [5]:
– соблюдение требований дидактичных принципов учебы;
– формирование мотивационной сферы личности в отношении к деятельности
и отдельным ее действиям;
– обеспечение междисциплинарных связей;
– последовательность в изучении тем и учебных предметов;
– педагогическое мастерство преподавателя;
– уровень использования компьютерной техники, средств, мультимедиа, сети
Internet, качество учебно-методического обеспечения;
– адекватный и своевременный контроль учебно-познавательной деятельности
и соответствующее корректировочное влияние;
– сотрудничество и совместное творчество субъектов учебной деятельности.
Активизация – это как процесс, так и результат стимулирования активности
личности за счет нахождения оптимального соотношения между традиционными и инновационными педагогическими технологиями в современном образовании. Следовательно, к психолого-педагогическим условиям активизации познавательной деятельности относим:
– обеспечение единства целей учебного процесса: образовательной, развивающей и воспитательной;
– педагогически целесообразное использование принципов дидактики высшей
школы;
– динамичность, разнообразие и целесообразность использования педагогических технологий;
– направленность на развитие активной исследовательской деятельности курсантов;
– ориентация курсантов на систематическую самостоятельную работу;
– комплексное, педагогически целесообразное использование современных информационных технологий;
– использование системы психологических и педагогических стимулов активной
учебной деятельности.
Формирование навыков самостоятельной работы является важным звеном
в усовершенствовании профессионально-важных качеств личности. Самостоятельная
работа курсанта – это учебная деятельность, которая планируется, выполняется по заданию, под методическим руководством и контролем преподавателя, но без его прямого участия.
Самостоятельную работу определяем как специфический вид деятельности,
главной целью которой является формирование самостоятельности субъекта, а формирование его умений, знаний и навыков происходит опосредствовано через содержание
и методы всех видов учебных занятий. Показателями формирования навыков самостоятельной познавательной деятельности являются:
72
ПУТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА ВО ВРЕМЯ ПОДГОТОВКИ БАКАЛАВРОВ
ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ОБРАЗОВАНИЯ
– умение самостоятельно добывать новые знания из разных источников информации и совершенствовать свои знания;
– умение использовать приобретенные знания, умения и навыки для последующего самообразования;
умение применять их в практической деятельности для решения любых профессиональных задач.
Повышение информативной емкости образования. Для интенсификации учебного процесса нужно не только повышать целенаправленность, усиливать мотивацию
учебы, определенные изменения следует внести и в его содержание. Это требует от педагога строгого определения знаний, умений и навыков за такими критериями: научная
полнота, теоретическая и практическая значимость, соответствие возрастным возможностям, соответствие отведенному времени, учебно-материальной базе и тому подобное. В условиях стремительного нагромождения научной информации целесообразной
будет тенденция представления материала не мелкими дозами, а большими блоками.
Образование должно быть ориентировано на будущее, которое требует умения работать с большим потоком информации. Мы должны увеличить объем знаний, которые
усваиваются за одно и то же время [6]. Соответственно необходимо осуществить выбор
самых оптимальных для этих условий методов, форм, средств обучения. Необходимо
отметить, что повышение информативной емкости образования мы обеспечиваем,
в первую очередь, за счет применения современных информационных технологий.
Активное использование современных информационных технологий. В настоящее
время революция в области коммуникации и информатизации достигла глобальных
масштабов. Характеризуя дидактические возможности информационных технологий,
прежде всего следует обратить внимание на то, что структурированная информация, которая подается с их помощью, ускоряет процессы восприятия и, как следствие, облегчает
усвоение учебного материала.
Целесообразность внедрения новых компьютерных технологий в процесс учебы
предопределяется тем, что они являются эффективным средством укрепления усвоенного материала и тем самым способствуют экономии учебного времени. Применение современных информационных технологий в учебном процессе имеет ряд преимуществ:
– современный уровень подачи знаний;
– наличие возможности выбора индивидуального режима работы;
– вариативность заданий с учетом потенциальных возможностей и индивидуальных способностей курсантов;
– повышение профессиональной мотивации;
– возможность автоматизации педагогического контроля и т. п.
Усовершенствование педагогического руководства учебным процессом. Педагогическое руководство учебным процессом предусматривает:
– наличие программы учебной дисциплины, которая отвечает образовательнопрофессиональной программе и образовательно-квалификационной характеристике
специалиста;
– информационно-методическое обеспечение программы учебной дисциплины;
– организацию и осуществление процесса подготовки специалистов;
– систематический контроль качества усвоения знаний, сравнение полученных
результатов с запланированными;
– коррекцию на основе анализа полученных результатов.
Главная цель педагогического контроля заключается в определении качества усвоения учебного материала. Для интенсификации учебного процесса важен не только
73
Л. В. МАЛАДЫКА
темп контроля, но и его аналитичность. Педагогу нужно не только определить пробелы
в знаниях, но и обнаружить их причины.
Курсанты должны осознать важность систематической работы, которая основывается на поступательном и равномерном овладении знаниями и умениями. Эта необходимость связана с эффективностью усвоения добытых знаний.
Заключение
На современном этапе перед высшими учебными заведениями стоит задание
обеспечить подготовку квалифицированных кадров, конкурентоспособных на рынке
труда, способных к самостоятельному профессиональному развитию.
С этой целью предусматривается интенсификация учебного процесса, но не за
счет увеличения объема и количества предметов, которые изучаются согласно учебным
планам, а на основе применения современных педагогических технологий, которые открывают реальные возможности повышения качества образования.
Определяем интенсификацию учебного процесса как одно из ведущих направлений повышения качества подготовки будущих бакалавров пожарной безопасности на
основе целенаправленного усовершенствования содержания, форм, средств и методов
обучения.
Литература
1 Национальная доктрина развития образования в ХХІ столетии // Образование Украины. – 2001. – № 1. – С. 22–25.
2 Большой толковый словарь современного украинского языка / сост. и гл. ред.
В. Т. Бусел. – К. : Ирпинь : Перун, 2005. – 1728 с.
3 Бибик, С. П. Словарь иноязычных слов: толкование, словообразование и словоупотребление / С. П. Бибик, Г. М. Сюта ; ред. С. Я. Ермоленко. – Х. : Фолио, 2006. – 623 с.
4 Педагогика высшей школы : учеб. пособие / З. Н. Курлянд [и др.] ; ред. З. Н. Курлянд. – 3-е изд., перераб. и доп. – К. : Знания, 2007. – 495 с.
5 Слепкань, З. И. Научные принципы педагогического процесса в высшей школе
/ З. И. Слепкань. – К. : НПУ, 2000. – 210 с.
6 Информационная образовательная среда современного учебного заведения : учеб.метод. пособие / М. Ю. Кадемия [и др.]. – Львов : СПОЛОМ, 2008. – 186 с.
Поступила в редакцию 30.10.2014
L. V. Maladyka
METHODS OF INTENSIFICATION OF EDUCATIONAL PROCESS DURING
THE TRAINING OF FIRE SAFETY BACHELORS AS A FACTOR OF UPGRADE
OF EDUCATION QUALITY
In this article describes issues of reforming the higher education system at modern
time.
74
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 378.046.4
К ВОПРОСУ О ПОДГОТОВКЕ СПЕЦИАЛИСТОВ ДЛЯ ОРГАНОВ
МИНИСТЕРСТВА ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ ВЫСШЕГО УРОВНЯ
В. Г. ШУМИЛОВ, кандидат военных наук, доцент
С. А. ХОРОВЕЦ
Факультет Генерального штаба Вооруженных Сил учреждения образования «Военная
академия Республики Беларусь», г. Минск
Система подготовки специалистов руководящего состава для органов Министерства по
чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь позволяет готовить профессиональных специалистов по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций. Однако специальных знаний, получаемых специалистами, недостаточно для обеспечения выполнения задач, стоящих
перед Министерством по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь в деле обеспечения
национальной безопасности Республики Беларусь. В целях повышения качества подготовки
специалистов существует настоятельная необходимость ее совершенствования.
Ключевые слова: подготовка, специалисты, защищенность, МЧС, национальные интересы, задачи гражданской обороны, взаимодействие, государственное и военное управление.
Республика Беларусь, как суверенное государство, всемерно стремится обеспечить защищенность совокупных потребностей государства по реализации сбалансированных интересов личности, общества и государства, позволяющих обеспечивать конституционные права, свободы, высокое качество жизни граждан, независимость,
территориальную целостность, суверенитет и устойчивое развитие Республики Беларусь
от внешних и внутренних угроз, обеспечивая тем самым стратегические национальные
интересы.
Стратегическими национальными интересами Республики Беларусь являются:
– обеспечение независимости, территориальной целостности, суверенитета, незыблемости конституционного строя;
– устойчивое экономическое развитие и высокая конкурентоспособность белорусской экономики;
– достижение высокого уровня и качества жизни граждан [1].
В современных условиях роль сил и средств Министерства по чрезвычайным
ситуациям в жизни государства и общества многократно возрастает.
Основными факторами, определяющими возрастание роли сил и средств Министерства по чрезвычайным ситуациям в деле обеспечения национальной безопасности
Республики Беларусь, являются:
– угрозы возникновения на территории либо вблизи границ Республики Беларусь крупномасштабных чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, эпидемий и эпизоотий;
– необходимость постоянного мониторинга и принятия эффективных мер по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС;
75
В. Г. ШУМИЛОВ, С. А. ХОРОВЕЦ
– необходимость оказания своевременной помощи населению, проживающему
в районах, на территории которых складывается чрезвычайная ситуация, связанная
с изменением климата и другими природными катаклизмами.
В военное время роль сил и средств Министерства по чрезвычайным ситуациям
изменяется коренным образом. Главной их функцией становится обеспечение гражданской обороны.
Гражданская оборона является составной частью оборонных мероприятий Республики Беларусь по подготовке к защите и по защите населения, материальных и историко-культурных ценностей на территории Республики Беларусь от опасностей, возникающих (возникших) при ведении военных действий или вследствие этих действий.
При этом гражданская оборона призвана выполнить оборонную, социальную
и экономическую функции.
Под оборонной функцией понимается решение проблемы сохранения людских
ресурсов и военно-экономического потенциала страны, под социальной функцией –
обеспечение защиты и жизнедеятельности населения, спасение и оказание помощи пораженным и пострадавшим, а под экономической – сохранение объектов, существенно
необходимых для устойчивого функционирования экономики и выживания населения в
военное время, защита материальных и историко-культурных ценностей, снижение
опасности образования вторичных факторов поражения в условиях войны.
Основными задачами гражданской обороны будут являться:
– обучение населения способам защиты от опасностей, возникающих при ведении военных действий;
– подготовка и переподготовка руководящего состава органов управления и сил
гражданской обороны, создание и совершенствование учебно-материальной базы гражданской обороны;
– создание и поддержание в постоянной готовности органов управления, сил,
средств и объектов гражданской обороны;
– создание, накопление, хранение резервов материальных ресурсов для ликвидации чрезвычайных ситуаций и использование их при выполнении мероприятий гражданской обороны;
– обеспечение устойчивого функционирования экономики и ее отдельных объектов, коммуникаций, систем жизнеобеспечения населения в военное время;
– оповещение населения, государственных органов и иных организаций об опасностях, возникающих при ведении военных действий или вследствие этих действий;
– временное отселение населения, укрытие в защитных сооружениях, предоставление средств индивидуальной защиты;
– эвакуация материальных и культурных ценностей в безопасные районы в случае, если существует реальная угроза их уничтожения, похищения или повреждения;
– проведение аварийно-спасательных и других неотложных работ;
– первоочередное обеспечение населения, пострадавшего от опасностей, возникающих при ведении военных действий или вследствие этих действий, водой, продуктами питания, оказание медицинской помощи и принятие других необходимых мер;
– обнаружение и обозначение районов, подвергшихся радиоактивному, химическому, биологическому (бактериологическому) и иному заражению;
– санитарная обработка населения, обеззараживание территорий, техники, зданий и других объектов, подвергшихся радиоактивному, химическому, биологическому
(бактериологическому) и иному заражению;
– поддержание общественного порядка в районах, пострадавших от опасностей,
возникших при ведении военных действий [2].
76
К ВОПРОСУ О ПОДГОТОВКЕ СПЕЦИАЛИСТОВ ДЛЯ ОРГАНОВ МИНИСТЕРСТВА ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ
СИТУАЦИЯМ ВЫСШЕГО УРОВНЯ
Анализ задач, стоящих перед гражданской обороной, показывает, что решить их
можно только совместными усилиями всех структурных элементов государства.
Такой подход к организации гражданской обороны требует от руководящего состава органов по чрезвычайным ситуациям твердых знаний основ обеспечения национальной безопасности, государственного и военного управления, определяющих порядок, формы и способы применения Вооруженных Сил, других войск и воинских
формирований при подготовке и в ходе военных действий.
Кроме того, становится очевидной необходимость обладания руководящим составом знаниями в области государственного управления в целях обеспечения четкой
координации усилий всех сил и средств, которые могут быть привлечены к выполнению задач гражданской обороны. С другой стороны, Генеральный штаб Вооруженных
Сил, который является центральным органом военного управления, реализующим оперативные функции по управлению Вооруженными Силами, обеспечивает их высокую
боеспособность, организует взаимодействие и координирует деятельность структурных
элементов военной организации государства по выполнению задач в области обороны,
как в мирное, так и в военное время будет испытывать определенные трудности при
планировании подготовки к выполнению задач по ликвидации последствий применения оружия эвентуальным противником, планировании накопления запасов необходимых материальных средств [3].
Все это вызывает необходимость организации четкого взаимодействия органов
и подразделений Министерства по чрезвычайным ситуациям с элементами военной организации государства. Но эффективного взаимодействия сложно достичь без одинакового уровня подготовки специалистов, работающих в различных сферах обеспечения
национальной безопасности.
Это обусловливает необходимость иметь специалистов, которые, с одной стороны обладают знаниями, навыками и умениями в деле организации мероприятий гражданской обороны, а с другой стороны – знаниями в области государственного и военного управления.
В настоящее время в системе высшего образования Республики Беларусь существует учебное заведение, которое осуществляет подготовку специалистов в области
государственного и военного управления, а именно учреждение образования «Военная
академия Республики Беларусь» (далее – Военная академия) в рамках которой создан
и уже восемь лет функционирует факультет Генерального штаба Вооруженных Сил
(далее – факультет ГШ), на котором осуществляется подготовка специалистов государственного и военного управления оперативно-стратегического уровня.
За относительно непродолжительный период своего существования факультет
ГШ добился значительных успехов в подготовке высококвалифицированных кадров
оперативно-стратегического уровня. Об этом свидетельствуют высокие посты, занимаемые выпускниками в органах управления, отзывы руководства государства.
Необходимо отметить, что уровень образования в области государственного и
военного управления, обеспечиваемый на факультете ГШ, высоко оценен не только
в Республике Беларусь, но и в ряде зарубежных государств.
В соответствии с Кодексом Республики Беларусь об образовании, общегосударственным классификатором Республики Беларусь ОКРБ 011–2009 «Специальности и квалификации», подготовка в национальной системе высшего образования для Вооруженных
Сил, других войск и воинских формирований оперативно-стратегического звена осуществляется на базе имеющегося у них высшего военного оперативно-тактического образования по специальности первой ступени высшего образования «Государственное и военное
управление» группы специальностей «Управление воинскими формированиями на опера77
В. Г. ШУМИЛОВ, С. А. ХОРОВЕЦ
тивно-стратегическом и стратегическом уровнях, обеспечение их деятельности». Направление образования «Военное дело».
В рамках устранения несоответствия между имеющимся содержанием обучения
(углублена профессиональная военно-теоретическая и управленческая подготовка, соответствующая профессионально-ориентированной магистратуре) и присваиваемой
по окончании обучения квалификации (специалист в области управления) планируется
с 2015/2016 учебного года перевести факультет ГШ на обучение по новым образовательным стандартам высшего образования I ступени третьего поколения.
В последующем с целью развития национальной системы высшего образования
офицеров оперативно-стратегического звена и приведения ее к общегосударственной
системе высшего образования целесообразно организовать их обучение по образовательным программам следующих специальностей высшего образования II ступени с углубленной подготовкой специалистов, обеспечивающих получение степени «Магистр
государственного и военного управления».
Следовательно, следующим направлением совершенствования подготовки специалистов в области государственного и военного управления является переход факультета ГШ на образовательный стандарт третьего поколения, а в последующем на
стандарт II ступени образования, что обеспечивает возможность готовить специалистов
методом компетентностного подхода в образовании.
Компетентностный подход определяет значительное усиление практической направленности образования и основными его принципами являются следующие:
1 Смысл образования заключается в том, чтобы развивать у учащихся способность самостоятельно принимать решения на основе полученного опыта.
2 Содержанием обучения становятся действия и операции, соотносящиеся с навыками, которые нужно получить.
3 Необходимо создавать условия для формирования у учащихся опыта самостоятельного решения поставленных проблем.
4 Оценка результатов обучения основана на анализе уровня образованности,
достигнутого учащимися, т. е. на уровне его компетенций [4].
Проще говоря, знания в обучении перестают играть главную роль (вызубрил,
молодец!). Знания, безусловно, важны, однако главная задача образования – научить
обучающегося пользоваться этими знаниями для решения различных проблем.
Таким образом, на факультете Генерального штаба Вооруженных Сил появляется
возможность готовить специалистов в области государственного и военного управления
по специализациям обучаемых, что обеспечивает качественную подготовку специалистов
республиканских органов государственного управления, в том числе и для Министерства
по чрезвычайным ситуациям. Именно такой подход в образовательном процессе видится
оптимальным в деле совершенствования подготовки специалистов высшего уровня.
Литература
1 Концепция национальной безопасности Республики Беларусь, утвержденная Указом
Президента Республики Беларусь от 09.11.2010 № 575.
2 О гражданской обороне : Закон Респ. Беларусь от 27.11.2006 № 183–З.
3 Положение о Генеральном штабе Вооруженных Сил Республики Беларусь, утвержденное Указом Президента Республики Беларусь 07.12.2006 № 719.
4 Макет образовательного стандарта высшего образования второй ступени, утвержденный Приказом Министра образования Республики Беларусь 30.12.2011 № 850.
Поступила в редакцию 15.10.2014
78
К ВОПРОСУ О ПОДГОТОВКЕ СПЕЦИАЛИСТОВ ДЛЯ ОРГАНОВ МИНИСТЕРСТВА ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ
СИТУАЦИЯМ ВЫСШЕГО УРОВНЯ
V. G. Shumilov, S. A. Khorovets
THE ISSUE OF TRAINING HIGHRT LEVEL SPECIALISTS FOR THE MINISTRY OF EMERGENCY SITUATIONS
The system of preparation of experts of an administrative board for bodies of the Ministry of Emergency Measures of Byelorussia allows to prepare professional experts in the prevention and liquidation of emergency situations. However the special knowledge received by
experts not enough for maintenance of performance of problems, facing the Ministry in business of maintenance of national safety of Byelorussia. With a view of improvement of quality
of preparation of experts there is an imperative need of its perfection.
79
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 378.147.227
СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
В СИСТЕМЕ MOODLE
П. В. АСТАХОВ, начальник кафедры, кандидат физико-математических наук, доцент
А. В. БОБРИК, начальник учебно-методического отдела
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
Проанализированы требования, предъявляемые к созданию электронных учебнометодических комплексов. Описан опыт стандартизации электронных учебно-методических
комплексов, применяемых в учебном процессе Гомельского инженерного института.
Ключевые слова: электронный учебно-методический комплекс, дистанционное обучение, динамическая учебная среда.
Введение
Одним из признаков, характеризующих положение в современном профессиональном образовании, является противоречие между традиционными устоявшимися
формами процесса обучения – с одной стороны, и теми новыми свойствами, которые
приобретает образование как система в результате его информатизации, введения в эту
систему компьютера как нового средства обучения — с другой стороны.
В современных условиях организации образовательного процесса в учреждениях высшего образования использование компьютера как средства обучения оказывает
существенное влияние на методы преподавания и организацию процесса обучения в
целом. Рациональное использование компьютерных технологий позволяет повышать
эффективность процесса обучения. Это достигается, прежде всего, за счет применения
эффективных способов представления информации, индивидуализации и автоматизации образовательного процесса.
В настоящее время в образовательном процессе в учреждениях высшего образования все большую популярность приобретают электронные учебники, пособия и электронные учебно-методические комплексы (ЭУМК), особенно по тем учебным дисциплинам, где наглядность представления материала играет решающую роль.
Целью данной работы является разработка системы для автоматизированного
создания ЭУМК на базе сервера модульной объектно-ориентированной динамической
учебной среды Moodle.
Основная часть
Для обеспечения конкурентоспособности учреждения высшего образования
важно иметь соответствующий уровень развития информационно-образовательных ресурсов. Это определяет необходимость повышать требования к специально подготовленным интерактивным учебно-методическим материалам для самостоятельной работы
обучающихся. В настоящий момент приоритетными задачами развития высшего образования являются:
80
СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА В СИСТЕМЕ MOODLE
– совершенствование дистанционной формы высшего образования в направлении обеспечения потребностей граждан в получении высшего образования в условиях
полного (или почти полного) отсутствия необходимости посещения учреждения высшего образования;
– подготовка и издание учебно-методических комплексов (УМК), учебных пособий и учебников, в том числе электронных, для студентов, обучающихся на всех формах
получения образования.
По указанным причинам всем учреждениям высшего образования необходимо
продолжить разработку и внедрение в учебный процесс электронных средств обучения,
создание ЭУМК, расширение доступа студентов и преподавателей к электронным средствам обучения [1].
Концепция о ведущей роли УМК в обеспечении качества образования (в том
числе, дистанционного образования); содержания функций образовательного процесса,
реализуемых с помощью этих комплексов, а также типовое содержание УМК конкретных дисциплин были сформулированы в ряде публикаций [2].
Учебно-методический комплекс дисциплины является одним из элементов организации образовательной деятельности. Учебно-методический комплекс – это система
нормативной и учебно-методической документации, средств обучения и контроля, необходимых и достаточных для качественной организации основных и дополнительных
образовательных программ.
Это система взаимосвязанных и взаимодополняющих средств обучения, проектируемых в соответствии с учебной программой и выбранным дидактическим процессом, достаточных для реализации целей и содержания образовательного стандарта [3].
Функции УМК:
– выступает в качестве инструмента системно-методического обеспечения учебного процесса по взятой дисциплине, его предварительного проектирования;
– объединяет в единое целое различные дидактические средства обучения, подчиняя их целям обучения и воспитания;
– не только фиксирует, но и раскрывает (развертывает) требования к содержанию изучаемой дисциплины, к умениям и навыкам выпускников, содержащиеся в образовательном стандарте, и тем самым способствует его реализации;
– служит накоплению новых знаний, новаторских идей и разработок, стимулирует развитие творческого потенциала педагогов.
Учебно-методический комплекс должен разрабатываться для студентов по всем
учебным дисциплинам с учетом необходимости повышения качества усвоения учебного материала на уровне требований образовательных стандартов высшего образования.
Процесс разработки УМК очень важен для преподавателей, поскольку раскрывает их творческий потенциал, позволяет использовать весь накопленный педагогический и методический опыт. Преподаватель вырабатывает современные подходы к содержанию и преподаванию курса и организации учебного материала.
Свой подход с целью стандартизации работы по созданию ЭУМК выбран в Гомельском инженерном институте МЧС Республики Беларусь. Хранение всей информации, относящейся к содержательной части ЭУМК, осуществляется с использованием
модульной объектно-ориентированной динамической учебной среды Moodle. Внесение
необходимой информации в соответствующие разделы и секции ЭУМК производится
при помощи созданной в институте оболочки, которая представляет собой надстройку
над системой Moodle.
Используя систему Moodle, преподаватель может создавать курсы, наполняя их
содержимым в виде текстов, вспомогательных файлов, презентаций и т. п. Для работы
с системой Moodle достаточно иметь любой web-браузер, что делает использование этой
81
П. В. АСТАХОВ, А. В. БОБРИК
учебной среды удобной как для преподавателя, так и для обучаемых. Таким образом,
Moodle является центром создания учебного материала и обеспечивает интерактивное
взаимодействие между участниками учебного процесса. Знакомясь с системой Moodle
и начиная ее использование на практике, пользователи обычно исходят из простейшей
модели представления в ней организационной структуры содержания учебного процесса,
когда каждой учебной дисциплине учебного плана соответствует конкретный курс
Moodle. Однако реальная организация образовательного процесса учреждения образования, структура и содержательная организация дисциплин учебных планов по специальности в такую модель вписываются плохо. Это существенно сужает реальные возможности системы.
Проблемы унификации организационного представления учебной среды и содержания дисциплин в Moodle приобретают еще большее значение при решении задачи
сопряжения этой системы с существующими информационными системами учреждения образования, используемыми для управления учебным процессом. При этом, как
правило, конкретная дисциплина учебного плана также не является элементарной его
единицей и, в свою очередь, может включать разные виды учебных занятий – теоретические, практические, семинарские и т. п. Образовательный контент может быть специфичен для каждого из этих видов занятий по дисциплине, может быть общим для
них и относиться к дисциплине в целом, а в ряде случаев может быть общим для нескольких дисциплин. Решение задачи по стандартизации всех ЭУМК в рамках института потребовало некоторых изменений в рамках типичной модели, применяемой в системе Moodle. В предлагаемой нами модели объект «дисциплина учебного плана»
представлен категорией Moodle нижнего уровня. В эту категорию уже непосредственно
входят курсы Moodle, представляющие конкретные занятия по данной дисциплине. Все
категории нижнего уровня объединены в родительскую категорию, соответствующую
ЭУМК.
Разработанная в Гомельском инженерном институте надстройка к системе
Moodle позволяет стандартизировать процесс разработки ЭУМК с учетом указанных
выше особенностей и требований. В качестве разработчиков образовательного контента выступают сотрудники кафедр института, а в качестве администратора – представитель учебно-методического отдела. В обязанности администратора входит ввод названий учебных дисциплин, закрепление за каждой дисциплиной преподавателей,
ответственных за содержательную часть, и формирование готовых ЭУМК после окончания работы преподавателей. В свою очередь, преподаватели вносят учебные материалы, наполняют ЭУМК в соответствии со строго заданной структурой (рисунок 1).
Структура ЭУМК создается автоматически на основании разработанного шаблона при
вводе дисциплины администратором системы.
Основным средством структуризации содержания любого материала является меню, которое широко используется в ЭУМК. Это первый элемент – каркас, с которого
следует начинать проектирование ЭУМК. Меню отражает основные разделы ЭУМК,
имеет столько уровней вложенности, сколько их идет в логике самой работы. На первоначальном этапе проектирования часто возникают проблемы из-за нечеткости определения структуры (состав) ЭУМК в целом, т. е. не всегда понятно, какие структурные дидактические компоненты должны входить в состав ЭУМК. Одна из причин заключается
в том, что до сих пор не разработаны точные критерии, которые должны лежать в основе
определения состава ЭУМК.
82
СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА В СИСТЕМЕ MOODLE
Рисунок 1 – Основное окно системы управления ЭУМК
В разработанной структуре ЭУМК учтены требования Положения об учебнометодическом комплексе на уровне высшего образования, выделены следующие
разделы: теоретический, практический, контроль знаний и вспомогательный
(рисунок 2) [4].
Рисунок 2 – Основные подразделы ЭУМК
Все учебные материалы, внесенные в состав ЭУМК, автоматически хранятся в
базе данных сервера системы Moodle и доступны для всех пользователей данной системы как в виде отдельных файлов по выбранной тематике, так и в виде законченного
электронного ресурса, называемого ЭУМК.
Заключение
Таким образом, применение на практике компьютерных систем динамического
управления обучением является достаточно актуальной и востребованной задачей.
83
П. В. АСТАХОВ, А. В. БОБРИК
Важным направлением в этой области представляется разработка ЭУМК, способных
обеспечить необходимой информацией всех субъектов процесса обучения.
1
2
3
4
Литература
Об организации образовательного процесса в учреждениях высшего образования в
2014/2015 учебном году : письмо М-ва образования Респ. Беларусь. – Режим доступа: http://www.edu.gov.by/ru/main.aspx?guid=6081. – Дата доступа: 10.10.2014.
Бочков, В. Е. Организация дистанционного учебного процесса: модели, управление и
планирование ресурсного обеспечения / В. Е. Бочков // Российский портал открытого
образования: обучение, опыт, организация ; под ред. В. И. Солдатенко. – М. : МГИЦ,
С. 111–171.
Основы социально-гуманитарных наук: Учебно-методический комплекс : учеб. пособие : в 2 ч. / Г. И. Бабко [и др.] ; под общ. ред. Г. И. Бабко. – Минск : РИВШ БГУ,
2003. – Ч. 1.
Положение об учебно-методическом комплексе на уровне высшего образования. –
Режим доступа: http://www.nihe.bsu.by/index.php/ru/pol-umk. – Дата доступа:
10.10.2014.
Поступила в редакцию 22.10.2014
P. V. Astakhov, A. V. Bobrik
CREATING ELECTRONIC EDUCATIONAL AND METHODICAL
COMPLEX IN THE MOODLE SYSTEM
The requirements for the creation of electronic educational and methodical complexes
are analyzed. The experience of the standardization of electronic teaching materials used in
the educational process of the Gomel Engineering Institute is described.
84
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА. ТЕХНОЛОГИИ. ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОЙ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
УДК 614.841
УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ РАЗМЕРОВ
ВЗРЫВООПАСНОЙ ЗОНЫ ИСПАРЯЮЩЕЙСЯ ПОЖАРООПАСНОЙ
ЖИДКОСТИ НАД ОТКРЫТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ИСПАРЕНИЯ
Ф. Н. АБДРАФИКОВ, старший преподаватель1
В. П. АРТЕМЬЕВ, доцент2
1
Государственное учреждение образования «Институт переподготовки и повышения
квалификации» МЧС Республики Беларусь, пос. Светлая Роща
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, измерительные датчики, размеры взрывоопасной зоны.
Введение
Для подготовки специалистов по направлению «Предупреждение чрезвычайных
ситуаций» в ИППК МЧС Республики Беларусь и КИИ МЧС Республики Беларусь разработана и запатентована лабораторная установка для определения изменения размеров
взрывоопасной зоны испаряющейся пожароопасной жидкости [1], которая относится к
новым техническим средствам обучения.
При чрезвычайных ситуациях, сопровождающихся образованием поверхности испарения пожароопасной жидкости, одной из важных задач, которую решают специалисты
в области предупреждения и ликвидации ЧС, является определение зоны, в пределах которой возможен взрыв паровоздушной смеси, получившейся при испарении пожароопасной
жидкости, а также зоны воздействия давления взрыва для принятия превентивных мер.
Целью, для которой разработана данная лабораторная установка, является:
– обеспечение приобретения профессиональных навыков обучающихся при определении размеров взрывоопасной зоны во время разлива пожароопасной жидкости
как внутри помещения, так и на открытой площадке;
– изменение размеров зоны во времени, которое невозможно определить без
специальных приборов, а также обеспечить наглядность происходящего процесса.
Поставленная цель достигается за счет наглядности изменения концентрации
паров пожароопасной жидкости, графически отображаемого на ЖК-индикаторе и мониторе компьютера. Таким образом, предоставляется возможность для каждого обучаемого в режиме реального времени определять размеры взрывоопасной зоны, не находясь непосредственно у лабораторной установки.
85
Ф. Н. АБДРАФИКОВ, В. П. АРТЕМЬЕВ
Основная часть
Внешний вид лабораторной установки приведен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Общий вид лабораторной установки для определения изменения размеров
взрывоопасной зоны испаряющейся пожароопасной жидкости,
подключенной к персональному компьютеру
Лабораторная установка (рисунок 2) состоит из экспериментального модуля (I)
и электронного блока управления и демонстрации (II).
Экспериментальный модуль (I) включает в себя: основание 1; стойку 6 с восемью датчиками измерения величин концентрации паров пожароопасной жидкости 4,
расположенными на различной высоте над уровнем поверхности испаряющейся пожароопасной жидкости; реакционный сосуд 2 в виде закрытого герметичного пластикового прозрачного кожуха; испаритель (поддон) 3 для пожароопасной жидкости; герметичную крышку 5 реакционного сосуда, вентилятор с регулируемой мощностью 8. Так
как динамика испарения в помещении и на открытом пространстве различна, то вентилятор с регулируемой мощностью позволяет моделировать оба условия этого процесса.
Электронный блок управления (II) состоит из: встроенного ЖК-индикатора 12,
отображающего величины измеряемых параметров; тумблера 11 для включения электронного блока управления, регулятора мощности вентилятора 10; разъема 13 для подсоединения к внешним системам.
Датчики 4 соединены с электронным блоком управления электропроводами 9.
Демонстрационный блок (III) состоит из персонального компьютера 15, который
соединен с электронным блоком управления (II) кабелем 14.
Лабораторная установка функционирует следующим образом. В испаритель
(поддон) 3, находящийся под стойкой 6, помещается пожароопасная жидкость, пары
которой, испаряясь, поднимаются внутри реакционного сосуда (кожуха), создавая различную концентрацию на различной высоте. Датчики 4 формируют сигналы, соответствующие значениям величин концентрации паров испаряющейся жидкости, которые
поступают в блок управления лабораторной установкой и на вход персонального компьютера. Величины параметров концентрации, измеряемых на различных высотах,
отображаются на встроенном ЖК-индикаторе 12 электронного блока управления и параллельно на мониторе компьютера.
86
УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ РАЗМЕРОВ ВЗРЫВООПАСНОЙ ЗОНЫ ИСПАРЯЮЩЕЙСЯ
ПОЖАРООПАСНОЙ ЖИДКОСТИ НАД ОТКРЫТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ИСПАРЕНИЯ
66
55
44
1
1
88
77
33
99
22
10
10
14
14
13
11 12
12 13
15
15
Рисунок 2 – Схема лабораторной установки определения изменения размеров
взрывоопасной зоны испаряющейся пожароопасной жидкости:
I – экспериментальный модуль; II – электронный блок управления; III – демонстрационный
блок; 1 – основание; 2 – реакционный сосуд; 3 – испаритель (поддон); 4 – датчики измерения
концентрации; 5 – герметичная крышка; 6 – стойка; 7 – пожароопасная жидкость;
8 – вентилятор; 9 – электропровода; 10 – орган управления вентилятором; 11 – тумблер
включения электронного блока управления; 12 – ЖК-индикатор; 13 – разъем
для подсоединения к внешним системам; 14 – кабель; 15 – персональный компьютер
Электронный блок управления II работает следующим образом. Путем последовательного «опроса» всех датчиков 4 на встроенном ЖК-индикаторе отображаются измеряемые параметры величин концентраций испаряемой жидкости. Параллельно на
жесткий диск персонального компьютера для дальнейшей обработки и анализа осуществляется передача данных о концентрациях, поступивших с датчиков. Одновременно
на мониторе персонального компьютера строятся графики зависимости изменения концентрации паров пожароопасной жидкости от высоты (рисунки 3, 4). Полученные с
датчиков данные концентраций сравниваются с известными величинами концентрационных пределов воспламенения паров исследуемой пожароопасной жидкости, что дает
возможность установить зависимость от времени испарения изменение высоты и, соответственно, объема паровоздушной смеси, способной к взрыву.
Рисунок 3 – Вид окна программы
87
Ф. Н. АБДРАФИКОВ, В. П. АРТЕМЬЕВ
Рисунок 4 – График изменения концентрации паров пожароопасной жидкости
над открытой поверхностью испарения
Техническим результатом созданной лабораторной установки является возможность моделировать и изучать следующие процессы:
– испарение над открытой поверхностью, на открытом пространстве без движения воздушных масс (кожух и крышка сняты, вентилятор выключен);
– испарение над открытой поверхностью, на открытом пространстве с движением воздушных масс (кожух и крышка сняты, вентилятор включен);
– испарение над открытой поверхностью в ограниченном пространстве (крышка
снята, кожух надет);
– испарение над открытой поверхностью в закрытом помещении (кожух и крышка
установлены).
Таким образом, данная лабораторная установка позволяет проводить измерение
изменяющихся концентраций паров пожароопасной жидкости в зависимости от высоты
подъема ее паров над открытой поверхностью испарения как в помещении, так и на открытом пространстве при различных скоростях движения воздушных масс. Осуществлять передачу данных, полученных с датчиков измерения концентраций паров пожароопасной жидкости, на персональный компьютер, на мониторе которого в режиме
реального времени строятся графики зависимости концентрации паров пожароопасной
жидкости от высоты и времени испарения. Полученные данные подвергаются дальнейшей обработке и анализу обучающимися или исследователями, что позволяет разработать научно обоснованные меры пожарной безопасности.
Отображение на мониторе персонального компьютера в режиме реального времени графиков изменения концентрации паров пожароопасной жидкости над открытой
поверхностью испарения в зависимости от высоты их подъема и времени испарения
дает возможность наблюдать за процессом изменения концентрации вне нахождения
обучаемых непосредственно у лабораторной установки.
Заключение
Таким образом, лабораторная установка обеспечивает:
– непрерывный контроль изменения концентрации паров пожароопасной жидкости на различной высоте;
– определение предельной высоты и соответственно объема паровоздушной
смеси, способной к взрывному превращению в данный момент времени;
88
УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ РАЗМЕРОВ ВЗРЫВООПАСНОЙ ЗОНЫ ИСПАРЯЮЩЕЙСЯ
ПОЖАРООПАСНОЙ ЖИДКОСТИ НАД ОТКРЫТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ИСПАРЕНИЯ
– проводить моделирование процесса испарения пожароопасной жидкости, как в
закрытом помещении, так и на открытой площадке при различной скорости движения
воздушных масс;
– наглядность процесса изменения концентрации паров пожароопасной жидкости в зависимости от высоты и времени испарения;
– сохранение на жестком диске персонального компьютера полученных результатов эксперимента;
– возможность дать каждому обучаемому в режиме реального времени наблюдать за повышением концентрации пожароопасной жидкости веществ и определять
размеры взрывоопасной зоны [2], не находясь непосредственно у лабораторной установки;
– интенсификацию учебного процесса за счет уменьшения общего времени на
проведение лабораторной работы каждым обучаемым;
– приобретение профессиональных навыков оценки обстановки при возникновении ЧС, связанной с образованием испарения пожароопасной жидкости.
Литература
1 Лабораторная установка для определения концентрации паров пожароопасных
жидкостей в аппаратах : пат. 7315 Респ. Беларусь, МПК9 G 09B 25/00 / А. В. Маковчик,
Ф. Н. Абдрафиков, В. П. Артемьев, О. Г. Горовых ; заявитель ГУО ИППК МЧС
Респ. Беларусь. – № u 20100807 ; заявл. 24.09.10 ; опубл. 30.06.11 // Афіцыйны бюл.
/ Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. – 2011. – № 3. – С. 224–225.
2 Правила устройства электроустановок. – М. : Энергоатомиздат, 1985. – 640 с.
Поступила в редакцию 15.08.2014
F. N. Abdrafikov, V. P. Artemyev
THE INSTALLATION FOR DEFINE OF THE DIMENSION THE HIGH RISK
OF EXPLOSION AREA OF THE STEAMY FIRE-DANGEROUS LIQUID OVER
THE EXPOSED SURFACE EVAPORATION
The necessity of developing an installation that can be used, for training as a laboratory installation in educational establishments, as the MES, and others educational establishments connecting with the study of the basics of fire safety, as well as a laboratory installation
in research laboratories of the same profile.
89
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 631.7, 627.834
ПРОБЛЕМЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
НА ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН
Т. М. АЮБАЕВ1
В. Е. ЛЕВКЕВИЧ, кандидат технических наук2
Ж. О. ДОСМАГАМБЕТОВ3
1
МЧС Республики Казахстан, г. Астана
Государственное учреждение образования «Командно-инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь, г. Минск
3
Кокшетауский технический институт МЧС Республики Казахстан
2
Проведен анализ современного состояния гидротехнических сооружений на водных
объектах в Республике Казахстан, а также предложена методология оценки состояния их эксплуатации.
Ключевые слова: чрезвычайные ситуации, паводки, наводнения, сели, оползни, стихийные бедствия, система мониторинга риска ЧС, аварии на ГТС,
гидрообъекты, кавитационная опасность.
Введение
Республике Казахстан в силу своего географического положения ежегодно наносится прямой ущерб от чрезвычайных ситуаций, который исчисляется от 19,2 до
24,7 млн $ США (при отсутствии глобальных стихийных бедствий). По экспертным оценкам косвенный ущерб в этом случае оценивается суммой около 82,4–110 млн $ США
и ущерб от гибели людей и лечения пострадавших – около 16,5 млн $ США. В общей сумме это может составлять до 164,5–219,7 млн $ США ежегодно.
Чрезвычайные ситуации природного характера разнообразны для различных природных, горно-геологических и геодинамических условий территории республики, и в
зависимости от сочетания предопределяют ту или иную степень подверженности территорий природным катастрофам: землетрясениям, паводкам, селям, оползням, снежным
лавинам, ураганам, лесным и степным пожарам, резким понижениям температур и снежным буранам, эпидемиям и эпизоотиям.
Анализ информации о чрезвычайных ситуациях с учетом структуры угроз и динамики их изменений свидетельствует о том, что стихийные бедствия, связанные с
опасными природными явлениями, техногенные аварии и антропогенные факторы являются основными источниками чрезвычайных ситуаций. Они представляют существенную угрозу для безопасности граждан, экономики страны и, как следствие, для устойчивого развития и обеспечения национальной безопасности Республики Казахстан.
Ежегодный ущерб республике наносят чрезвычайные ситуации, связанные с
водной стихией (паводки, наводнения, сели), который оценивается в десятки миллионов долларов США.
90
ПРОБЛЕМЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН
Основная часть
В Казахстане насчитывается 653 гидротехнических сооружений, имеющих различную ведомственную принадлежность и форму собственности, 268 из которых, в том
числе 28 крупных, не отвечают современным требованиям надежности, нуждаются в
срочном ремонте и представляют потенциальную угрозу для нижерасположенных населенных пунктов и объектов. В настоящее время на территории республики имеется
270 водохранилищ с комплексом гидротехнических сооружений, из которых 62 водохранилища республиканского значения и 208 местного значения. При этом фактический износ водохозяйственных объектов составляет более 60 %. Указом Президента
Республики Казахстан 57 водохранилищ и 29 водоподпорных гидротехнических сооружений включены в перечень объектов, имеющих особое стратегическое значение.
Так, одно из крупнейших за последнее время наводнений, произошедшее весной
2011 г. в Западно-Казахстанской области и прошедшее без жертв, повлекло выделение
на цели восстановления ущерба от разрушений свыше 104,4 млн $ США. Авария Кызылагашского водохранилища в 2010 г., емкостью 42 млн м3 привела к суммарному
ущербу в 51,1 млн $ США, что говорит о необходимости срочного финансирования мероприятий по предупреждению аварий ГТС как из республиканского, так и из местного
бюджета, а также частными владельцами ГТС.
Следует еще раз отметить, что на сегодняшний день существующие в республике гидротехнические сооружения имеют различную ведомственную принадлежность и
форму собственности. Вероятность разрушения подпорных сооружений в Казахстане
выросла в связи с перестройкой экономики и отсутствием «хозяина» у некоторых водохранилищ. Бесхозные малые и средние по размерам водохранилища представляют
серьезную опасность, так как велика угроза их переполнения и прорыва плотин при интенсивном снеготаянии и продолжительных летне-осенних осадках. Незапланированный и несогласованный с общими мероприятиями в период половодий и паводков
спуск этих водохранилищ может усугубить последствия наводнений.
Средний срок службы гидротехнических сооружений без реконструкции и ремонта составляет 40–50 лет, и большинство сооружений уже выработали свой ресурс,
а отсутствие необходимых финансовых средств не позволяет их содержать в надлежащем техническом состоянии.
Особую опасность представляет техническое состояние русловых плотин. В случае
возможных аварий на этих плотинах в зону поражения могут попасть многие населенные
пункты, тысячи предприятий, миллионы гектаров сельскохозяйственных угодий.
По территории Казахстана протекает около 800 рек протяженностью 50 и более км.
Постоянной проблемой является их вредное воздействие – паводки, наводнения, подтопление и затопление сельскохозяйственных земель, населенных пунктов и объектов экономики. К территориям, подверженным им, относятся долины крупных трансграничных рек
Сырдарьи, Иртыша, Урала, в пределах Южно-Казахстанской, Кызылординской, ВосточноКазахстанской, Павлодарской и Западно-Казахстанской областей. Из-за недостаточного
финансирования за последние 10 лет противопаводковые мероприятия в требуемом объеме не проводились.
На перераспределение годового стока рек большое влияние оказывают водохранилища с режимом многолетнего регулирования стока. Наиболее крупные из них:
Бухтарминское (на р. Иртыш) с полным объемом 49,0 км3, Капшагайское (на р. Или) с
объемом 28,1 км3, Шардаринское (на р. Сырдарья) – 5,2 км3, Верхне-Тобольское и Каратомарское (на р. Тобол) – соответственно 0,82 и 0,59 км3, Вячеславское и Сергеевское (на р. Ишим) – 0,4 и 0,7 км3.
91
Т. М. АЮБАЕВ, В. Е. ЛЕВКЕВИЧ, Ж. О. ДОСМАГАМБЕТОВ
На всех крупных водохранилищах происходят интенсивный размыв и обрушение берегов, создающие угрозу для населенных пунктов и ведущие к затоплению и заболачиванию сельскохозяйственных земель. Пойменные земли большинства нерегулированных водотоков представляют собой паводкоопасные территории.
Наводнения, вызванные весенним либо весенне-летним половодьем, отмечаются
на реках практически во всех регионах Казахстана. Возникновение наводнений этого
типа на реках южного Казахстана вероятно в феврале-июне, юго-восточного и восточного Казахстана – в марте-июле, на равнинных реках республики – в марте-июне. Наибольший ущерб приносят наводнения на реках Иртыш, Урал, Тобол, Ишим, Нура, Эмба, Тургай, Сарысу и др., а также на многочисленных их притоках.
Катастрофические наводнения, связанные с ветровыми нагонами, на территории
Казахстана наблюдаются в дельте реки Урал и по всему северо-восточному побережью
Каспия. Наиболее опасными являются периоды с октября по декабрь и в мае, когда
подъемы уровня воды достигают 2,0–2,5 м и морская вода проникает на десятки километров вглубь территории.
В последние годы резко увеличилось число наводнений, вызванных антропогенными факторами. Так, на реке Сырдарье наводнения происходят при повышенных
сбросах воды из Шардаринского водохранилища (из-за несоблюдения графика попусков) в зимний период.
Опасность представляют накопители сточных вод ряда крупных городов республики (Алматы, Актюбинска, Тараза и др.). В аварийном состоянии находятся некоторые плотины крупных гидроузлов (например, Тасоткельского, Терс-Ащибулакского,
Шардаринского, Сергеевского и др.), что может явиться причиной возникновения катастрофических наводнений.
Затопление территорий грозит не только возможными жертвами среди населения, но и нарушением (уничтожением) объектов инфраструктуры (дорог, мостов, линий электропередачи, дамб). Возрастает вероятность изменения природных систем
(оползни, новые русла рек, заторы), разрушения сельскохозяйственных угодий и других последствий.
Из стихийных природных бедствий наводнения (затопление водой местности и
населенных пунктов) по повторяемости явления, площади распространения и ежегодному материальному ущербу занимают первое место. Более того, в последние годы в
мире отмечается рост числа и масштабов наводнений и связанных с ними социальных и
экономических потерь. Как в настоящее время, так и в обозримом будущем наводнения, как стихийное бедствие, не могут быть целиком предотвращены везде и всюду, их
можно только ослабить, локализовать, и при своевременном предупреждении свети к
минимуму материальный ущерб.
Основными методами борьбы с наводнениями является осуществление комплекса мер по предотвращению или смягчению последствий наводнений (строительство гидротехнических сооружений по регулированию стока, создание оградительных
дамб и т. д.) и своевременное оповещение о возможности и масштабах наводнения.
Для управления действиями по предотвращению нежелательного развития событий и преодолению последствий наводнений необходимо привлечение больших объемов разнородных данных, поступающих из различных источников (картографическая,
аэрокосмическая, гидрологическая информация), оперативная обработка и анализ этой
информации, и представление ее в виде, обеспечивающем принятие решений в ограниченных временных рамках.
Моделирование обстановки во время наводнений и половодий позволяет принимать эффективные меры по уменьшению экономических последствий и обеспечить
92
ПРОБЛЕМЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН
безопасность населения в кризисных ситуациях. Применение космических снимков в
совокупности с геоинформационными технологиями позволяет спрогнозировать и оценить возможный ущерб, провести необходимые мероприятия и оперативно контролировать ситуацию в режиме, близком к реальному времени.
Актуальность данного вопроса определяется высоким уровнем ответственности
гидротехнических сооружений, разрушения которых могут сопровождаться значительными ущербами экономического, социального и экологического характера и представляется необходимостью обеспечения научного подхода к проблеме внутренней и внешней
безопасности, профилактике системных угроз национальной безопасности и к которым
законодательно отнесены чрезвычайные ситуации природного и техногенного характера.
Одной из наиболее важных и ответственных задач развития сектора экономики
Казахстана является удовлетворение все возрастающих потребностей в электроэнергии
промышленности и сельского хозяйства в соответствии с долгосрочной программой
развития энергетики нашей страны. В решении этой задачи немалую роль играет не
только интенсивное строительство новых крупных гидроузлов, но и обеспечение безопасной работы эксплуатируемых гидротехнических сооружений.
Обеспечение безаварийной работы гидроузлов связано с тем, что около 15 %
всех в мире ГТС вызывает сомнение в отношении их надежности, а мелкие и средние
аварии происходят ежегодно почти на 5 % существующих ГТС.
В современном гидротехническом строительстве в последние десятилетия наблюдается устойчивая тенденция возведения плотин большой высоты и длины, создающих водохранилища, объем воды в которых достигает сотен миллиардов кубических метров. С увеличением размеров плотин возрастают и нагрузки, действующие на
ГТС, на берега и дно водохранилища, и, следовательно, растет и вероятность их значительных повреждений, которые могут привести к катастрофическим последствиям.
Основными причинами, вызывающими катастрофические аварии на ГТС, являются низкая пропускная способность водосбросов, высокая удельная нагрузка на грунт
нижнего бьефа, кавитационная опасность в шахте и отводящем туннеле, неэффективное гашение энергии сбросного потока воды.
Анализ существующих конструкций ГТС показал, что существующие водосбросы и гасители энергии сбросного потока имеют значительные недостатки и не устраняют вышеуказанные основные причины, вызывающие техногенные катастрофы на
гидрообъектах. В результате не создаются условия для увеличения пропускной способности, повышения эффективности гашения энергии сбросного потока. Увеличение
пропускной способности связано с обеспечением устойчивого режима на верхнем бьефе, устранением кавитационной опасности, обеспечением безнапорного режима в отводящем туннеле. Эффективность гашения энергии сбросного потока повышается за
счет снижения удельной нагрузки на грунт нижнего бьефа с применением эффекта закрутки потока. Наличие данных проблем приводит к авариям водосбросов и размыву
нижнего бьефа, что влияет на безопасность и надежность ГТС.
Заключение
В заключение приведем перечень контролируемых количественных и качественных показателей состояния, уровни внешних воздействий и условий эксплуатации ГТС:
1 Для оценки состояния эксплуатируемого ГТС необходимо контролировать
следующие количественные (измеряемые с помощью технических средств и вычисляемые на основе измерении) показатели:
– вертикальные и горизонтальные перемещения и деформации сооружений, их
оснований (в пределах активной и приконтактной зон);
93
Т. М. АЮБАЕВ, В. Е. ЛЕВКЕВИЧ, Ж. О. ДОСМАГАМБЕТОВ
– напряжения в сооружениях и их основаниях (бетон, арматура, скала, грунт и др.);
– напряжения на контакте бетонных сооружений с основанием, с различного рода засыпками и земляными сооружениями;
– параметры сейсмических колебаний оснований и динамической реакции сооружений;
– взаимные смещения по межсекционным швам бетонных и железобетонных сооружений;
– раскрытие трещин, межблочных швов в бетонных и железобетонных сооружениях;
– глубину распространения трещины по контакту бетонной плотины со скальным основанием;
– углы поворота характерных сечений бетонных и железобетонных сооружений;
– фильтрационный расход воды (суммарный и по отдельным участкам сооружений и их оснований), поступающий в дренажные устройства и подземные выработки
или выходящий на дневную поверхность;
– отметки депрессионной поверхности фильтрационного потока в теле грунтовых сооружений и береговых примыканиях;
– пьезометрические напоры и их градиенты в теле грунтовых сооружений, основании и береговых примыканиях;
– фильтрационное давление на подошвы бетонных сооружений;
– температуру сооружений и их оснований в приконтактной зоне;
– поровое давление и интенсивность его рассеивания в водоупорных элементах
плотин из грунтовых материалов и оснований.
2 Для оценки состояния сооружений необходимо контролировать также действующие на сооружение нагрузки и воздействия, к числу которых относятся:
– гидростатическое давление со стороны верхнего и нижнего бьефов (уровни
воды, графики наполнения и сработки водохранилища);
– температура окружающих сооружение сред (воздуха, воды);
– воздействие льда на сооружение и механическое оборудование;
– динамические воздействия на сооружение (от сбрасываемого потока воды, работы гидроагрегатов, железнодорожного и автомобильного транспорта, промышленных взрывов);
– сейсмические воздействия (динамические перемещения, скорости, ускорения
основания во время сейсмособытия).
3 Оценку уровня риска аварии (уровня безопасности) эксплуатируемого ГТС необходимо выполнять с учетом следующих качественных показателей:
– соответствия конструктивно-компоновочных решений и условий эксплуатации
ГТС положениям действующих норм и правил, а также современным методам расчетов
и методам оценки состояния ГТС;
– опасности превышения принятых в проекте расчетных уровней возможных
природных воздействий;
– изменения расчетных значений механических и фильтрационных характеристик материалов сооружений, а также свойств пород оснований;
– соответствия критериям безопасности показателей состояния, контролируемых
средствами измерений;
– соответствия критериям безопасности показателен состояния, оцениваемых на
экспертной основе (в том числе контролируемых визуально);
– нарушения условий эксплуатации.
94
ПРОБЛЕМЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН
4 Визуальному контролю подлежат следующие качественные показатели состояния эксплуатируемых ГТС:
– наличие и развитие просадок или пучения грунта на гребне, бермах или откосах;
– локальные оползни откосов и береговых склонов;
– повреждения волнозащитных креплений откосов плотин;
– наличие полостей и каверн в основании и теле сооружений;
– наличие и развитие трещин на гранях сооружений, в зонах сопряжения элементов сооружений и основании с различными механическими и фильтрационными
свойствами, а также в подземных выработках;
– протечки в потернах сооружений, следы выщелачивания бетона;
– засорение, зарастание, перемерзание дренажных устройств;
– наледи на выходах профильтровавшейся воды;
– высачивание воды и намокание откосов и склонов;
– наличие мутности профильтровавшейся воды;
– механические повреждения элементов водосбросного тракта и размывы русла
в нижнем бьефе;
– ориентировочные объемы и уровень наносов в верхнем бьефе.
5 Перечни, приведенные в п. 1–4, не являются неизменными и исчерпывающими и
должны уточняться и дополняться для каждого конкретного сооружения с учетом природных условии, конструктивных особенностей сооружений и условий эксплуатации.
Литература
1 Абелев, М. Ю. Деформации сооружений в сложных инженерно-геологических условиях / М. Ю. Абелев. – М., 1982.
2 Балагуров, Б. Ф. Расчеты общих деформаций в нижних бьефах гидроузлов / Б. Ф. Балагуров. – М., 1973.
3 Кошумбаев М. Б. Безопасность гидротехнических сооружений / М. Б. Кошумбаев,
А. И. Квасов // Инновационные технологии в образовании и науке : сб. науч. тр. междунар. науч.-метод. конф. – Зыряновск, 2006. – С. 155–158.
4 Кошумбаев, М. Б. Повышение безопасности гидротехнических сооружений при
чрезвычайных ситуациях путем усовершенствования конструкции водосбросов : автореф. ... д-ра техн. наук / М. Б. Кошумбаев. – Алма-Ата : КазНИИЭ, 2008. – 39 с.
5 Левкевич, В. Е. Об основных берегообразующих факторах малых равнинных водохранилищ / В. Е. Левкевич. – Пермь, 1980.
6 Левкевич, В. Е. Рациональное использование и охрана прибрежных ландшафтов на
водохранилищах Белоруссии / В. Е. Левкевич, П. С. Лопух. – Минск, 1990.
7 Рыженко, Н. Ю. Автоматизация оценки и прогнозирования безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов : автореф. ...
канд. техн. наук / Н. Ю. Рыженко. – Петрозаводск, 2006.
8 Тимофеева, Е. А. Расчеты риска в гидротехническом строительстве : автореф. ...
канд. техн. наук / Е. А. Тимофеева. – Москва, 2009.
Поступила в редакцию 12.06.2014
Т. М. Аyubaev, V. Е. Levkevich, Zn. О. Dosmagambetov
PROBLEMS OF EMERGENCE OF EMERGENCY SITUATIONS ON WATER
OBJECTS IN THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
The analysis of a current state of hydraulic engineering constructions on water objects
in the Republic of Kazakhstan is carried out, and also the methodology of an assessment of a
condition of their operation is offered.
95
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 621.87
УСТРОЙСТВО ЗАХВАТОВ ДЛЯ ЗАЦЕПКИ ПОВРЕЖДЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ПРИ РАЗБОРКЕ ЗАВАЛОВ АВТОМОБИЛЬНЫМИ КРАНАМИ
А. А. КОНДРАТОВИЧ, кандидат технических наук, профессор
Д. С. ЛОБАЧ
Государственное учреждение образования «Институт переподготовки и повышения
квалификации» МЧС Республики Беларусь, пос. Светлая Роща
Рассматриваются вопросы проведения аварийно-спасательных работ в зоне разрушения
строительных конструкций. Приведены технические решения новых устройств для зацепки поврежденных конструкций при разборке завалов автомобильными кранами.
Ключевые слова: завал, автомобильный кран, захват.
Введение
На настоящем этапе развития нашего общества и государства все большее внимание уделяется обеспечению безопасности как отдельной личности, так и общества в
целом. Это обусловлено участившимися в различных регионах мира случаями обрушения зданий и сооружений в результате природных и техногенных факторов, военных
действий, терактов и т. д.
Причинами обрушений могут стать также ошибки на стадии проектирования и
строительства, нарушение правил эксплуатации объектов, их физический и моральный
износ, приводящий к старению и коррозии материалов, из которых они выполнены.
4 апреля 2013 г. в расположенном вблизи Мумбаи городе Тхане в западном индийском штате Махараштра обрушилось недостроенное семиэтажное здание, в котором
проживали около 35 семей. Под обломками погибли 74 человека. Травмы получили более 60 человек [1].
24 апреля 2013 г. в пригороде столицы Бангладеш Дакки обрушился комплекс
Rana Plaza, в котором находились четыре фабрики по пошиву одежды, банк и множество магазинов. Погибли около 150 человек, почти 700 доставлены в больницу [1].
28 июня 2014 г. в городе Ченнай на юге Индии произошло обрушение 12-этажного
строящегося здания. Погибло более 60 человек. Спасателям удалось освободить из-под
обломков здания 27 выживших [1].
В Республике Беларусь также имелись случаи подобных происшествий, вызванных природными или техногенными факторами.
Так, 27 января 2004 г. в средней школе № 1 районного центра Краснополье Могилевской области во время занятий по физкультуре в спортивном зале обрушилась
стена, а затем и потолок. В результате погибло 4 человека [2].
8 февраля 2012 г. в многоквартирном жилом доме на территории в/ч № 30151
в д. Малиновка Логойского района Минской области в результате взрыва бытового газа
произошло полное разрушение среднего подъезда дома. Пострадало 15 человек, 1 человек погиб [3].
96
УСТРОЙСТВО ЗАХВАТОВ ДЛЯ ЗАЦЕПКИ ПОВРЕЖДЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ РАЗБОРКЕ ЗАВАЛОВ
АВТОМОБИЛЬНЫМИ КРАНАМИ
30 июня 2014 г. в г. Светлогорске (Республика Беларусь) произошло обрушение
гипсокартонного подвесного козырька для рекламы и подсветки внутри магазина «Родная сторона». Пострадали 5 человек [5].
Воздействие одновременно одной или нескольких вышеназванных причин может привести к обрушению внутренних перегородок и стен, проломам в стенах, обрушению частей зданий, разрушению связей между частями зданий, обрушению кровли,
сопровождающиеся образованием завалов.
Завал – это хаотическое нагромождение строительных материалов и конструкций, обломков технологического оборудования, санитарно-технических устройств, мебели, домашней утвари, камней. Разборка завалов является самой трудоемкой работой
при ликвидации последствий производственных аварий и стихийных бедствий [4].
Основная часть
Структура завалов зависит от материала, из которого были сооружены разрушенные
здания. При разрушении кирпичных промышленных зданий характерна следующая структура завалов: кирпичные глыбы до 1 м3 – 20 %, обломки железобетонных и бетонных конструкций до 0,8 м3 – 60 %, деревянные конструкции – 3 %, металлические конструкции (в том
числе станочное оборудование) – 10 %, строительный мусор – 7 %.
При разрушении крупнопанельных зданий: обломки железобетонных и бетонных конструкций (до 0,8 м3) – 75 %, деревянные конструкции – 18 %, металлические конструкции – 2 %, строительный мусор – 5 %.
Структура завалов по весу обломков при разрушении производственных одноэтажных и многоэтажных зданий: очень крупные обломки (более 5 т) – 60 %, крупные обломки (2–5 т) – 10 %, средние обломки (0,2–2 т) – 20 % – для стен из крупных панелей, 5 % – для стен из кирпича [6].
Характерными были повреждения строительных конструкций, встретившихся спасателям при ликвидации последствий чрезвычайного происшествия в результате взрыва
бытового газа, происшедшего 8 февраля 2012 г. в многоквартирном жилом доме на территории в/ч № 30151 в д. Малиновка Логойского района Минской области (рисунок 1).
Рисунок 1 – Общий вид повреждений строительных конструкций
при взрыве бытового газа в жилом здании
При ведении спасательных работ в условиях разрушений применяется различное
аварийно-спасательное оборудование, а также тяжелая техника (автокраны с большим
вылетом стрелы, автолестницы, автоплощадки, экскаваторы, бульдозеры, автопо97
А. А. КОНДРАТОВИЧ, Д. С. ЛОБАЧ
грузчики, самосвалы). Применение автомобильных кранов при разборке завалов из
строительных конструкций на различных этапах ведения спасательных работ дает
большое преимущество спасателям.
В настоящее время применяются различные виды съемных грузозахватных приспособлений. В то же время при разборке поврежденных строительных конструкций
необходимо участие человека (стропальщика) для выполнения работ по обвязке (строповке), зацепке и перемещению грузов кранами, что чрезвычайно опасно и не может
быть применено согласно требованиям по охране труда при работе с грузоподъемными
кранами.
Однако спасатели вынуждены выполнять такие работы при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, находясь на хаотически расположенных элементах завала, которые в любой момент могут начать самопроизвольное движение даже от незначительного случайного воздействия. Выполняя работы в таких условиях, спасатели
рискуют в любой момент получить травмы поврежденными строительными конструкциями.
Учитывая характер разрушений и возможность травматизма спасателей на месте
работ, можно сделать вывод, что определение безопасных приемов и способов ведения
таких работ спасателями является актуальной задачей.
Особая роль стропальных работ в чрезвычайных ситуациях заключается в широком разнообразии грузов, отсутствии у большинства из них специальных мест для
строповки, возможном внезапном падении груза при перемещении из-за нарушения его
целости и многообразия условий работы.
Важным элементом стропальных работ является сопровождение грузов в процессе их перемещения, опускания, установки, расстроповки. С целью исключения раскачивания груза в воздухе при перемещении, для ориентации груза в пространстве и
остановки используются оттяжки (веревочные приспособления), которые одним концом прикрепляются к грузу, а другой конец находится в руках спасателя.
Одним из наиболее распространенных способов строповки грузов является обвязка «на удавку». Этот способ предполагает формирование петли вокруг груза, пропуская один конец стропа через другой или используя специальные крюки. Данный
способ строповки возможно использовать при работе со всеми видами строп – канатными, цепными, текстильными и круглопрядными.
В мире изобретено и разработано множество конструкций зажимных грузозахватных устройств. Наибольшее распространение получили клещевые, рычажные и
рычажно-канатные, фрикционные зажимные, эксцентриковые, клиновые зажимные
грузозахватные устройства.
В целях предупреждения падения грузов во время подъема и перемещения их
кранами следует соблюдать следующие правила строповки:
– при обвязке груза стропы должны накладываться без узлов и перекруток. При
перемещении грузов, имеющих острые ребра, с помощью канатных стропов между
ребрами и канатами для предохранения последних от повреждений следует размещать
специальные проставки;
– неиспользованные для зацепки концы многоветвевого стропа должны быть закреплены так, чтобы при перемещении груза краном исключалась возможность задевания этими концами за встречающиеся на пути предметы.
– при обвязке грузов цепными стропами не следует допускать изгиба звеньев на
ребрах груза;
– при регулярном использовании канатных стропов для обвязки грузов с закруглениями, радиусы которых составляют менее 10 диаметров каната, рекомендуется
98
УСТРОЙСТВО ЗАХВАТОВ ДЛЯ ЗАЦЕПКИ ПОВРЕЖДЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ РАЗБОРКЕ ЗАВАЛОВ
АВТОМОБИЛЬНЫМИ КРАНАМИ
снижать допускаемую нагрузку на ветви стропа. При строповке груза с его затяжкой
петлей канатного стропа рекомендуется снижать его грузоподъемность на 20 %.
– перемещение грузов со свободной укладкой их на петлевые стропы допускается только при наличии на грузе элементов, надежно предотвращающих его от смещения в продольном направлении.
Применение существующих технических устройств для зацепки, обвязки (строповке), навешиванию и перемещению грузов кранами при ликвидации последствий
чрезвычайных ситуаций без присутствия спасателя невозможно. Показанный на рисунке 2 зацеп поврежденных строительных конструкций спасателями, находящимися при
зацеплении на поверхности завала, наглядно подтверждает то, что спасатели подвергаются большой опасности быть раздавленными поврежденными строительными конструкциями при возможном самопроизвольном их движении от незначительного случайного воздействия.
Рисунок 2 – Зацеп поврежденной строительной конструкции
На рисунке 3 показаны действия спасателей при закреплении ими поврежденного негабаритного железобетонного изделия нестандартной формы с помощью подручных средств. Такое решение по зацепке поврежденного негабаритного железобетонного изделия в составе завала грубо нарушает условия соблюдения требований по охране
труда спасателей и, кроме того, требует больших временных затрат, что не удовлетворяет современным нормативным требованиям.
Рисунок 3 – Закрепление спасателями поврежденного негабаритного железобетонного
изделия нестандартной формы с помощью подручных средств
99
А. А. КОНДРАТОВИЧ, Д. С. ЛОБАЧ
Таким образом, из вышеизложенного следует, что для разборки завалов из поврежденных строительных конструкций с помощью автомобильных кранов необходимо разрабатывать дополнительную оснастку.
Ниже приведены описание устройств и принципы действия разработанных авторами дополнительных оснасток в виде захватов для разборки завалов из поврежденных
строительных конструкций с помощью существующих автомобильных кранов.
Устройство захвата для зацепки поврежденных строительных конструкций с
дополнительным приводом показано на рисунке 4.
3
1
2
4
Рисунок 4 – Захват для зацепки поврежденных строительных конструкций
с дополнительным приводом: 1 – электромагнит; 2 – пружина возвратная;
3 – скоба для навешивания захвата на крюк крана; 4 – рычаги захвата
Дополнительный привод представляет собой электромагнит 1, служащий для автоматического раскрытия – закрытия захвата.
Захват работает следующим образом. При подаче напряжения от электросети
крана на электромагнит рычаги захвата 4 раскрываются, пружины 2 сжимаются. Крановщик подводит захват к грузу, отключает подачу напряжения на электромагнит от
сети, при этом пружины разжимаются, рычаги захвата закрываются, зажимая груз. Под
действием собственного веса груза происходит его окончательный зажим захватом.
Груз готов к перемещению.
После перемещения груза к месту разгрузки на электромагнит снова подается
напряжение и захват раскрывается, освобождая груз, и т. д.
Однако данное техническое предложение имеет существенные недостатки: наличие электромагнита и необходимость в связи с этим подвода электрического напряжения, что усложняет конструкцию захвата и требует дополнительных мер по охране
труда при работе. Поэтому проводились исследования по созданию захвата без дополнительного привода.
Устройство захвата для зацепки поврежденных строительных конструкций краном без дополнительного привода показано на рисунке 5.
100
УСТРОЙСТВО ЗАХВАТОВ ДЛЯ ЗАЦЕПКИ ПОВРЕЖДЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ РАЗБОРКЕ ЗАВАЛОВ
АВТОМОБИЛЬНЫМИ КРАНАМИ
3
2
4
5
1
Рисунок 5 – Захват для зацепки поврежденных строительных конструкций
без дополнительного привода: 1 – зажимы; 2 – подвижные рычаги верхние;
3 – кольцо для навешивания на крюк крюковой обоймы крана;
4 – подвижные рычаги нижние; 5 – проушины для крепления оттяжек
По прибытии автомобильного крана на место разборки завала и развертывания,
расчет спасателей (не менее двух человек) на крюк крюковой обоймы надевают кольцо 3
захвата и закрепляют (пристегивают) оттяжки к проушинам 5. Оттяжки представляют собой веревку длиной 8,0–10,0 м, на одном конце которой закреплен легко открываемый зажим (карабин).
Технология разборки завала на месте аварийно-спасательных работ заключается
в следующем.
Машинист автомобильного крана подводит захват к выбранному элементу завала. Расчет спасателей с помощью оттяжек обеспечивают установку захвата именно в
выбранное место на материке завала.
Машинист крана опускает захват до касания выбранного элемента завала, подвижные рычаги 2 и 4 перемещаются под действием силы своего веса и веса крюковой
обоймы крана, создавая условия для охвата элемента зажимами 1. Нижние рычаги 4
имеют длину в 1,05–1,1 раза большую, чем верхние рычаги 2, что обеспечивает силу
сжатия зажимов большую, чем вес поднимаемого груза. Расчет спасателей с помощью
оттяжек обеспечивают охват поднимаемого элемента завала, исключая при этом раскачивание груза при повороте стрелы автомобильного крана. При подъеме крюковой
обоймы подвижные зажимы зажимают груз и под действием его веса поднимаемого
элемента удерживают его от падения при перемещении на место складирования или на
транспортное средство.
Заключение
Использование захватов для зацепки поврежденных строительных конструкций
с помощью автомобильного крана предлагаемых конструкций позволяет исключить
травмирование или гибель спасателей в условиях работы в обрушенных строительных
конструкциях.
Литература
1 Случаи обрушения зданий в зарубежных странах в 2011–2013 годах. – Режим доступа :
http://ria.ru/spravka/20130424/934351276.html#14065430499043&message=resize&relto=
register&action=addClass&value=registration. – Дата доступа: 28.07.2014.
101
А. А. КОНДРАТОВИЧ, Д. С. ЛОБАЧ
2 Трагедия в Краснополье. – Режим доступа: http://bdg.by/news/news.htm 56030,67. –
Дата доступа: 28.07.2014.
3 В д. Малиновка, Логойского района, произошел взрыв бытового газа. 15 пострадало,
1 погиб. – Режим доступа: http://www.pleschenitsy.by/51-news/vazhnoe/921-v-derevnemalinovka-vzorvalsya-gaz. – Дата доступа: 28.07.2014.
4 Учебник спасателя.
–
Режим
доступа: http://www.gimsyaroslavl.narod.ru
/Rescuer/Rescuers_Guidebook/ch3111_zav.htm. – Дата доступа: 28.07.2014.
5 В открывшемся супермаркете пострадало 5 человек. – Режим доступа: ttp:// Петриков.regiony.- news/2397 by/ бизнес / организации/ОАО/. – Дата доступа: 28.07.2014.
6 Правила проведения аварийно-спасательных работ при обрушении зданий и сооружений : пособие. – М. : ФГУ ВНИИ ГОЧС(ФЦ), 2004.
7 Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий – М. : Ассоц.
строит. вузов, 1998. – 307 с.
8 Technical rescue for Structural Collapse. First Edition. International Fire Service Training
Association.
Поступила в редакцию 15.08.2014
A. A. Kondratovich, D. S. Lobach
THE DEVICE FOR THE CATCH OF THE DAMAGED DESIGNS WHEN
DISMANTLING BLOCKAGES BY AUTOMOBILE CRANES
In article questions of carrying out a wrecking in a zone of destruction of construction
designs are considered. And as technical solutions of new devices for a catch of the damaged
designs are given when dismantling blockages by automobile cranes.
102
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.8
ПОДХОДЫ К СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ВЫЗОВА НАСЕЛЕНИЕМ ЭКСТРЕННЫХ ОПЕРАТИВНЫХ СЛУЖБ
ПО ЕДИНОМУ НОМЕРУ «112» В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
И. А. МАКСИМОВ, начальник института
И. Я. УДИЛОВА, старший научный сотрудник – начальник отделения
А. В. КРАСНОКУТСКИЙ, начальник кафедры, кандидат технических наук
О. Ю. ДЕМЧЕНКО, старший научный сотрудник, кандидат психологических наук
А. И. ПОСТНОВ, научный сотрудник
ФГБОУ ВПО «Уральский институт ГПС» МЧС России, г. Екатеринбург
Представлен анализ развития Системы-112 в Российской Федерации. Выделены основные цели, функции, задачи и структурные компоненты Системы-112. Определены направления
работы по совершенствованию Системы-112 на территории Российской Федерации.
Ключевые слова: Система-112, экстренные оперативные службы, компоненты Системы-112, Центр обработки вызовов.
Введение
Повышение безопасности населения и защищенности критически важных объектов от угроз природного и техногенного характера является одной из важнейших задач при обеспечении национальной безопасности и стабильного социальноэкономического развития Российской Федерации. Забота о жизни и здоровье граждан,
сохранности имущества, обеспечении личной и общественной безопасности, необходимость противодействия угрозам техногенного, природного характера и актам терроризма, а также ряд трагических событий последних лет наглядно продемонстрировали
необходимость быстрого реагирования на угрозы. Одним из методов решения данной
проблемы является создание специальных служб, обеспечивающих оперативную помощь населению.
Основная часть
В соответствии с решением Европарламента номер «112» является обязательным для вызова экстренных служб при возникновении чрезвычайной ситуации с угрозой для жизни и здоровья людей [1].
Российская Федерация подписала в 1998 г. со странами Европейского союза телекоммуникационное соглашение, согласно которому единым номером экстренного
вызова на ее территории должен стать номер «112». В рамках этого соглашения МЧС
России совместно с федеральными органами исполнительной власти, органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации, а также органами местного самоуправления ведет работу по созданию Системы обеспечения вызова экстренных оперативных служб по единому номеру «112» на всей территории Российской Федерации
(Система-112).
103
И. А. МАКСИМОВ, И. Я. УДИЛОВА, А. В. КРАСНОКУТСКИЙ, О. Ю. ДЕМЧЕНКО, А. И. ПОСТНОВ
Первым шагом к созданию Системы-112 стала подготовка и принятие Концепции
создания Системы обеспечения вызова экстренных служб через единый номер «112» на
базе единых дежурно-диспетчерских служб (ЕДДС) муниципальных образований [2].
Позже было подписано Постановление Правительства Российской Федерации «О системе
обеспечения вызова экстренных оперативных служб по единому номеру «112» [3] и утверждена Концепция федеральной целевой программы «Создание Системы обеспечения
вызова экстренных оперативных служб по единому номеру «112» в Российской Федерации на 2012–2017 годы» [4].
Основными целями создания Системы-112 в Российской Федерации являются:
– ускорение реагирования и улучшения взаимодействия экстренных оперативных служб при вызовах населения;
– организация удобного вызова экстренных оперативных служб по принципу
«одного окна» для всей территории страны (номер «112») к 2017 г.;
– уменьшение социально-экономического ущерба вследствие происшествий и
чрезвычайных ситуаций;
– гармонизация способа вызова экстренных оперативных служб с законодательством Европейского союза.
Система-112 обеспечивает информационное взаимодействие органов повседневного управления Единой государственной системы предупреждения и ликвидации
чрезвычайных ситуаций, в том числе ЕДДС муниципальных образований, а также дежурно-диспетчерских служб (ДДС) экстренных оперативных служб.
Система-112 предназначена для решения следующих основных задач:
– прием и регистрация всех входящих и исходящих вызовов (сообщений о происшествиях) по номеру «112», анализ поступающей информации;
– получение от оператора связи сведений о местонахождении лица, обратившегося по номеру «112», и (или) абонентского устройства, с которого был осуществлен вызов (сообщение о происшествии), а также иных данных, необходимых для обеспечения
реагирования по вызову (сообщению о происшествии), включая возможность автоматического восстановления соединения;
– направление информации о происшествиях, в том числе вызовов (сообщений о
происшествиях), в дежурно-диспетчерские службы экстренных оперативных служб в
соответствии с их компетенцией для организации экстренного реагирования;
– обеспечение дистанционной психологической поддержки;
– ведение базы данных об основных характеристиках происшествий, о начале,
завершении и об основных результатах экстренного реагирования на вызовы;
– возможность приема вызовов на иностранных языках.
Согласно Концепции, Система-112 формируется на основе объединения ЕДДС
муниципальных образований, Межрайонных Ситуационных Центров (МСЦ), Регионального Ситуационного Центра (РСЦ), ДДС и объединяет в настоящее время следующие
экстренные оперативные службы Российской Федерации:
– службы пожарной охраны;
– службы реагирования в чрезвычайных ситуациях;
– службы полиции;
– службы медицины катастроф (в плане оперативного взаимодействия с местным ТЦМК и передачи ему информации) и службы скорой медицинской помощи;
– аварийной службы газовой сети;
– службы «Антитеррор».
Причем этот список неокончательный и при необходимости может быть расширен в рамках конкретного региона по решению органов исполнительной власти.
104
ПОДХОДЫ К СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫЗОВА НАСЕЛЕНИЕМ ЭКСТРЕННЫХ
ОПЕРАТИВНЫХ СЛУЖБ ПО ЕДИНОМУ НОМЕРУ «112» В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Для обеспечения координации взаимодействия при реагировании на вызовы (сообщения о происшествиях) вышеперечисленные объекты Системы-112 должны быть
обеспечены единой транспортной инфраструктурой (каналами связи) и АРМ [5].
Система-112 является территориально-распределенной автоматизированной информационно-управляющей системой, создаваемой в границах субъектов Российской
Федерации, и состоит из следующих основных компонентов:
1. Телекоммуникационной подсистемы, предназначенной для приема и обработки вызовов, поступающих в единую службу и их передачи в ДДС.
2 Информационно-коммуникационной подсистемы, обрабатывающей информацию о полученных вызовах и обеспечивающей получение информации из архива в
оперативном режиме.
3 Подсистемы консультативного обслуживания населения, предназначенной
для оказания информационно-справочной помощи по вопросам обеспечения безопасности жизнедеятельности (в том числе через Интернет).
4 Геоинформационной подсистемы, обеспечивающей отображение на электронной карте различных характеристик территории и места происшествия. Опыт работы с
картами в системе антикризисного управления показал, что наиболее эффективным является масштаб 1:50000 – для участков территорий без населенных пунктов и 1:5000 –
для населенных пунктов, при этом целесообразно использовать векторные карты как
более информативные.
5 Подсистемы мониторинга, предназначенной для приема и обработки информации и сигналов от датчиков на контролируемых стационарных и подвижных объектах различного назначения.
6 Подсистемы обеспечения информационной безопасности, предназначенной
для защиты информации и средств ее обработки в Системе-112.
Основным интегрирующим объектом Системы-112 субъекта Российской Федерации является Центр обработки вызовов (ЦОВ), который создается на территории административного центра субъекта для следующих целей (рисунок 1):
– обеспечение приема вызовов от населения административного центра субъекта
Российской Федерации и их передачи на обслуживание во взаимодействующие ЕДДС
и ДДС;
– централизованное хранение данных в Системе-112;
– взаимодействие с региональным ЦУКС МЧС России, навигационноинформационным центром (НИЦ) Системы экстренного реагирования при авариях
«ЭРА-ГЛОНАСС» (далее – система «ЭРА-ГЛОНАСС»), ЕДДС и ДДС;
– в случае необходимости – прием вызовов со всей территории субъекта Российской Федерации (запас мощностей рассчитывается по самому крупному по населению
району обслуживания).
Резервный центр обработки вызовов (РЦОВ) создается на территории административного центра субъекта Российской Федерации, как правило, на базе Учебнометодического центра по гражданской обороне и чрезвычайным ситуациям с целью резервирования ЦОВ и обучения персонала Системы-112.
Структурные элементы Системы-112, предназначенные для приема вызовов от
населения муниципальных районов субъектов Российской Федерации по единому телефонному номеру «112», создаются на базе существующих ЕДДС муниципальных
районов субъекта Российской Федерации (далее – ЦОВ ЕДДС) [6].
105
И. А. МАКСИМОВ, И. Я. УДИЛОВА, А. В. КРАСНОКУТСКИЙ, О. Ю. ДЕМЧЕНКО, А. И. ПОСТНОВ
Рисунок 1 – Типовая структура Системы-112 в субъекте Российской Федерации
Для более эффективного функционирования Системы-112 необходимо осуществление таких мероприятий, как совершенствование информационно-телекоммуникационной инфраструктуры, строительство и оснащение Центров обработки вызовов
Системы-112, наполнение подсистемы обеспечения информации и проведение аттестации объектов Системы-112 по требованиям обеспечения безопасности информации,
создание Центров обучения с функциями резервного центра обработки вызовов, создание Системы дистанционного обучения персонала, организация и проведение пропаганды Системы-112 через средства массовой информации и другие средства информирования населения.
Заключение
Наиболее важными направлениями дальнейшего совершенствования Системы-112
являются:
– сквозная автоматизация с учетом интеграции программного обеспечения профильных служб, позволяющая осуществлять функции контроля над действиями всех
оперативных служб;
– наполнение информационной базы, потенциально необходимой для координации действий в любой ЧС, с распределенной структурой накопления;
– интеграция с региональным и федеральным сегментами электронного Правительства с целью предоставления открытой информации населению и полной информационной картины Главе субъекта Российской Федерации.
Таким образом, во всех субъектах Российской Федерации будет создана современная эффективная Система-112, что позволит сформировать основу комплексной
Системы безопасности каждого из регионов, обеспечить эффективную работу всех
оперативных служб, повысить оперативность их реагирования на происшествия и чрезвычайные ситуации, что в конечном итоге обеспечит безопасность граждан на качественно новом уровне.
106
ПОДХОДЫ К СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫЗОВА НАСЕЛЕНИЕМ ЭКСТРЕННЫХ
ОПЕРАТИВНЫХ СЛУЖБ ПО ЕДИНОМУ НОМЕРУ «112» В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
1
2
3
4
5
6
Литература
Основы совершенствования Единой государственной системы предупреждения и
ликвидации чрезвычайных ситуаций / В. Ю. Глебов [и др.] ; МЧС России. – М. :
ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2011. – 434 с.
Концепция создания Системы обеспечения вызова экстренных служб через единый
номер «112» на базе единых дежурно-диспетчерских служб муниципальных образований : Распоряжение Правительства Рос. Федерации от 25 авг. 2008 г. № 1240-р
// Собр. законодательства Рос. Федерации. – 2008. – № 35. – Ст. 4065.
О системе обеспечения вызова экстренных оперативных служб по единому номеру
«112» : Постановление Правительства Рос. Федерации от 21 нояб. 2011 г. № 958
// Собр. законодательства Рос. Федерации. – 2011. – № 48. – Ст. 6932.
О Концепции федеральной целевой программы «Создание Системы обеспечения вывоза экстренных оперативных служб по единому номеру «112» в Российской Федерации на 2012–2017 годы» : Распоряжение Правительства Рос. Федерации от 4 мая
2012 г. № 716-р // Собр. законодательства Рос. Федерации. – 2012. – № 20. – Ст. 2576.
Макаркин, С. В. Создание и перспективы функционирования Системы-112 в муниципальных образованиях Российской Федерации // Науч. журн. УрИ ГПС МЧС России «Техносферная безопасность». – 2013. – № 1. – Режим доступа:
uigps.ru/content/nauchnyy-zhurnal.
Методические материалы по созданию Системы обеспечения вызова экстренных
оперативных служб по единому номеру «112» в субъекте Российской Федерации
(Система-112) / МЧС России. – М., 2013. – 26 с.
Поступила в редакцию 04.08.2014
I. A. Maximov, I. Y. Udilova, A. V. Krasnokutsky, O. Yu. Demchenko, А. I. Postnov
APPROACHES TO IMPROVE SECURITY SYSTEM CALL COMMUNITY
EMERGENCY SERVICES ON A SINGLE NUMBER «112» IN THE RUSSIAN FEDERATION
Presents an analysis of research of the topic System-112 in the Russian Federation.
Identified and described the main objectives, functions, tasks and structural components forming part of System-112. Identify ways to improve the work of System-112 in the Russian
Federation.
107
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.8(666.29):66.048.912
ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ЭМАЛИ ПФ-115. ВОПРОС ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ИНТЕНСИВНОСТИ ИСПАРЕНИЯ
А. Л. БУЯКЕВИЧ, начальник кафедры,
С. Н. БОБРЫШЕВА, профессор кафедры, кандидат технических наук, доцент
Л. И. БУЯКЕВИЧ, доцент кафедры, кандидат физико-математических наук, доцент
Н. Л. СТОРТА, курсант 4 курса
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
Осуществлен анализ литературы, рассматривающей пожаро-взрывоопасные свойства веществ. Проведен анализ пожарной опасности эмали ПФ-115. Осуществлен анализ экспериментальных исследований по скорости испарения эмали ПФ-115 и сделан вывод о соответствии величин
интенсивности испарения эмали ПФ-115, полученных расчетным и экспериментальным методами.
Ключевые слова: взрывопожароопасная концентрация, масса паров, скорость испарения, взрывопожароопасная категория помещения.
Введение
На территории Республики Беларусь расположено более 1100 промышленных
предприятий, на которых возможно образование взрывоопасной смеси. Распределение
пожаровзрывоопасных объектов (далее – ПВО) по областям республики, количество
обращающихся на них взрывоопасных веществ и материалов, а также количество работающих приведены в таблицах 1–3 [1]. По данным РЦУ РЧС, на территории Республики Беларусь за период с 2002 по 2011 г. зарегистрировано 118 взрывов, в результате которых погибло 29 и было травмировано 54 человека. Взрывы, произошедшие на
территории Республики Беларусь за рассматриваемый период, составляют 10,4 % от
общего числа произошедших техногенных чрезвычайных ситуаций (ЧС), при этом
причиненный материальный ущерб равен 25,1 % от общего ущерба от ЧС [2].
Таблица 1 – Характеристики пожаровзрывоопасных объектов, располагаемых
на территории Республики Беларусь, на которых возможно образование
взрывоопасных смесей
Область
Брестская
Витебская
Гомельская
Гродненская
Минская
Могилевская
г. Минск
Общее
количество
ПВО
Количество ПВО, на которых
возможно образование взрывоопасной
смеси в замкнутом объеме
Количествово
работающих,
человек
115
83
124
31
122
539
116
39
41
55
22
59
74
30
14435
19591
9959
1138
13817
3828
15540
108
ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ЭМАЛИ ПФ-115. ВОПРОС ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИСПАРЕНИЯ
Таблица 2 – Характеристики пожаровзрывоопасных объектов, на которых
возможно образование взрывоопасных смесей ЛВЖ и ГГ в помещениях,
отнесенных к категории А по взрывопожарной и пожарной опасности
Область
Общее
количество ПВО
Количествово
объектов
категории А
Количество
ЛВЖ, т
Количество ГГ,
м3
Брестская
Витебская
Гомельская
Гродненская
Минская
Могилевская
г. Минск
39
41
55
22
59
74
30
23
21
41
11
34
41
26
1281676,1
297791
1465353,13
1319,8
2379,67
6204,52
283,641
2256
73127
4913171,7
1759,72
123527
106450,3
122723,5
Таблица 3 – Характеристики пожаровзрывоопасных объектов, на которых
возможно образование взрывоопасных смесей ЛВЖ, ГЖ и пылевидных
материалов в помещениях, отнесенных к категории Б по взрывопожарной
и пожарной опасности
Область
Общее
количество ПВО
Количество
объектов
категории Б
Количество
ЛВЖ и ГЖ, т
Количество
пылевидных
материалов, т
Брестская
Витебская
Гомельская
Гродненская
Минская
Могилевская
г. Минск
39
41
55
22
59
74
30
18
24
18
11
25
34
5
544
98950
117,312
470
1152
3719,03
280,1
31410,6
543406
660
110,2
99846,5
373754
0,85
К пожаровзрывоопасным объектам можно отнести производства, где используются
лакокрасочные материалы. Более 90 % промышленных лаков и красок содержат растворители [3], вследствие чего их относят (в зависимости от температуры вспышки [4]) к легковоспламеняющимся и горючим жидкостям. В зависимости от величины температуры
вспышки лакокрасочного материала и расчетного максимального давления взрыва производственному или складскому помещению в соответствии с таблицей 1 [5] присваивается
категория:
– категория А (взрывопожароопасная) – обращаются легковоспламеняющиеся
жидкости с температурой вспышки не более 28 °С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа;
– категория Б (взрывопожароопасная) – обращаются легковоспламеняющиеся
жидкости с температурой вспышки более 28 °С, горючие жидкости в таком количестве, что
могут образовывать взрывоопасные паровоздушные смеси, при воспламенении которых
развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПa;
– категория В (пожароопасная) – обращаются легковоспламеняющиеся, горючие и трудногорючие жидкости, при условии, что помещения, в которых они имеются в
наличии или обращаются, не относятся к категории А или Б.
109
А. Л. БУЯКЕВИЧ, С. Н. БОБРЫШЕВА, Л. И. БУЯКЕВИЧ, Н. Л. СТОРТА
Установление категории по взрывопожарной и пожарной опасности – важный
момент в обеспечении пожарной безопасности рассматриваемого помещения. В зависимости от установленной категории предусматриваются соответствующие мероприятия по обеспечению пожарной безопасности. Техническими нормативными правовыми
актами Системы противопожарного нормирования и стандартизации Республики Беларусь для помещений, отнесенных к взрывопожароопасной категории, предусматривается более сложный и экономически затратный комплекс мероприятий [6] (устройство
легкосбрасываемых конструкций, устройство тамбур-шлюзов и др.). Соответственно,
для помещений, отнесенных к пожароопасной категории, предусматривается менее
сложный (по сравнению с взрывопожароопасной категорией) комплекс противопожарных мероприятий.
Для определения категории по взрывопожарной опасности помещений с наличием лакокрасочных материалов по методике [5] необходимо знать их свойства, как пожароопасные, так и физические. Вследствие большого количества и разнообразия лакокрасочных материалов не для всех из них определены эти свойства. Ситуация осложняется
также тем, что лакокрасочные материалы являются сложными суспензиями и растворами, из-за чего сложно определить эти свойства, а следовательно, усложняется процесс
определения категории по взрывопожарной и пожарной опасности производственных и
складских помещений, связанных с обращением лакокрасочных материалов.
К таким сложным лакокрасочным материалам относится довольно распространенная эмаль ПФ-115, для которой изучены не все параметры (как физические, так и
пожароопасные), которые используются в расчетах по определению категории по
взрывопожарной и пожарной опасности производственных и складских помещений.
Основная часть
Эмаль – суспензия пигментов или их смесей с наполнителями в лаке, образующая
после высыхания (отверждения) непрозрачную твердую пленку с различным блеском и фактурой поверхности [7].
Модифицированные алкидные лакокрасочные материалы (к ним относится эмаль
ПФ-115) образуют покрытия с хорошими декоративными и защитными свойствами, высокой твердостью, атмосферостойкостью и др. Покрытия, образуемые эмалью ПФ-115, отличаются высоким блеском (50–60 %), высыхают при температуре 18–22 °С за 24 ч, устойчивы
к перепадам температур от –50 до +60 °С, стойки к действию 0,5-процентного раствора
моющих веществ. Эмаль наносят на поверхность пневматическим или электростатическим
распылением, окунанием, кистью и струйным обливом. Их можно длительно эксплуатировать в атмосферных условиях и внутри помещений. Поэтому они получили широкое применение в промышленности, на транспорте и используются для бытовых целей.
Эмаль ПФ-115 – суспензия двуокиси титана рутильной формы и других пигментов и наполнителей в пентафталевом лаке [7]. В состав эмали входят также растворители
(в основном, уайт-спирит), сиккатив и модифицирующие добавки. Примерный состав
эмалей белого, голубого и серого цвета в процентном (по массе) соотношении представлен в таблице 4 [7], [8].
110
ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ЭМАЛИ ПФ-115. ВОПРОС ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИСПАРЕНИЯ
Таблица 4 – Примерный состав эмалей белого, голубого и серого цвета
Процент по массе
Наименование составного
элемента эмали
Белая
Голубая
Серая
Лак пентафталевый полуфабрикатный
Двуокись титана (рутильной формы)
Цинковые белила
Уайт-спирит
Технический углерод
Лазурь железная
28
62
–
10
–
–
26
60
6
4
–
4
20
75
–
4,5
0,5
–
Справочная литература [9], [10], определяющая показатели пожарной опасности
веществ и материалов, относит эмаль ПФ-115 к легковоспламеняющимся жидкостям и
определяет следующие характеристики:
– эмаль ПФ-115 серая – легковоспламеняющаяся жидкость, температура вспышки – 33 °С; температура самовоспламенения – 370 °С; температурные пределы распространения пламени: нижний – 29 °С, верхний – 73 °С. Средства тушения: распыленная
вода, воздушно-механическая пена;
– эмаль ПФ-115 темно-зеленая – легковоспламеняющаяся жидкость, температура вспышки – 32 °С; температура самовоспламенения – 440 °С; температурные пределы
распространения пламени: нижний – 33 °С, верхний – 60 °С. Средства тушения: распыленная вода, воздушно-механическая пена.
Как видно, не все пожароопасные свойства, определенные [4], [11], установлены
для эмалей ПФ-115, что указывает на то, что эмали не исследованы в полном объеме. Эта
проблема вызывает трудности при определении категорий производственных и складских помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, а также при разработке
комплекса мероприятий по обеспечению взрывобезопасности в соответствии с [11].
Как было указано выше, категория по взрывопожарной опасности устанавливается
на основании расчетной величины – давления взрыва паровоздушной смеси. Основным
параметром, характеризующим давление взрыва паровоздушной смеси, является масса паров жидкости, испарившаяся в течение времени, не превышающего 3600 с [5], [12].
Масса паров жидкости, кг, определяется по следующей формуле:
mп  WFT ,
(1)
где W – интенсивность испарения, кг/с · м2; F – площадь испарения, м2, определяемая в
зависимости от массы жидкости, вышедшей в помещение; Т – время испарения, с.
Как видно из формулы (1), главным фактором, определяющим массу паров жидкости, является интенсивность испарения, определяемая по формуле (2) или экспериментальным путем:
W  10  M Pн ,
(2)
где  – коэффициент, принимаемый в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения; М – молярная масса горючего, кг/кмоль;
Рн – давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости tр.
Ввиду того что на эмали ПФ-115 отсутствуют сведения об их молярной массе и
давлении насыщенных паров, а также справочные величины об интенсивности испарения, то при расчете категории приходится ориентироваться на наиболее опасный компонент, содержащийся в эмали (уайт-спирит) [5]. Используя в расчете показатели уайт111
А. Л. БУЯКЕВИЧ, С. Н. БОБРЫШЕВА, Л. И. БУЯКЕВИЧ, Н. Л. СТОРТА
спирита (как показали расчеты категорий по взрывопожарной и пожарной опасности
производственных и складских помещений при обращении предприятий и организаций), происходит завышение величины расчетного давления взрыва и соответствующей категории по взрывопожарной и пожарной опасности.
Для уточнения параметра – интенсивности испарения жидкости, а соответственно, давления взрыва паровоздушной смеси и категории по взрывопожарной опасности
были проведены расчеты и экспериментальные исследования по определению интенсивности испарения.
Расчетным методом была определена интенсивность испарения эмали. Эмаль
состоит из 49 % (мас.) сухих негорючих компонентов и 51 % (мас.) растворителя, ввиду
чего расчет интенсивности испарения эмали производим по растворителю. Качественный и количественный состав растворителя представлен в таблице 5.
Таблица 5 – Количественный и качественный состав растворителя эмали ПФ-115
светло-голубого цвета
ПроНаименование
Молярцент Химическая
компонента
ная
по
формула
растворителя
масса
массе
Ксилол
Уайт-спирит
РЭ-4в
Сольвент
нефтяной
Этилцеллозольв
9
22
20
С8Н10
С10,5Н21
–
30
70
Константы Антуана
А
В
С
Давление
насыщенных
паров при
Т = 20 °С,
кПа
106,17 6,17972 1478,16 220,535
147
7,13623 2218,3 273,15
103,95
–
–
–
1,08
0,37
0,61
–
162,11
6,2276 1529,33 226,679
1,066
С4Н10О2
90,1
7,86626 2392,56 273,15
0,51
В ходе расчетов была установлена интенсивность испарения эмали ПФ-115 при
температуре воздуха и эмали 20 °С, которая составила 6,798 · 10–6 кг/м2 · с.
На основании результатов расчетных исследований построена зависимость величины давления насыщенных паров эмали ПФ-115 (от которых зависит интенсивность
ее испарения согласно формуле 2) от температуры. Данная зависимость представлена
на рисунке 1.
Для подтверждения результатов, полученных расчетным методом, были проведены экспериментальные исследования. Для их проведения использовалась светлоголубая эмаль ПФ-115 совместного предприятия ЗАО «Могилевский химкомбинат
«Заря» (партия № 131, дата изготовления – май 2012 г., масса нетто – 1,8 кг).
Цель эксперимента состояла в определении скорости испарения эмали ПФ-115.
Эксперимент проводился при следующих условиях:
– в помещении (лаборатория);
– температура воздуха и эмали 20 °С;
– атмосферное давление – 758 мм рт. ст. (101,1 кПа);
– движение воздуха в лаборатории – отсутствует.
В ходе эксперимента (3 опыта) на стекло (да начала эксперимента каждое стекло
было взвешено) разливалось определенное количество эмали. Далее измерялись и рассчитывались параметры разлива эмали в различные моменты времени (в течение 70 мин;
через каждые 10 мин):
112
ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ЭМАЛИ ПФ-115. ВОПРОС ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИСПАРЕНИЯ
– площадь разлива, м2;
– приведенный радиус разлива, м;
– масса стекла с эмалью, кг;
– масса эмали, кг;
– потеря массы эмали, кг;
– удельная масса эмали, кг;
– потеря удельной массы эмали, кг/м2 · мин.
6
5
РРн,
н, кПА
кПа
4
3
2
1
0
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61
Т,t, мин
°C
Рисунок 1 – Зависимость величины давления насыщенных паров
эмали ПФ-115 от температуры
По результатам экспериментальных исследований была определена средняя интенсивность (удельная потеря массы) эмали ПФ-115 при температуре воздуха и эмали 20 °С
и атмосферном давлении 758 мм рт. ст. (101,1 кПа), которая составила 4,99 · 10–6 кг/м2 · с.
Анализ двух результатов показал, что величина интенсивности испарения эмали,
полученная расчетным путем, несколько выше, т. е. больше на 1,807 · 10–6 (данное расхождение можно объяснить физико-химическими процессами, происходящими в суспензиях с большой концентрацией, т. е. наличием в эмали твердых порошкообразных
наполнителей, которые частично препятствуют испарению компонентов растворителя).
Вследствие чего использование величин (давления насыщенных паров и интенсивности
испарения), полученных расчетным методом, несколько выше величин, полученных
экспериментально, что допускает их использование при определении массы паров эмали в помещении при ее разливе.
Данный график построен таким образом, что шкала температуры начинается
с 30 °С, ввиду того, что [5], [12] определяют такую температуру в помещении «как максимальную для соответствующей климатической зоны (т. е. наименьшая абсолютная
максимальная температура для Республики Беларусь – 34 °С – Полоцк, Лепель, Воло113
А. Л. БУЯКЕВИЧ, С. Н. БОБРЫШЕВА, Л. И. БУЯКЕВИЧ, Н. Л. СТОРТА
жин и др. [13]) по технологическому регламенту с учетом ее возможного повышения в
аварийной ситуации (но не менее климатической зоны), либо допускается принимать ее
равной 61 С».
Заключение
Таким образом, проведенные исследования и анализ полученных результатов
показал, что для оценки пожарной опасности помещений с обращением эмали ПФ-115
можно использовать расчетный метод, который позволит более точно определить массу
паров эмали, а соответственно, и величину избыточного давления взрыва, и правильно
установить категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности. В результате этого можно более точно определить перечень необходимых мероприятий по
обеспечению пожаро- и взрывобезопасности помещений, которые снизят экономические затраты.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Литература
Миканович, А. С. Использование стеклопакетов для взрывозащиты производственных и складских помещений : дис. … канд. техн. наук: 05.26.03 / А. С. Миканович. –
Минск, 2013. – 132 с.
Шебеко, А. А. Статистический анализ техногенных чрезвычайных ситуаций в Республике Беларусь и основные мероприятия по их предупреждению / А. А. Шебеко
// Чрезвычайн. ситуации: предупреждение и ликвидация. – Минск, 2010. – № 1 (27). –
С. 77–87.
Клубань, В. С. Пожарная безопасность предприятий промышленности и агропромышленного комплекса / В. С. Клубань, А. П. Петров, В. С. Рябиков – М. : Стройиздат, 1987. – 477 с.
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.
Категорирование помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и
пожарной опасности : ТКП 474–2013 (02300). – Введ. 15.04.2013. – Минск : Госстандарт : НИИ ПБ и ЧС МЧС Республики Беларусь, 2013. – 53 с.
Ограничение распространения пожара в зданиях и сооружениях. Объемнопланировочные и конструктивные решения. Строительные нормы проектирования :
ТКП 45-2.02-92–2007 (02250). – Введ. 01.07.2008. – Минск : Стройтехнорм, 2008. –
34 с.
Лившиц, М. Л. Лакокрасочные материалы : справ. пособие / М. Л. Лившиц,
Б. И. Пшиялковский. – М. : Химия, 1982. – 360 с.
Эмали ПФ-115. Технические условия : ГОСТ 6465–76. – Изм. № 1, 2, 3, 4 ; утв.
в янв. 1979 г., июне 1980 г., июне 1985 г., апр. 1988 г. – М. : ИПК Изд-во стандартов,
2001. – 12 с.
Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : справ. изд. :
в 2 кн. / А. Н. Баратов [и др.]. – М. : Химия, 1990.
Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : справ. изд. :
в 2 кн. / А. Я. Корольченко, Д. А. Корольченко. – М. : ПожНаука, 2004. – 2 кн. – 774 с.
Система стандартов безопасности труда. Взрывобезопасность. Общие требования :
ГОСТ 12.1.010–76. – Переизд. с изм. № 1. – М. : ИПК Изд-во стандартов, 2003. – 7 с.
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.
114
ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ЭМАЛИ ПФ-115. ВОПРОС ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИСПАРЕНИЯ
13 Строительная климатология. Строительные нормы проектирования = Будаўнічая
кліматалогія. Будаўнічыя нормы праектавання : СНиП 2.04.02–2000. – Взамен СНиП
2.01.01–82 ; введ. 01.07.07. – Минск : М-во архитектуры и стр-ва Респ. Беларусь,
2007. – Изм. № 1. – 35 с. – (Нац. комплекс техн. нормативных правовых актов в области архитектуры и стр-ва).
Поступила в редакцию 01.09.2014
A. L. Buyakevich, C. N. Bobrysheva, L. I. Buyakevich, N. L. Storta
FIRE HAZARDS OF PF115 ENAMEL: THE QUESTIONS OF ESTIMATION
EVAPORATION RATE
The article presents the analyses of papers on fire and explosion hazards of chemical
substances. It also analyses fire hazards of PF 115 ENAMEL as far as the experiments carried
out on evaporation rates are concerned. The article presents conclusions concerning correspondence between calculated and experimental methods.
115
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 347.77
ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ ГОТОВНОСТИ ОПЧС К АВАРИЯМ И ИНЦИДЕНТАМ
ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Т. И. ХАЛАПСИНА, кандидат технических наук, доцент
Ю. Н. РУБЦОВ, адъюнкт
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
Представлен анализ существующих и возможных путей перевозки ядерных материалов
по территории Республики Беларусь в рамках ядерного цикла Островецкой атомной электростанции (АЭС). Проведен расчет и анализ времени реагирования служб химической и радиационной защиты (ХРЗ) МЧС Республики Беларусь, находящихся в непосредственной близости от
путей перевозки ядерных материалов. Представлены и обоснованы предложения по оптимизации времени реагирования.
Ключевые слова: радиационная безопасность, радиационный контроль, аварийное
реагирование, аварийно-спасательные работы в зоне радиоактивного загрязнения, время реагирования.
Введение
Собственная АЭС, строящаяся в Островецком районе, позволит Беларуси решить ряд стратегически важных задач: обеспечить дополнительные гарантии укрепления государственной независимости и экономической самостоятельности Беларуси;
снизить уровень использования природного газа в качестве энергоресурса; снизить выбросы парниковых газов в атмосферу и др.
Однако, несмотря на все положительные аспекты строящейся АЭС, существует
проблема безопасности при транспортировке ядерного топлива. Ядерное топливо планируется транспортировать железнодорожным транспортом из Российской Федерации,
следовательно, существует угроза аварии либо диверсии в пути следования.
Основная часть
Все работы и операции, связанные с источниками ионизирующих излучений,
находятся под контролем Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь. В настоящей работе изучен аспект предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (ЧС) при транспортировке ядерных и радиационных материалов.
Исследование и анализ существующего места дислокации службы химической и
радиационной защиты МЧС Республики Беларусь и определение наиболее рационального и экономически целесообразного месторасположения подразделений по ЧС для
ликвидации возможных аварий при перевозке радиоактивных веществ (РВ) и ядерных
материалов (ЯМ) для Островецкой АЭС с минимальным ущербом составляет суть настояшей работы.
116
ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ ГОТОВНОСТИ ОПЧС К АВАРИЯМ И ИНЦИДЕНТАМ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ
ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В проекте АЭС-2006 предусмотрена максимальная реализация принципа глубокоэшелонированной защиты – создание многоуровневой системы физических барьеров
на пути распространения ионизирующих излучений и радиоактивных веществ в окружающую среду и системы технических и организационных мер по защите барьеров и
сохранению их эффективности при непосредственной защите населения. Наличие таких барьеров (всего имеется четыре барьера безопасности) не позволяет техническим
сбоям перерасти в аварию ни при каких обстоятельствах, так как целый ряд «пассивных» и «активных» устройств препятствует выходу радиоактивных веществ наружу.
Основным радиоактивным материалом, использующимся для производства
ядерной энергии, является уран. Уран содержится в осадочной оболочке земной коры и
в гранитном слое. Это редкий химический элемент: его содержание в руде – около
0,002–0,007 %.
В России имеется несколько крупнейших месторождений урановых руд, которые располагаются в Республике Калмыкия, Курганской области, Республике Бурятия,
Читинской области, Республике Саха, Хабаровском крае (рисунок 1). Заводы по обогащению урановых руд и производство ядерного топлива для Белорусской АЭС находятся также в России.
Рисунок 1 – Крупнейшие месторождения урановых руд в России
Перевозка ядерного топлива
Самым рациональным железнодорожным путем для перевозки РВ и ЯМ будет
являться дорога из Островца через Полоцк, Витебск и в Россию (рисунок 2).
Выделенная красным цветом железная дорога является самым коротким путем
для перевозки ядерных материалов к Островецкой АЭС и отработавшего ядерного топлива от нее.
117
Т. И. ХАЛАПСИНА, Ю. Н. РУБЦОВ
Рисунок 2 – Железная дорога в Республике Беларусь
Радиационная безопасность при транспортировании РВ и ЯМ должна обеспечиваться следующими условиями: [1].
– соблюдение установленных требований и обеспечение качества при разработке, проектировании и изготовлении ТУК;
– проведение необходимого объема испытаний ТУК в соответствии с действующей нормативной документацией;
– контроль радиационных характеристик перевозимых РВ и проведение испытаний специальных видов РВ, таких, как РВ особого вида и РВ с низкой удельной активностью;
– контроль технического состояния ТУК (систем герметизации, элементов крепления и т. д.);
– соблюдение норм загрузки и условий размещения РВ или ЯМ в полости ТУК,
правильность установки нейтронных поглотителей и других элементов защиты;
– осуществление дозиметрического и радиометрического контроля загрязненности поверхностей ТУК и ТС, мощности эквивалентной дозы излучения в установленных правилами контрольных точках;
– контроль технического состояния и исправности ТС, его обеспечение необходимыми средствами пожаротушения, контроля радиационной обстановки и аварийными средствами защиты;
– соблюдение правил безопасности при выполнении погрузочно-разгрузочных
операций;
– соблюдение норм и правил погрузки упаковок на ТС, соблюдение установленных
ограничений на взаимное расположение упаковок на ТС, а также по отношению к другим
грузам;
– выполнение комплекса организационно-технических мероприятий по обеспечению безопасности перевозок, включая выбор оптимального маршрута и графика следования ТС;
– исключение несанкционированного доступа к упаковкам посторонних лиц.
Важным условием обеспечения безопасности перевозок РВ является соответствие потенциальной опасности содержимого упаковки степени ее прочности, надежности и защитных свойств. Выполнение этого условия достигается путем определения
118
ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ ГОТОВНОСТИ ОПЧС К АВАРИЯМ И ИНЦИДЕНТАМ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ
ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
правилами видов перевозимых РВ и установления соответствующих требований к характеристикам и методам испытаний упаковочных комплектов [2].
Особенности оценки обстановки при ЧС с наличием источников ионизирующего излучения
Чрезвычайные ситуации с наличием источников ионизирующего излучения (ИИИ)
имеют ряд особенностей:
– лица, осуществляющие реагирование, как правило, не имеют или имеют недостаточный опыт ликвидации радиационных аварий;
– медицинские симптомы радиоактивного облучения могут не проявляться в течение длительного периода;
– значительная часть населения и СМИ, как правило, неадекватно воспринимают уровень риска ущерба для здоровья при таких ЧС по отношению к фактическому
ущербу, что обуславливает возможность возникновения паники среди населения.
При оценке обстановки первоочередные усилия следует сосредоточить на определении зоны возможного радиоактивного загрязнения и/или территории, на которых
предполагается значительное превышение природного радиационного фона и обеспечении контроля доступа в опасную зону. Выяснение типа ИИИ (-, -,  - или нейтронный
излучатель) и характера аварийной ситуации осуществляется квалифицированными работниками, прошедшими соответствующую подготовку с применением специального
оборудования [3]. Указанные данные являются основными при определении тактики ведения АСР. В ходе оценки обстановки территория ликвидации ЧС разбивается на 2 зоны
с пунктами контроля доступа:
– внутренняя охраняемая (первая) зона – место, где находится ИИИ (загрязнение). Зона ограничена периметром безопасности (мощность дозы на границе периметра
не должна превышать 100 мкЗв/ч), доступ в зону разрешен специалистам, спасателям и
иным уполномоченным сотрудникам в специальных средствах защиты. Радиус зоны
внутреннего охранения необходимо выбирать в зависимости от ситуации (таблица 1);
– внешняя охраняемая (вторая) зона – территория вокруг внутренней охраняемой зоны, где размещены средства и силы специализированных аварийных бригад, база
медицинской помощи и пункт дезактивации, штаб ЛЧС, системы санитарной обработки и размещения эвакуированных (транзитная территория, санитарные службы на площадке, логистика и др.), пункт сортировки ТС и приема СМИ.
Таблица 1– Рекомендуемый начальный радиус внутренней охраняемой зоны
Ситуация
Начальная внутренняя охраняемая зона
Первоначальное определение – вне помещений
Неэкранированный или поврежденный
опасный источник
Крупная протечка из потенциально
опасного источника
Пожар, взрыв или задымление в присутствии потенциально опасного источника
Предположительно взорвавшаяся или
неразорвавшаяся бомба (возможно, радиологическое диспергирующее устройство)
119
30 м вокруг источника
100 м вокруг источника
В радиусе 300 м
В радиусе 400 м или более для обеспечения защиты от взрыва
Т. И. ХАЛАПСИНА, Ю. Н. РУБЦОВ
Для определения степени опасности и уровня реагирования при авариях, связанных с перевозкой опасных грузов, содержащих ИИИ, может использоваться номер Комитета Организации Объединенных Наций по перевозке опасных грузов (ООН- или
UN-номер). Указанный номер является четырехзначным номером, используемым в мире в международной торговле и транспортировке, чтобы определять опасные химикаты
или классы опасных материалов [4].
Особенности ведения АСР при ЧС с наличием ИИИ
Основными задачами АСР при ЧС с наличием ИИИ являются ликвидация (локализация) радиоактивного загрязнения и снижение (прекращение) миграции первичного
загрязнения. Работы ведутся непрерывно днем и ночью, при необходимости – посменно. Продолжительность работы смен определяется временем допустимого пребывания
в СИЗ и тяжестью работы, с учетом пределов доз облучения [3]. Окончание работ определяется снижением загрязнения до уровня, определяемого требованиями нормативных документов. В процессе проведения АСР при ликвидации ЧС с наличием ИИИ выполняются следующие виды работ:
– обеспечение безопасности населения и сил при проведении АСР;
– разведка территории в интересах проведения АСР;
– поиск и спасение пострадавших, оказание пострадавшим первой помощи;
– локализация и ликвидация радиоактивного загрязнения;
– сбор, транспортирование и временное хранение РАО;
– дезактивация техники, зданий, промышленных объектов, одежды, людей и т. д.
В процессе АСР непрерывно проводится радиационный (т. е. радиометрический
и дозиметрический) контроль. Конкретный перечень работ и порядок их проведения
определяются характером аварии, ее масштабом и уровнем радиоактивного загрязнения территории [2].
Расчет времени прибытия служб ХРЗ к месту аварии
При перевозке отработавшего ядерного топлива от Островецкой АЭС, а также обогащенной урановой руды на АЭС наибольшую опасность представляет авария на участке
железной дороги возле станции Крулевщина. Это обусловлено тем, что по всему пути следования радиоактивных веществ от этого участка до ближайших служб ХРЗ – наибольшее
расстояние. Поэтому выберем очаг аварии между этими станциями и рассчитаем время
прибытия ближайших подразделений ХРЗ МЧС Республики Беларусь [5].
Время прибытия подразделений к очагу аварии рассчитывается по формуле
сл 
L60
,
Vдв
(1)
где L – расстояние от места дислокации подразделения до места аварии, км; Vдв – средняя
скорость движения автомобиля, принимаемая как 40 км/ч, вне территории организации.
Расчет времени прибытия подразделений к очагу аварии, произведенный по
формуле (1), представлен в таблице 2.
Таблица 2 – Время прибытия подразделений ХРЗ к месту ЧС в настоящее время
Место дислокации
подразделений ХРЗ
Поставы
Новополоцк
Молодечно
Расстояние от места дислокации
подразделения до места аварии, км
82
104
152
120
Время прибытия
к месту ЧС, мин
123
156
228
ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ ГОТОВНОСТИ ОПЧС К АВАРИЯМ И ИНЦИДЕНТАМ ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ
ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Из представленных расчетов видно, что время прибытия служб ХРЗ к месту возможного ЧС достаточно велико, и как следствие, существует вероятность большого радиационного загрязнения территории. В связи с этим возникла необходимость в усовершенствовании технического оснащения служб химической и радиационной защиты (ХРЗ),
а также размещении их вблизи строящейся АЭС и по пути следования отработавшего
ядерного топлива для уменьшения времени следования служб ХРЗ к месту возможной
аварии.
Считаем целесообразным перенести службу ХРЗ из г. Молодечно и г. Новополоцк в подразделения, находящиеся в непосредственной близости к железнодорожной
ветке, которая служит для транспортировки РВ и ЯМ.
Автомобиль службы ХРЗ г. Молодечно можно перенести в ПАСЧ г. Кривичи. Один
автомобиль ХРЗ из г. Новополоцк переместить в ПАСП г. Зябки. Автомобиль ХРЗ из
г. Поставы перемещать в другое подразделение нецелесообразно, так как время следования
от данного подразделения до места аварии приемлемо. В таблице 3 представлены расчеты
времени прибытия подразделений ХРЗ к очагу аварии из новых мест дислокации.
Таблица 3 – Время прибытия подразделений ХРЗ к месту ЧС из новых мест
дислокации
Место дислокации
подразделений ХРЗ
Расстояние от места дислокации
подразделения до места аварии, км
Время прибытия
к месту ЧС, мин
Поставы
Кривичи
Зябки
82
86
53
123
129
79,5
Таким образом, сокращение времени прибытия автомобилей службы ХРЗ является очевидным.
Заключение
Для минимизации антропогенного ущерба окружающей среде предлагаем передислокацию имеющихся служб химической и радиационной защиты в подразделения,
находящиеся в непосредственной близости к путям возможной перевозки ядерных материалов. Это позволит сократить время прибытия подразделений МЧС для ликвидации ЧС, снизить дозовую нагрузку на персонал, население и окружающую среду,
уменьшить площадь загрязнения, успешнее ликвидировать последствия возможной
аварии.
Литература
1 Гигиенические нормативы «Нормы радиационной безопасности» : Постановление
М-ва здравоохранения Респ. Беларусь от 28 дек. 2012 г. № 213.
2 ГОСТ 22.3.06–2002. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Средства индивидуальной защиты от радиоактивных веществ. Общетехнические требования.
3 О вводе «Правил безопасности и порядке ликвидации аварийных ситуаций с опасными грузами при перевозке их по железной дороге Республики Беларусь : Приказ
МЧС Респ. Беларусь и Белорус. ж. д. № 36/73Н от 5 дек. 2007 г.
4 Нормы и правила по обеспечению ядерной и радиационной безопасности «Безопаность
при обращении с источниками ионизирующего излучения. Общие положения» : Постановление М-ва по чрезвычайн. ситуациям Респ. Беларусь от 31 мая 2010 г. № 22.
121
Т. И. ХАЛАПСИНА, Ю. Н. РУБЦОВ
5 НПБ 64–2002. Порядок определения необходимого количества сил и средств для
обеспечения функционирования подразделений, осуществляющих предупреждение и
тушение пожаров в организациях.
Поступила в редакцию 20.10.2014
T. I. Khalapsina, J. N. Rubtsov
IMPROVEMENT OF READINESS OF UNITS AND SUBUNITS OF THE MINISTRY FOR EMERGENCY SITUATIONS TO THE ACCIDENTS AND INCIDENTS
DURING THE TRANSPORTATION OF NUCLEAR MATERIALS
The analysis of existing and possible transportation of nuclear materials on the territory of the Republic of Belarus in the framework of the nuclear fuel cycle of Ostrovetskaya
nuclear power station is presented.
122
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 004.827:504.5
СТРУКТУРИЗАЦИЯ ЗАДАЧ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ
И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ ХИМИЧЕСКИХ АВАРИЙ
О. Н. ЗЕМЛЯНСКИЙ, кандидат технических наук
Черкасский институт пожарной безопасности имени Героев Чернобыля
Национального университета гражданской защиты Украины
Рассмотрены особенности процессов принятия решений при определении масштабов и
ликвидации последствий химических аварий. Определены задачи, которые необходимо решать
в доаварийный и послеаварийный периоды. Классифицированы особенности построения моделей концентрации опасного химического вещества. Предложены структура и элементный базис
соответствующей базы знаний.
Ключевые слова: химическая авария, концентрация, модель, метод, база знаний.
Введение
Производства энергетической, металлургической и химической отраслей сопряжены с опасностью техногенных аварий. Большое количество химических предприятий
в мире представляют угрозу как непосредственно людям, так и среде их обитания. Связано это с высокой вероятностью химических аварий, скоростью их протекания, опасностью для персонала и населения окружающих городов, возможностью возникновения экологических проблем при неправильной ликвидации последствий, а также
необходимостью принятия решений в условиях неопределенности.
Уменьшить масштабы негативных последствий химических аварий можно, оптимизировав процессы принятия решений как в доаварийный период, так и непосредственно после аварии. Поскольку химические аварии происходят в короткий промежуток времени и опасные химические вещества (ОХВ) распространяются достаточно
быстро, то неправильные, неэффективные решения приводят к человеческим жертвам и
экологическим катастрофам. Необходимым условием объективизации и своевременности проведения мероприятий по защите населения и окружающей среды является использование вычислительной техники и соответствующего программного обеспечения.
Однако применения современных инструментальных средств оказывается недостаточно, поскольку каждая конкретная авария отличается непредсказуемостью возникновения, характером протекания и возможными последствиями. Достаточным условием для
принятия качественных решений, на наш взгляд, может служить соответствующая методика, базирующаяся на структуризации задач, моделей и методов их решения при
прогнозировании как аварий, так и их последствий, определении оптимального (квазиоптимального) распределения ресурсов и построении на их основе системы поддержки
принятия решений (СППР).
Определение совокупности проблем, которые необходимо решать как в доаварийный, так и в послеаварийный период, их особенностей и структуризации, а также
определение элементного базиса и взаимодействия функциональных модулей СППР и
являются задачами, рассматриваемыми далее.
123
О. Н. ЗЕМЛЯНСКИЙ
Основная часть
Структуризация процессов принятия решений при химических авариях
Точность прогнозирования химических аварий зависит от степени однородности
рассматриваемых процессов. По этой причине на первом этапе классифицируем релевантные задачи на такие, что решаются в доаварийный и послеаварийный периоды.
Поскольку при химических авариях выбросы ОХВ бывают залповые или продленного
действия, то соответствующие особенности также необходимо учитывать при решении
послеаварийных задач. И, наконец, получаемые в доаварийный период результаты нуждаются в корректировке с использованием данных измерений.
Рассмотрим указанные выше классификационные элементы детально. В доаварийный период необходимо разработать модели, которые позволят определить временные и
пространственные поля концентрации ОХВ при аварии в любой возможной точке производства, хранения или транспортировки. Такая задача является ресурсозатратной, однако
имеющийся ресурс времени и вычислительные мощности позволяют ее решить. И такое
решение сводится к структурной и параметрической идентификации зависимости:
C ( P)  H ( X , T , R0 W ),
(1)
где С – концентрация ОХВ; Р – параметры, указывающие на место измерения концентрации ОХВ или его время; X – координаты точки, в которой произошла авария; T –
время возникновения аварии; R0 – значения параметров аварии; W – значения погодноклиматических факторов.
Очевидно, что в этом случае данные предполагаются точно заданными. Однако
значения концентрации определяются, исходя из информации, имеющейся у эксперта,
особенностей рельефа местности, ее застройки, а также расчетов, проведенных по различным методикам и с использованием специальных программных систем. Таким образом, результирующая характеристика является нечеткой величиной и представляется
как функция принадлежности.
Рационально осуществлять ее дефаззификацию и далее использовать четкое
значение выходной характеристики. Поскольку все данные в реальных условиях могут
быть измерены или указаны экспертами, можно утверждать, что их необходимо считать нечеткими числами. Соответствующая база данных (рисунок 1) кроме их значений
должна содержать и данные об авариях с подобными ОХВ на однотипных предприятиях. Если предполагается, что авария может произойти во время транспортировки или
хранения, то необходимо иметь информацию об их условиях.
Оператор
Формирование базы данных
Законодательная информация
Табличные данные о параметрах
аварий и ОХВ
Статистические данные о химических
авариях и сценариях их ликвидации
Особенности производства и логистики
Рисунок 1 – Структура данных
124
СТРУКТУРИЗАЦИЯ ЗАДАЧ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ И ЛИКВИДАЦИИ
ПОСЛЕДСТВИЙ ХИМИЧЕСКИХ АВАРИЙ
Характер исходных данных и системная неопределенность [1], сопровождающие
химические аварии, предъявляют особые требования к выбору модели концентрации
ОХВ, применимой для стратегического прогнозирования. Известные модели и методы
их параметрической идентификации оказываются малопригодными в силу многих причин. В частности, невозможно описать концентрацию ОХВ, используя линейные модели, поскольку известно, что химическое заражение местности, как и много других процессов, имеет существенно нелинейный характер. Нелинейные регрессионные модели
сложно использовать, поскольку они чаще всего являются произведениями функций
одной переменной, значения которой указываются неточно. Тогда использование соответствующей модели приведет к неточным результатам. Еще одной моделью мог бы
стать полином Колмогорова–Габора и метод группового учета аргументов для его параметрической и структурной идентификации. Высокая точность получаемых с помощью этого метода моделей является весомым аргументом в пользу его использования,
но предполагаемая неточность исходных данных не позволяет осуществить адекватное
его применение.
Учитывая вышеизложенные особенности данных, возможных моделей и методов
идентификации, решить задачу получения зависимости (1) предлагается, используя нейронечеткую сеть ANFIS [2], с нечетким логическим выводом в форме Цукамото [3]. Такая сеть, используемая как модель (1), объединяет в себе преимущества как обычной
нейросети, а именно, минимализм требований к исходным данным и прозрачность процесса обучения, так и систем нечеткого логического вывода с возможностью интерпретации полученной модели. Обучение сети ANFIS производится на основе табличной
информации о возможных значениях параметров аварии и соответствующих концентрациях ОХВ, полученной от экспертов. Сама модель (1) в этом случае является многопараметрической, поскольку содержит большое количество функций принадлежности
(в большинстве случаев – гауссовских) с неизвестными значениями параметров. В их определении и заключается процесс обучения. При большом количестве данных рационально использовать градиентные методы обучения, в противном случае используют
эволюционное моделирование.
Поскольку при химических авариях возможны два варианта разрушения емкостей с ОХВ, а именно, приводящие к залповому выбросу, или продленному вытеканию,
то моделей типа (1) должно быть как минимум две, поскольку указанные процессы
имеют разные физические особенности, вследствие чего концентрация ОХВ изменяется по разным законам.
Получение модели (1) как сложной нейронечеткой сети является длительным
процессом, связанным с необходимостью определения значений большого количества
параметров. Но, поскольку обучение модели происходит в доаварийный период, то такое ограничение является несущественным. Полученная модель и построенные с ее использованием поля концентрации ОХВ позволят осуществить предварительный анализ
последствий возможных аварий, определить «слабые» места, возможные последствия,
предположить основные варианты проведения мероприятий по ликвидации последствий аварии.
Реальные аварии, как известно, отличаются от моделированных и происходят,
как правило, спонтанно по причине комбинации действия случайных факторов. Вследствие этого невозможно спрогнозировать все возможные сценарии развития событий,
параметры текущей ситуации, значения погодно-климатических факторов. Как только
происходит авария, возникает комплекс событий, носящий критический субъективный
характер; возникает необходимость принятия множества решений. В этом случае ис125
О. Н. ЗЕМЛЯНСКИЙ
пользование автоматизированных систем поддержки принятия решений, в основе которых лежат модели типа (1), позволяет избежать значительных ошибок.
Модель концентрации ОХВ в случае аварии значительно упрощается за счет
введения в нее значений начальных параметров аварии и погодно-климатических факторов. Но, учитывая критичность многих факторов, а в первую очередь, времени, эти
данные отличаются от реальных и могут привести к неправильному прогнозированию
концентрации ОХВ и, как следствие, к неверным решениям ответственного лица. На
практике в зону заражения выезжают специалисты и проводят измерения концентрации
ОХВ. Ранее нами уже показано, что одно или два измерения позволят осуществить
коррекцию модели за короткое время и использовать ее при уточненных расчетах.
Сценарий использования и коррекции модели (1) показан на рисунке 2.
Корректировка и уточнение модели зависят от точности и своевременности проведения измерения концентрации ОХВ на местности. Заметим, что используемые приборы имеют высокую инерционность и немалую погрешность, что также необходимо
учитывать при коррекции данных.
Стратегическое
прогнозирование
Динамическая
модель
концентрации ОХВ
Оперативное
прогнозирование
Модель
концентрации ОХВ
База
данных
Измерение
концентрации ОХВ
в реперных точках
Корректировка
и уточнение
Данные
Рисунок 2 – Задачи модели
Таким образом, приведенные модели и методы составляют единую технологию,
позволяющую осуществить сквозное информационно-аналитическое сопровождение
процессов принятия решений, а также пошаговое уменьшение неопределенности.
Заключение
Базисом принятия адекватных решений является база знаний, некоторые элементы которой приведены на рисунке 1. Кроме геоинформационных данных, законодательной информации, табличных и ретроспективных данных она содержит информацию об особенностях логистики, а также правила логического вывода. Последние
позволяют осуществлять использование банка математических моделей и методов как
при структурной, так и при параметрической идентификации зависимости (1). Интерактивный характер работы с СППР является необходимым условием открытости такой базы знаний, поскольку новая информация об авариях, новые модели и методы
становятся неотъемлемой ее частью и используются в дальнейшем.
Основной частью базы знаний является банк математических моделей и методов, содержащий регрессионные, полиномиальные модели, гауссовские и диффузион-
126
СТРУКТУРИЗАЦИЯ ЗАДАЧ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ И ЛИКВИДАЦИИ
ПОСЛЕДСТВИЙ ХИМИЧЕСКИХ АВАРИЙ
ные модели, применяемые в современных методиках, а также методы их идентификации. На каждом предприятии соответствующая база знаний должна непрерывно пополняться данными об особенностях протекаемых процессов и экспертными заключениями. При существовании разнокомпетентных экспертов предусмотрена модель для
определения их компетентности на основании разных методик. Такая разноаспектная
интеграция технология позволит осуществлять глубокий анализ сложившейся послеаварийной ситуации и адекватное прогнозирование.
Предложенная в статье структуризация процессов принятия решений выполнена
на основании проведенных ранее исследований и разработок. Она является базисом
создания территориально распределенной системы по предупреждению химических
аварий и ликвидации их последствий. Ее разработка и использование позволят минимизировать последствия химических аварий за счет автоматизации, интеллектуализации процессов принятия решений, а также интеграции априорной информации.
Литература
1 Згуровский, М. З. Систмный анализ: проблемы, методология, приложения / М. З. Згуровский, Н. Д. Панкратова. – К. : Наук. думка, 2005. – 743 с.
2 Jang, J.-S. R. ANFIS : Adaptive-Network-Based Fuzzy Inference System / J.-S. R. Jang
// IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics. – 1993. – Vol. 23. – № 3. –
Р. 665–685.
3 Снитюк, В. Е. Прогнозирование. Модели, методы, алгоритмы / В. Е. Снитюк. – К. :
Маклаут, 2008. – 364 с.
4 Исаев, С. В. Инструментальные средства проектирования интегрированных систем
поддержки принятия решений по ликвидации химических аварий : автореф. дис.
канд. техн. наук: 05.13.06 / С. В. Исаев. – Красноярск, 1999. – 22 с.
5 Ноженкова, Л. Ф. Технология построения экспертных геоинформационных систем
поддержки принятия решений по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций : автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.13.14 / Л. Ф. Ноженкова. – Красноярск,
2000. – 34 с.
6 Михайлова, П. Г. Разработка интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению безопасностью химических производств : дис. канд. техн. наук:
05.13.01 / П. Г. Михайлова. – М., 2006. – 194 с.
7 Левушкина, С. А. Интеллектуальная система поддержки принятия решений по
управлению качеством атмосферного воздуха на химических предприятиях : автореф. дис. канд. техн. наук / С. А. Левушкина. – М., 2010. – 20 с.
8 Егоров, А. Ф. Комплекс программных средств для анализа риска и последствий аварий на химически опасных объектах / А. Ф. Егоров, Т. В. Савицкая, П. Г. Михайлова
// Программные продукты и системы. – 2008. – № 4. – С. 138–140.
Поступила в редакцию 09.09.2014
O. M. Zemlianskyi
RESTRUCTURING DECISION PROBLEMS IN PREDICTING AND
MITIGATING CHEMICAL ACCIDENTS
The features of decision-making processes in determining the scale and elimination of
chemical accidents. The tasks that must be addressed in the pre-accident and post-accident
period are suggested. Classified features of modeling the concentration of a hazardous chemical agent. A structure and elemental basis of a knowledge base is offered.
127
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 614.841.332
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПОЖАРА
В СМЕЖНЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
А. В. ШИРКО, кандидат физико-математических наук1
А. Н. КАМЛЮК, кандидат физико-математических наук, доцент2
В. А. ОСЯЕВ2
В. О. НИКОЛАЙЧИК2
1
Учреждение образования «Белорусский государственный технологический
университет», г. Минск
2
Государственное учреждение образования «Командно-инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь, г. Минск
Выполнен анализ экспериментальных данных движения газовых потоков в здании из
двух комнат на начальной стадии пожара. На основе этих данных была создана параметрическая и сеточная расчетная модель здания из двух помещений. Разработана модель настоящего
пожара, учитывающая процессы массообмена и теплообмена конвекцией. C помощью расчета
получены данные по температуре на поверхности железобетонных плит во время пожара.
Ключевые слова: геометрическая модель двух смежных помещений, модель реального
пожара, динамика развития пожара, температурные поля.
Введение
В работах [1]–[4] была разработана математическая модель, позволяющая учесть
запредельное поведение бетона (при напряжениях и деформациях выше критических)
с учетом его пластичности и трещинообразования. Принятый подход по оценке огнестойкости элементов железобетонных конструкций связан с понятием «стандартная
тепловая нагрузка» [5]–[7] и заключается в нагреве поверхности исследуемого элемента температурой, которая распределяется равномерно по поверхности элемента. Однако
понятие «стандартная температура» – это некая идеализация. Во-первых, в случае реального пожара температура никогда не распределена равномерно по поверхности объекта (например, плиты перекрытия), а во-вторых, ее величина на поверхности определяется газодинамикой восходящих потоков воздуха, дыма, продуктов горения,
конвективными процессами, а также процессами переноса лучистой энергии от очага
возгорания. Вследствие этого для оценки огнестойкости элементов железобетонных
конструкций под действием реального пожара необходимо построить модель пожара,
включающую массообмен, теплообмен конвекцией и излучением. Кроме того, при моделировании помещения с очагом возгорания можно параллельно оценить динамику
первичных опасных факторов пожара (ОФП): пламени, повышенной температуры, задымления, пониженной концентрации кислорода, токсических продуктов горения.
На основании изложенного в данной работе создана параметрическая геометрическая модель двух смежных помещений, соединенных двумя дверными проемами.
Построена сеточная модель (область решения), имеющая сгущение сетки в области
больших градиентов температур, вызванных пожаром. Создана модель реального по-
128
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПОЖАРА В СМЕЖНЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
жара, учитывающая массообменные процессы при горении, а также конвективный теплообмен. В результате расчета динамики развития пожара были получены температурные поля на поверхностях железобетонных плит.
Основная часть
Геометрическая модель смежных помещений. Построение сетки конечных
элементов
При создании адекватной расчетной модели требуется обязательно опираться на
экспериментальные данные. В нашем случае за основу взяты результаты работы [8],
в которой эксперимент заключался в следующем. Имелось два смежных помещения,
соединенных между собой двумя дверными проемами. В одном из помещений устраивался пожар. В ходе эксперимента производилось измерение температур на разных высотах как в помещении с пожаром, так и в смежном помещении, также измерялись скорости газовых потоков через дверные проемы.
Данный эксперимент смоделирован с помощью программной среды ANSYS. Характерные размеры здания и расположение очага возгорания, которые используются
в качестве параметров для построения геометрической модели, приведены на рисунке 1.
DB
BF
LF
B
F
L2
L1
Рисунок 1 – Характерные размеры здания и расположения очага возгорания
Очаг возгорания находится в центре комнаты с размерами L1 x B (квадрат со
стороной F). Его размеры непосредственным образом будут влиять на тепловыделение.
Все данные по размерам помещений и расположению очага возгорания соответствуют
экспериментальному зданию. Единственное отличие состоит в том, что смежное экспериментальное помещение имело нишу, которая предусмотрена для экстренной эвакуации. Так, при проведении эксперимента человек непосредственно находился в помещении в защитном костюме и производил съемку теплового состояния в комнатах с
помощью тепловизора. В случае нештатной ситуации ниша используется в качестве
запасного выхода. Для уменьшения количества конечных элементов в модельной задаче это дополнительное помещение в расчет включено не будет. Хотя такое упрощение
будет вносить определенную погрешность в конечный результат, так как углубленная
ниша выступает в роли «холодильника» и непосредственным образом влияет на тепловой баланс в помещении.
Экспериментальное здание обладает очевидной симметрией, поэтому моделировать
будем только его половину (рисунок 2, а). Кроме того, программы вычислительной гидро129
А. В. ШИРКО, А. Н. КАМЛЮК, В. А. ОСЯЕВ, В. О. НИКОЛАЙЧИК
газодинамики (Fluent, CFX) работают с жидкими и газообразными средами, поэтому в качестве расчетной области используется внутренний объем воздуха в помещении. Программа автоматически заполняет помещения средой и отбрасывает окружающие стены,
тем самым формируя расчетную область, показанную на рисунке 2, б.
а)
б)
Рисунок 2 – Геометрическая модель помещений
Построение сетки конечных элементов является важным этапом моделирования,
так как качество сетки непосредственно влияет на сходимость решения. Адаптивная
сетка должна обладать рядом свойств, таких как гладкость, простота представления в
ЭВМ и адаптивность, т. е. она должна сгущаться в областях, где происходит резкое изменение решения. Метод построения сетки должен обладать свойством эллиптичности,
т. е. определять влияние каждого узла сетки на другие, соседние узлы.
Кроме того, необходимо рассчитать толщину конечных элементов в пристеночных
областях, там, где нас интересует теплообмен между воздушной средой и железобетонными плитами перекрытия, и сгущать сетку в области больших градиентов температур.
Для построения сетки использовался новый метод сеточного генератора CutCell,
который строит сетку в основном на гексаэдрических элементах и позволяет сгущать
сетку методом деления пополам.
На рисунке 3 показана сеточная модель (расчетная область).
Сетка имеет около 88 тыс. элементов с минимальным показателем ортогональности
0,29 и максимальным показателем вытянутости 33, что является вполне приемлемым.
Рисунок 3 – Расчетная область
130
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПОЖАРА В СМЕЖНЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Моделирование и его результаты
Получение адекватных результатов с помощью модельной задачи возможно
только при правильном и полном описании свойств среды. Такой сложный процесс, как
нагрев железобетонных элементов вплоть до их разрушения невозможно описать линейной моделью. Создание моделей нелинейных свойств материалов и газовой среды
здесь играют определяющую роль. Модели материалов (стали и бетона) были построены в предыдущих исследованиях [2].
Рассмотрим свойства газовой среды. На начальном этапе моделирования можно
использовать однофазную модель газовой среды, компонентом которой является только воздух. Воздух будем считать идеальным газом, параметры которого описывает
уравнение состояния идеального газа. Причем воздушную среду будем считать несжимаемой, т. е. плотность будет зависеть не от давления, а только от температуры. В модели среды учтем зависимость теплоемкости и теплопроводности от температуры, хотя
теплопередача в воздушной среде происходит в большей степени за счет конвекции,
а не теплопроводности.
При построении модели очага возгорания используем упрощенную модель пожара, заключающуюся в задании температуры поверхности очага возгорания и массового расхода через эту поверхность. В качестве «вдуваемой» среды используется воздух (в рамках однофазной модели среды).
Определение зависимости массового расхода газов через поверхность очага возгорания производится на основе экспериментальных данных по изменению массы горящего твердого топлива, представленных в [8]. Анализируя данные эксперимента [8],
установлено, что при развитии пожара скорость выгорания древесины нарастает в течение примерно 300 с, а затем следует установившийся режим горения с постоянной
скоростью потери массы (скорость выгорания топлива соответствует тангенсу угла наклона экспериментальной кривой). Причем во всех опытах максимальный массовый
расход на стадии установившегося пожара соответствует 0,0064 кг/с. Переходный процесс от разгорания до установившегося горения будем описывать участком синусоиды.
Зависимость массового расхода газов через поверхность очага возгорания показана
на рисунке 4.
Как видно из рисунка, переходный процесс длится 300 с согласно экспериментальным данным (описывается участком синусоиды) и выходит на максимальный расход в 0,0032 кг/с. Экспериментальное значение соответствует 0,0064 кг/с, однако, поскольку мы моделируем половину помещения, расход газов на эту половину также
будет в два раза меньше.
Поток воздуха будет подаваться с расходом, соответствующем зависимости,
представленной на рисунке 4, при этом этот газ будет иметь температуру, значение которой принимается в соответствии с Еврокодом [5]. Зависимость температуры входящих газов от времени горения имеет следующий вид:

 0,32t 
  3,8t    20.
T  8801  0,657 exp
  0,313 exp

 6 
 6 

(1)
График зависимости (1) показан на рисунке 5, на котором видно, что максимальной температуры газовый поток достигает примерно через 100 с.
131
А. В. ШИРКО, А. Н. КАМЛЮК, В. А. ОСЯЕВ, В. О. НИКОЛАЙЧИК
Рисунок 4 – Зависимость массового расхода
газов от времени горения
Рисунок 5 – Зависимость температуры
газового потока от времени горения
Примем некоторые допущения. Стены и пол будем считать теплоизолированными. Несмотря на то, что стены в экспериментальном здании достаточно толстые,
часть тепла будет уходить из помещений за счет теплопроводности стен и пола. Однако
эта часть мала, и если в последующем не производить прочностной расчет указанных
элементов, то можно принять стены и пол адиабатными, т. е. тепловой поток через поверхность этих элементов q = 0.
Для плит перекрытия планируется в последующем провести прочностной расчет, поэтому важно корректно рассчитать температурные поля на их поверхности. Для
этого необходимо учесть теплопроводность плит. В сущности, необходимо решить
плоскую задачу теплопроводности. ANSYS FLUENT решает такую задачу для твердых
тел в линейной постановке. Для этого необходимо задать толщину плиты и граничные
условия на ее необогреваемой поверхности. Примем, что отток тепла с необогреваемой
поверхности плиты будет идти за счет конвекции и излучения. При этом принимаем
согласно рекомендациям Еврокода [5] коэффициент теплоотдачи – 25 Вт/(м2К) и степень черноты поверхности – 0,8.
При проведении термогазодинамического расчета помещений при численном
решении рассматриваемой задачи ANSYS FLUENT решает уравнения Навье–Стокса
(три уравнения в проекциях), включая уравнение неразрывности потока и уравнение
теплового баланса. Эти уравнения замыкаются уравнениями выбранной модели турбулентности. В случае расчета с учетом лучистого теплообмена добавляется уравнение
переноса лучистой энергии.
Основные уравнения в векторной форме имеют следующий вид:
– уравнение неразрывности потока


 ()  S m ,
t
(2)
где  – плотность;  – скорость потока; S m – добавочный член, определяет дополнительный источник массы, к примеру, от второй дисперсной фазы;
– уравнение сохранения импульса

 
       p     g  F ,
t
132
(3)
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПОЖАРА В СМЕЖНЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ




2
где р – статическое давление;       T    I  – тензор напряжений ( – вяз3


кость среды; I – единичный тензор); g и F – гравитационные и внешние поверхностные силы;
– уравнение сохранения энергии




E    E  p    kT   h j J j     Sh .
t
j


(4)
Первые три слагаемые в правой части уравнения (4) описывают баланс тепла за
счет конвекции, диффузии и диссипации. Sh включает тепло химических реакций и
других внутренних источников тепла. E – полная энергия, определяемая соотношением
E h
p 2
 ,
 2
где h – энтальпия вещества.
Численное решение приведенных уравнений требует достаточных затрат машинного времени, особенно в трехмерной постановки задачи.
Рассмотрим некоторые результаты расчета. Наиболее наглядным является распределение температур в помещениях. Общий ракурс температурных полей в трех
плоскостях показан на рисунке 6.
2
3
1
Рисунок 6 – Температурные поля в трех плоскостях: 1 – плоскость, совпадающая
с плоскостью симметрии и проходящая через очаг возгорания; 2 – плоскость,
примыкающая к плитам перекрытия в помещении с пожаром;
3 – плоскость, проходящая через дверной проем
На рисунке 6 показана температура среды в трех характерных плоскостях для
момента времени – 670 с с момента начала пожара. На рисунке 6 отчетливо видна так
называемая «тепловая колонка», которая образуется за счет того, что нагретые слои
воздушной среды поднимаются вверх.
133
А. В. ШИРКО, А. Н. КАМЛЮК, В. А. ОСЯЕВ, В. О. НИКОЛАЙЧИК
Для анализа тепловых потоков рассмотрим плоскости 1 и 3 более детально на
всем временном интервале решения модельной задачи. Так, на рисунке 7 показаны
температурные поля при различных временах развития пожара (от его зарождения до
развитой стадии). Уже через 10 с с момента начала пожара появляется так называемая
«тепловая колонка», образованная восходящим нагретым воздухом. Это приводит к
циркуляции воздуха в помещениях, которая вызывает «качание» тепловой колонки.
Например, на рисунке 7, соответствующем 60 с пожара, тепловая колонка смещена
вправо от очага возгорания.
1c
5c
10 c
Рисунок 7 – Температурные поля (продолжение и окончание см. на с. 135 и 136)
134
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПОЖАРА В СМЕЖНЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
30 c
60 c
150 c
300 с
Рисунок 7 – Продолжение (начало см. на с. 134, окончание – на с. 136)
135
А. В. ШИРКО, А. Н. КАМЛЮК, В. А. ОСЯЕВ, В. О. НИКОЛАЙЧИК
400 с
600 с
800 с
Рисунок 7 – Окончание (начало см. на с. 134 и 135)
Как видно из рисунка 7, горячие массы воздуха постепенно скапливаются
в верхней части помещения с пожаром, а затем через дверной проем поступают в
смежное помещение. Естественно, температура в помещениях, в первую очередь, определяется конвективными потоками. На рисунке 8 показано поле скоростей в плоскости,
которая проходит через дверной проем (плоскость 3 на рисунке 6), и соответствующее
300 с с момента начала пожара.
136
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПОЖАРА В СМЕЖНЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Рисунок 8 – Поле скоростей
На рисунке 8 хорошо просматривается циркуляция воздушных масс, которая обусловлена подъемом горячего воздуха, нагретого пожаром. Горячий воздух поднимается
вверх, циркулирует и устремляется в верхнюю часть дверного проема (красные стрелки на
рисунке 8). Попадая в смежное помещение, где среда менее нагрета, горячий поток разгоняется. Через нижнюю часть дверного проема наблюдается приток воздуха «подсос» из
смежного помещения в помещения с пожаром (синие стрелки на рисунке 8). Профиль скоростей через дверной проем показан на рисунке 8 заштрихованным графиком. Рассмотрим
эти профили подробнее. Так, на рисунках 9 показаны профили скоростей при разных временах с момента начала пожара. Положительные значения скоростей соответствуют движению потока из помещения с пожаром в смежное помещение (будем называть его прямой поток), соответственно, отрицательные – поток воздуха из смежного помещения в
помещение с пожаром (обратный поток). Из рисунка 7 видно, что уже на 1-й секунде горения, когда пламя «вспыхивает» (согласно модели на рисунке 5), появляются прямой и обратные потоки через дверной проем (рисунок 9). Далее они несколько уменьшаются
(5-я секунда на рисунке 9) и уже через 10 с с момента начала пожара начинается устойчивый рост скорости как прямого, так и обратного потоков. Можно также отметить, что со
временем зона прямого потока становится уже. Если в начальные моменты времени она
занимала больше половины высоты дверного проема, то на стадии развитого пожара эта
зона сужается до трети высоты дверного проема. При этом зона обратного потока раздваивается (см. 300 с, 400 с, 600 с на рисунке 9).
Для сопоставления расчетных данных с данными эксперимента [8] построим зависимость температуры в контрольных точках, расположенных по высоте дверного
проема, от времени горения (рисунок 10).
137
А. В. ШИРКО, А. Н. КАМЛЮК, В. А. ОСЯЕВ, В. О. НИКОЛАЙЧИК
Рисунок 9 – Профили скоростей воздушного потока через дверной проем
138
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПОЖАРА В СМЕЖНЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Сопоставляя расчетные данные на рисунке 10 с экспериментальными данными,
представленными в [8], можно отметить, что для контрольных отметок в 0,6, 1,0 и 1,5 м
значения температур совпадают с точностью погрешности эксперимента. Для контрольных отметок в 0,2 и 1,8 м имеет место существенное расхождение с экспериментальными
данными. Расхождение в значениях температуру в верхней и нижней частях дверного
проема может быть связана с тем, что из-за наличия в экспериментальном здании углубленной ниши, которая выступает в роли «холодильника», происходит более интенсивная
циркуляция воздушных масс. В результате в нижней части дверного проема температура
в эксперименте оказывается меньше расчетных значений, а в верху проема – выше. График скоростей потока через контрольные отметки показан на рисунке 11.
Рисунок 10 – Распределение температуры
в дверном проеме между помещениями
в зависимости от времени выгорания
древесины
Рисунок 11 – Распределение скорости газов
в дверном проеме между помещениями
в зависимости от времени выгорания
древесины
Действительно, из рисунка видно, что максимальные скорости прямого и обратного потоков через дверной проем отличаются от экспериментальных значений, представленных в [8], более чем на 0,2 м/с. Имеющие место отклонения в значениях скоростей связаны с тем, что в смежном помещении экспериментального здания происходит
более интенсивное охлаждение потока в области ниши.
Заключение
Одна из основных задач проектирования противопожарной защиты зданий и сооружений состоит в обеспечении безопасности людей при пожаре. Безопасность людей
при пожаре на его начальной стадии определяется воздействием первичных опасных
факторов пожара (ОФП): пламя, повышенная температура, задымление, пониженная
концентрация кислорода, действие токсических продуктов горения. Безопасность достигается эвакуацией людей из здания через эвакуационные выходы. Завершение эвакуации людей из здания должно произойти до наступления критических значений ОФП
как в помещении с пожаром, так и смежных помещениях. Для смежных помещений
предполагается, что горение в них отсутствует, а достижение критических значений ОФП происходит в результате газообмена через проемы, вызванного различием
параметров состояния газовой среды в двух помещениях, прежде всего, перепадом давлений между ними.
В ходе выполнения работы были проанализированы результаты натурного эксперимента по измерению параметров газообмена между двумя помещениями на на-
139
А. В. ШИРКО, А. Н. КАМЛЮК, В. А. ОСЯЕВ, В. О. НИКОЛАЙЧИК
чальной стадии пожара. На основе представленных данных была создана параметрическая геометрическая модель двух смежных помещений, соединенных двумя дверными
проемами, и построена сеточная модель (область решения), имеющая сгущение сетки в
области больших градиентов температур, вызванных пожаром. Создана модель реального пожара, учитывающая массообменные процессы при горении, а также конвективный теплообмен. В результате расчета динамики развития пожара были получены температурные поля на поверхностях железобетонных плит, которые в последующих
исследованиях будут использованы при проведении теплового и прочностного расчетов плит перекрытия.
Литература
1 Методика создания параметрических моделей железобетонных элементов конструкций / А. В. Ширко [и др.] // Чрезвычайн. ситуации: образование и наука. – 2013. –
Т. 8, № 1. – С. 48–54.
2 Камлюк, А. Н. Модели материалов арматуры и бетона для теплотехнических и прочностных расчетов на примере российского стандарта / А. Н. Камлюк, А. В. Ширко,
И. И. Полевода // Вестн. Команд.-инженер. ин-та МЧС Респ. Беларусь. – 2013. –
№ 1 (17). – С. 104–116.
3 Теплотехнический расчет огнестойкости элементов железобетонных конструкций с
использованием программной среды ANSYS / А. В.Ширко [и др.] // Вестн. Команд.инженер. ин-та МЧС Респ. Беларусь. – 2013. – № 2 (18). – С. 260–269.
4 Fire resistance evaluation of reinforced concrete structures / V. Kudryashov [et al.]
// Safety of technogenic environment. – 2012. – № 3. – P. 45–49.
5 Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Часть 1–2. Общие воздействия. Воздействия для определения огнестойкости. (EN 1991-1-2:2002, IDT). – Минск : М-во архитектуры и стр-ва Респ. Беларусь, 2010. – 48 с.
6 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования : ГОСТ 12.1.004–91. – Введ. 01.07.92. – М. : Ком. стандартизации и метрологии
СССР ; М-во внутренних дел СССР ; М-во хим. пром-ти СССР, 1996. – 83 с.
7 Милованов, А. Ф. Огнестойкость железобетонных конструкций / А. Ф. Милованов. –
М. : Стройиздат, 1998. – 224 с. : ил.
8 Осяев, В. А. Характеристики газообмена через проем между двумя помещениями на
начальной стадии пожара / В. А. Осяев // Вестн. Команд.-инженер. ин-та МЧС Респ.
Беларусь – 2013. – № 2 (18). – С. 105–109.
Поступила в редакцию 17.10.2014
A. V. Shirko, A. N. Kamluk, V. A. Osyaev, V. O. Nikolaichik
COMPUTER SIMULATION OF THE DYNAMICS OF FIRE IN TWO ROOMS
The analysis of the experiment data of the gas flow in the building of two rooms at the
initial stage of a fire is made. Using these data is created a parametric and a mesh computational model building of two rooms. A model takes into account the processes mass transfer
and heat transfer by convection of the present fire is created. Obtained by calculating the temperature data on the surface of concrete slabs during fire.
140
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 331.452
ВЛИЯНИЕ СЕРТИФИКАЦИИ НА РЕЗУЛЬТАТИВНОСТЬ РАБОТЫ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОХРАНОЙ ТРУДА
Г. В. АЛУФ
Н. О. ЕРМАКОВА
Белорусский национальный технический университет, г. Минск
В данном исследовании был проведен анализ влияния сертификации на результативность работы системы управления охраной труда. В ходе исследования была установлена эффективность сертификации систем управления охраной труда в соответствии с требованиями
стандарта СТБ 18001–2009. Степень положительного влияния сертификации оказалась различной для разных отраслей в силу их специфических особенностей.
Ключевые слова: система управления охраной труда, сертификация, несчастные случаи, результативность, стандарт, анкетирование.
Введение
Система управления охраной труда (далее – СУОТ) – важнейший элемент
управления на предприятии, она должна быть фундаментом обеспечения здоровых и
безопасных условий труда. Внедрение СУОТ является обязательным для всех организаций и предприятий, а сертификация проводится в добровольном порядке. Целесообразность и необходимость сертификации определяет для себя каждая отдельная организация.
Основная часть
Объектом исследования является сертифицированная система управления охраной труда. Цель исследования автора – оценка целесообразности и эффективности сертификации СУОТ в соответствии с требованиями стандарта СТБ 18001–2009.
Исходная информация и методология проведения исследования
Для оценки влияния сертификации на результативность работы системы управления охраной труда было проведено анкетирование 42 предприятий и организаций
различного профиля, в которых сертификацию СУОТ осуществлял Орган по сертификации Республиканского института высшей школы.
Анкета была составлена таким образом, чтобы запрашиваемая информация позволяла проследить тенденцию в изменении числа несчастных случаев за определенный период до и после сертификации.
Общее количество нечастных случаев не позволяет объективно оценить результативность работ по охране труда, так как при любом уровне их организации всегда будет зарегистрировано некоторое количество несчастных случаев, обусловленных человеческим фактором, – это случаи, в которых вина нанимателя не установлена. По
нашему мнению, количество несчастных случаев по вине нанимателя является более
141
Г. В. АЛУФ, Н. О. ЕРМАКОВА
точным показателем грамотной организации охраны труда на предприятии и, следовательно, может быть критерием объективной оценки результативности действия СУОТ.
Анализ результатов исследования
Анализ результатов анкетирования включал в себя следующие этапы:
а) сортировка анкет в соответствии с профилем предприятия или организации по
следующим отраслям:
1) жилищно-коммунальное хозяйство;
2) нефтяная, газовая и химическая промышленность;
3) строительная отрасль;
4) пищевая и бумажная промышленность;
5) энергетическая отрасль;
6) лесное хозяйство;
7) железнодорожная отрасль;
8) другие организации и предприятия;
б) анализ результатов анкетирования отдельно по каждой отрасли:
1) составление итоговой таблицы по отрасли путем суммирования таблиц по соответствующим ячейкам;
2) расчет общего числа несчастных случаев и числа несчастных случаев по вине
нанимателя за три года до сертификации и за три года после нее;
3) расчет процентного изменения общего числа несчастных случаев и числа несчастных случаев по вине нанимателя после сертификации;
4) суммирование числа положительных и отрицательных ответов на вопрос о
влиянии сертификации на результативность работы СУОТ;
в) анализ результатов анкетирования совместно по всем отраслям.
Результаты исследования для отраслей, в которых сертификация оказалась наиболее эффективной, приведены в таблицах 1–4. Общие результаты для всех организаций и предприятий, прошедших анкетирование в рамках исследования, представлены в
таблице 5.
Таблица 1 – Результаты анкетирования для отрасли ЖКХ
Количество несчастных случаев на производстве
3 года
до сертификации
Показатель
6
Общее количество несчастных случаев (НС):
– вина нанимателя не установлена
4
2
– по вине нанимателя
Сертификация повлияла/не повлияла
на результативность охраны труда
3 года
после сертификации
4
3
2
3
13
10
Снижение числа НС на 23 %
1
1
0
3
3
2
2
0
7
3
Снижение числа НС на 57 %
11/2
142
5
4
1
ВЛИЯНИЕ СЕРТИФИКАЦИИ НА РЕЗУЛЬТАТИВНОСТЬ РАБОТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОХРАНОЙ ТРУДА
Таблица 2 – Результаты анкетирования для нефтяной, газовой и химической промышленности
Количество несчастных случаев на производстве
3 года
3 года
Показатель
до сертификации
после сертификации
18
Общее количество несчастных случаев:
– вина нанимателя не установлена
6
12
– по вине нанимателя
Сертификация повлияла/не повлияла
на результативность охраны труда
29
23
16
14
70
45
Снижение числа НС на 36 %
13
1
4
4
16
22
12
10
50
22
Снижение числа НС на 56 %
15
4
11
6/1
Таблица 3 – Результаты анкетирования для легкой, пищевой и бумажной
промышленности
Количество несчастных случаев на производстве
3 года
3 года
Показатель
до сертификации
после сертификации
4
Общее количество несчастных случаев:
– вина нанимателя не установлена
0
4
– по вине нанимателя
Сертификация повлияла/не повлияла
на результативность охраны труда
4
4
1
4
12
10
Снижение числа НС на 17%
1
0
1
0
3
4
0
4
11
7
Снижение числа НС на 36 %
5
2
3
4/1
Таблица 4 – Результаты анкетирования для строительной отрасли
Количество несчастных случаев на производстве
3 года
3 года
Показатель
до сертификации
после сертификации
11
Общее количество несчастных случаев:
– вина нанимателя не установлена
3
8
– по вине нанимателя
Сертификация повлияла/не повлияла
на результативность охраны труда
8
13
7
7
32
16
Снижение числа НС на 50 %
0
5
2
2
8
8
5
5
24
16
Снижение числа НС на 33 %
4/0
143
9
3
6
Г. В. АЛУФ, Н. О. ЕРМАКОВА
Таблица 5 – Итоговые результаты анкетирования
Количество несчастных случаев на производстве
3 года
3 года
Показатель
до сертификации
после сертификации
58
Общее количество несчастных случаев:
– с тяжелым исходом
– со смертельным исходом
– групповые
– вина нанимателя не установлена
13
9
1
14
44
– по вине нанимателя
Сертификация повлияла/не повлияла
на результативность охраны труда
62
59
42
41
179
130
Снижение числа НС на 27 %
17
18
9
17
7
5
5
5
1
1
0
0
16
7
9
10
46
52
33
31
142
98
Снижение числа НС на 31 %
47
17
2
1
13
34
35/6
Анкетируемыми предприятиями и организациями были отмечены следующие
результаты влияния сертификации на работу СУОТ:
– повышение эффективности управления охраной труда;
– улучшение условий труда работников;
– идентификация опасностей и оценка рисков;
– систематизация работы по обеспечению и снабжению средствами индивидуальной защиты;
– улучшение трудовой и производственной дисциплины;
– более систематизированный подход к решению различных задач, возникающих в процессе обеспечения работников безопасными условиями труда;
– распределение ответственности между подразделениями и работающими;
– постоянный контроль и анализ состояния охраны труда на каждом рабочем
месте.
Среди причин отсутствия влияния сертификации или негативных ее последствий были названы:
– требование дополнительных финансовых затрат;
– увеличение количества документации.
Заключение
По результатам проведенного исследования можно сделать следующие выводы:
1 В целом сертификация СУОТ ощутимо повлияла на результативность управления охраной труда и позволила снизить число несчастных случаев по вине нанимателя на 31 %.
2 Сертификация СУОТ оказалась наиболее результативной в сфере ЖКХ, а также в нефтяной, химической и газовой отраслях.
Литература
1 Система управления охраной труда: путь к непрерывному совершенствованию
// Труд-Эксперт. Управление. – Режим доступа: http://www.trudcontrol.ru/
press/publications/261/sistema-upravleniya-ohranoy-truda-put-k-neprerivnomu-sovershenstvovaniu.
144
ВЛИЯНИЕ СЕРТИФИКАЦИИ НА РЕЗУЛЬТАТИВНОСТЬ РАБОТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОХРАНОЙ ТРУДА
2 Трудовой кодекс Республики Беларусь // ПРАВО – Законодательство Респ. Беларусь. –
Режим доступа: http://pravo.kulichki.com/vip/trud/00000014.htm.
3 Система управления охраной труда – СУОТ. Разработка СУОТ // Разработка и согласование документации по экологии и охране труда. – Режим доступа:
http://instr.deal.by/p2926821-sistema-upravleniya-ohranoj.html.
4 Об оценке соответствия требованиям технических нормативных правовых актов в
области технического нормирования и стандартизации : Закон Респ. Беларусь
от 5 янв. 2004 г. № 269-З (ст. 1 с изм. и доп. в ред. от 31.12.2010 г.).
5 Системы управления охраной труда. Требования : СТБ 18001–2009. – Введ.
01.10.2009.
6 Порядок сертификации систем управления охраной труда. Общие положения :
ТКП 5.1.12–2006 (04100). – С изм. и доп. в ред. от 01.01.2012 г.
7 Об охране труда : Закон Респ. Беларусь от 23 июня 2008 г. – Ст. 13.
Поступила в редакцию 23.10.2014
G. V. Aluf, N. O. Ermakova
INFLUENCE OF CERTIFICATION ON EFFECTIVENESS OF OCCUPATIONAL HEALTH AND SAFETY MANAGEMENT SYSTEMS
The present research focuses on the analysis of influence of certification on effectiveness of Occupational health and safety management systems. During the research it was
founded effectiveness of certification in accordance with requirements of state standard STB
18001–2009. The degree of the positive impact of certification was various for different industries due to their specific features.
145
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 636.74
ЧЕТВЕРОНОГИЕ ПОМОЩНИКИ НА СЛУЖБЕ
В МЧС РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
В. Ф. ТИМОШКОВ, преподаватель кафедры
Н. С. ШВЕДОВ, преподаватель кафедры
Государственное учреждение образования «Гомельский инженерный институт»
МЧС Республики Беларусь
Показаны возможности четвероногих помощников на службе в МЧС. Рассмотрена вероятность участия породы собак «лабрадоры» в поисково-спасательных работах при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
Ключевые слова: лабрадор-ретривер, поисково-спасательные работы, чрезвычайные
ситуации природного и техногенного характера, кинологическая
служба.
Введение
В настоящее время возникает тенденция к увеличению роста чрезвычайных
ситуаций природного и техногенного характера. Аварии, связанные с обрушением зданий и сооружений, можно назвать наиболее сложными с точки зрения проведения спасательных работ. Сложность обусловлена большим количеством пострадавших людей,
необходимостью выполнения трудоемких инженерных работ и сохраняющейся угрозой
дальнейших разрушений. Привлекаемые силы и средства необходимо сосредоточить на
местах проведения работ в минимально короткое время. Это связано с физиологическими особенностями пострадавших, необходимостью обеспечения их жизнедеятельности, как правило, в течение 10 ч. Последнее зависит от их психического состояния,
полученных травм и воздействия на них первичных и вторичных поражающих факторов чрезвычайных ситуаций.
Ликвидация последствий разрушения строительных конструкций требует значительных усилий от подразделений различных министерств и ведомств. Она сопровождается сосредоточением большого количества технических средств. На первом месте
стоит четкая координация всех сил, принимающих участие в спасательных работах.
С этой целью в 1993 г. в Стокгольме была образована Всемирная ассоциация по
подготовке собак-спасателей с целью повышения эффективности работы в случае возникновения бедствий в какой-либо точке планеты.
Основная часть
Общая характеристика лабрадоров-ретриверов
В нашей стране в структуре МЧС созданы кинологические службы. Проводится
целенаправленная работа по подготовке служебных собак. Процесс обучения направлен на развитие у служебных собак общего курса дрессировки, поисково-следовых качеств и проведения качественной поисково-спасательной работы.
146
ЧЕТВЕРОНОГИЕ ПОМОЩНИКИ НА СЛУЖБЕ В МЧС РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Нельзя не согласиться, что собаки-спасатели выполняют одну из самых трудных
и благородных миссий, рискуя при этом собственной жизнью. Для этих целей задействуются собаки различных пород, в том числе и лабрадоры ретриверы.
Сегодня лабрадор стал одной из самых любимых и известных в мире пород собак. Этот универсальный пес нашел себе множество специальностей, не считая роли
отличного компаньона для семьи. В прошлом эти собаки были исключительно охотничьими.
Рисунок 1 – Лабрадоры-ретриверы
Чем же так пленяет лабрадор? Дружелюбным характером, красивой и вместе с
тем неэкстравагантной внешностью, весело виляющим хвостом и постоянной готовностью помочь человеку в любой работе.
Наверное, не все знают, что ретриверов, столь популярных и любимых сейчас,
еще полтора-два века назад просто не существовало, а выведены они были для весьма
специфических целей.
От ретриверов требовалось, чтобы они были послушными, сообразительными,
выносливыми, легко двигались, будучи при этом крепкого телосложения, а также обладали отличным обонянием и «мягким ртом» – умением доставить дичь охотнику, не
повредив ее. В то же время эти собаки не должны были относиться к охоте со страстью
пойнтеров или сеттеров: ретривер выполнял приказы охотника, рядом с которым находился все время, и принятие им самостоятельных решений не поощрялось.
Все это обуславливает характер современных ретриверов – мягкий и покладистый. Они легкоуправляемы и превосходно поддаются обучению.
Ретриверы великолепно плавают, и вода для них, будь то море, быстрая река или
озеро, – родная стихия. Имеют шерстяной покров, который вне зависимости от типа
хорошо греет собаку в воде.
Лабрадор – самая старая и наиболее популярная сейчас порода ретриверов. По
одной из версий, название «лабрадор» связано с цветом камня «лабрадорит» (первые
лабрадоры были только черными). По другой – с полуостровом Лабрадор, откуда произошли эти собаки. Сторонники третьей версии убеждены, что в названии породы заключено португальское слово «lavrador» – «труженик».
147
В. Ф. ТИМОШКОВ, Н. С. ШВЕДОВ
Рабочие качества лабрадоров-ретриверов
Благодаря своей неприхотливости, покладистому характеру и способности к
разнообразной дрессировке, они полюбились очень многим собаководам. И чувство это
взаимно: любовь к членам своей семьи у ретриверов просто не знает границ. К тому же
по отношению к посторонним людям они весьма приветливы, и к собакам и другим
животным достаточно терпимы.
Рисунок 2 – Лабрадоры – отличные пловцы
Лабрадор отдается любимому делу с готовностью. Выполняет его энергично и
увлеченно. При правильном воспитании он послушен и покладист, работа с ним превращается в удовольствие – как для кинолога, так и для самой собаки. Если использовать лабрадора в качестве сторожа, то не стоит на него рассчитывать. В его характере
нет агрессии ни к людям, ни к другим животным. Добрый, приветливый и послушный,
лабрадор как нельзя лучше подходит для жизни в городе, где на прогулке ему встречается множество людей и собак. При виде незнакомого лабрадора можно быть абсолютно спокойным: он никого не обидит.
Такую собаку можно смело рекомендовать начинающему собаководу, потому
что непреодолимых трудностей в ее выращивании, воспитании и содержании точно не
возникнет.
Содержать лабрадора в целом несложно, он не требует каких то особенных условий. Однако это не значит, что собака должна расти как трава в поле. Густой водонепроницаемый шерстяной покров и хорошее здоровье лабрадоров позволяют содержать
эту породу в любых климатических условиях, ведь он не боится ни холода, ни сырости.
Растущий щенок или взрослая собака для правильного развития и поддержания хорошей формы нуждается в значительной физической нагрузке. Активный от природы,
при недостатке движения лабрадор очень быстро жиреет, теряя свою привлекательность. У собаки хорошей кондиции ребра должны прощупываться. В еде ретривер неприхотлив, но это не значит, что его можно кормить чем попало. Корм (промышленного производства или собственного приготовления) должен быть хорошего качества, а
количество его должно соответствовать физическому состоянию собаки.
Лабрадор очень понятлив и, несмотря на его кипучую энергию, послушен.
Рекомендуется заняться его обучением (хотя бы элементарным) уже в щенячьем возрасте – самостоятельно или на дрессировочной площадке. Занятия с любимым хозяином доставляют ретриверу настоящую радость. Любой ретривер – страстный апортировщик. Он с большим удовольствием носит с собой любимую игрушку, подает
брошенные предметы, в том числе и с воды. Необходимо помнить, что работа –
148
ЧЕТВЕРОНОГИЕ ПОМОЩНИКИ НА СЛУЖБЕ В МЧС РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
врожденная потребность ретривера. Ему недостаточно посмотреть телевизор с хозяином и пройтись после этого вокруг дома, чтобы «освежиться». Шерсть лабрадора ретривера не требует особого ухода. Моют собаку только при необходимости (если она
испачкалась).
Нет необходимости говорить о том, что в любом случае собака должна быть
приучена к обществу других животных и, конечно, посторонних людей.
Специализация лабрадоров-ретриверов
Лабрадор – это универсальная собака. Отличное обоняние позволяет использовать его в полицейской, таможенной, пограничной службах и в спасательных подразделениях МЧС. Ретривер безупречно справляется с поиском наркотиков, взрывчатки,
оружия. Служебным собакам нередко приходится работать в местах скопления большого числа людей – в аэропортах, на вокзалах и т. д. Для таких объектов обычно готовят палевых (светлый окрас) лабрадоров; вид красивой собаки теплого светлого окраса
с добродушной мордой и виляющим хвостом не вызывает у людей чувства тревоги.
Рисунок 3 – Лабрадоры – многофункциональная порода собак
Довольно часто можно встретить ретриверов и в командах спасателей, одними
из первых они начинают работать в местах катастроф, разыскивая людей в лесах, под
снегом и в завалах. Кроме того, лабрадоры – незаменимые помощники для инвалидов и
используются в качестве поводырей глухих и для помощи людям с ослабленным зрением. Ретривер может быть нянькой и хорошим другом для детей.
Лабрадор – одна из таких собак, которая как нельзя лучше может поднять настроение, а ведь контакт с искренне радушной, «улыбающейся» собакой способствует
установлению душевного равновесия пострадавшего в условиях ЧС.
Полезный эффект от использования в качестве служебных собак лабрадоровретриверов для системы МЧС заключается в универсальности данной породы по проведению поисково-спасательных работ. Порой там, где ограничены действия спасателей, на помощь людям приходят они – «четвероногие помощники».
Так, в Гомельской области кинологи-спасатели с лабрадорами неоднократно
проводили поиск детей и взрослых людей, заблудившихся в лесу; в г. Минске работали
при обрушении кровли цеха одного из предприятий по отысканию пострадавших.
Заключение
Изучение опыта по применению лабрадоров-ретриверов показывает перспективность развития навыков данной породы по поиску пострадавших в условиях чрезвычайных ситуаций.
149
В. Ф. ТИМОШКОВ, Н. С. ШВЕДОВ
Литература
1 Борисова, А. В. Лабрадор-ретривер / А. В. Борисова – М. : ОЛМА-ПРЕСС Гранд,
2003. – С. 1–32.
2 Шкляев, А. И. Лабрадор-ретривер / А. И. Шкляев – М. : ЭКСМО, 2013. – С. 1–144.
3 Правила по охране труда в органах и подразделениях по чрезвычайным ситуациям
Республики Беларусь : Приказ М-ва по чрезвычайн. ситуациям Респ. Беларусь от
23 окт. 2003 г. № 34. – С. 41–45.
4 Черчиль, Д. Лабрадор-ретривер / Д. Черчиль. – М. : Центрополиграф, 1998. – С. 1–382.
Поступила в редакцию 14.10.2014
V. F. Timoshkov, N. C. Swedes
FOUR-LEGGED HELPERS IN THE SERVICE OF THE EMERGENCIES
MINISTRY
Shown the possibilities of four-legged helpers in the service of the emergencies Ministry. Considered the probability of participation breed dogs Labradors in search and rescue operations during emergency situations of natural and technogenic char.
150
Том 9, № 2
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ: ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА
УДК 159.9:614.8
СОЦИАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ФОРМИРОВАНИЯ ИМИДЖА
СОТРУДНИКОВ МЧС РОССИИ ПОСРЕДСТВОМ СМИ
И. А. МАКСИМОВ, начальник института
И. Я. УДИЛОВА, старший научный сотрудник – начальник отделения
А. В. КРАСНОКУТСКИЙ, начальник кафедры, кандидат технических наук
О. Ю. ДЕМЧЕНКО, старший научный сотрудник, кандидат психологических наук
А. И. ПОСТНОВ, научный сотрудник
ФГБОУ ВПО «Уральский институт ГПС» МЧС России, г. Екатеринбург
Представлен анализ изученности проблематики имиджа в социально-психологическом
аспекте. Выделены и описаны основные структурные компоненты формирования профессионального имиджа в информационном пространстве. Определены направления по совершенствованию профессионального имиджа сотрудников МЧС России посредством СМИ.
Ключевые слова: имидж, компоненты профессионального имиджа сотрудника МЧС России, средства массовой информации.
Введение
На сегодняшний день проблему имиджа государственных силовых структур,
имеющего важное функциональное и статусное значение, можно отнести к разряду актуальных, так как он является показателем уровня доверия населения к государственной службе и критерием оценки обществом эффективности управленческой деятельности. Так, в Концепции информационной политики МЧС России на 2013–2015 гг.
обозначена одна из основных задач – укрепление имиджа МЧС России и профессий
сотрудников Министерства.
Основная часть
В настоящее время сформировалось множество концептуальных подходов изучения имиджа представителей различных профессий. Анализ источников по данной
тематике [1]–[6] показывает, что в содержание профессионального имиджа включены
социальные, профессиональные, психологические, а также характеристики, относящиеся к внешнему облику.
В действительности, любой имидж носит двойственный характер: с одной стороны, у любого человека или какой-либо аудитории есть созданный ими определенный
идеальный образ (стереотип), который отражает представления и ожидания о какомлибо субъекте деятельности; с другой стороны, им навязывается специально созданный
специалистами образ этого субъекта.
Нужно учитывать, что существуют противоречия между личностными качествами сотрудников МЧС и теми ролевыми требованиями, которые предъявляются к ним
обществом, противоречия между реальным имиджем госструктуры и «идеальным образом», сформированным в общественном сознании.
151
И. А. МАКСИМОВ, И. Я. УДИЛОВА, А. В. КРАСНОКУТСКИЙ, О. Ю. ДЕМЧЕНКО, А. И. ПОСТНОВ
Взаимодействие со СМИ – это одно из направлений Министерства Российской
Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации
последствий стихийных бедствий (МЧС России). Поскольку одним из основных инструментов в формировании имиджа сотрудников МЧС России является СМИ, то мы
считаем целесообразным выделить следующие структурные компоненты в информационном пространстве.
1 Интерактивно-функциональный компонент формируется из повседневной практики взаимодействия территориальных органов МЧС с представителями СМИ, выступающими посредниками во взаимодействии МЧС и широкой общественности, и представлен отношением в информационном пространстве к реальным делам (функциям),
которые осуществляют сотрудники МЧС.
Основная задача СМИ – передача информации потребителям через различные
каналы коммуникации, такие, как телевидение, Интернет, радио, печатные издания.
Заметим, что компетентность общественного мнения зависит от меры гласности и свободы информации в обществе. Отсутствие же достоверной информации приводит к тому, что общественное мнение формируется на базе недостоверных данных (слухов).
Основными задачами пресс-службы являются обеспечение журналистов полной и оперативной информацией о деятельности своей организации, а также создание оптимальных условий для работы специалистов медиа [7]. Так, оценка содержательного уровня
информационных материалов об МЧС России показывает, что наиболее актуальными
темами в СМИ являются стихийные бедствия, техногенные катастрофы, профессиональные особенности работы спасателей, особенности взаимодействия с населением и
освещение проблем коррупции в структуре МЧС.
Одна из ведущих ролей в формировании общественного мнения относительно
имиджа офицера МЧС принадлежит телевидению. Телевизионные репортажи о службе
офицеров вызывают интерес практически у всех респондентов, но отношение к ней
разное. Это и уважение к деятельности офицеров, которое выразило абсолютное большинство респондентов, и желание помочь спасателям, и страх за их жизнь. Сравнительный анализ результатов исследования показывает, что мнение населения о работе
офицеров формируется на основе положительных эмоций, а экспертов – отрицательных, поскольку они видят отдельные, но важные в условиях риска пробелы в тех или
иных действиях коллег. Но признание общественной и государственной значимости
этой деятельности присутствует у всех респондентов [4].
Обращает на себя внимание тот факт, что в массовом сознании представление о
сфере компетенции и границах должностных обязанностей сотрудников МЧС России
сформировано неточно, не всегда соответствует действительности, по всей видимости,
вследствие определенной специфики подачи информации СМИ.
В настоящее время в МЧС России основным подразделением, осуществляющим
информирование о деятельности Министерства, а также определяющим стратегию и тактику деятельности информационных подразделений в территориальных органах, является Управление информации МЧС России. Сведения о чрезвычайных ситуациях (ЧС),
пожарах и ликвидации их последствий доводятся до СМИ и общественности оперативно
и объективно, в том числе с использованием сети Интернет. С января 2008 г. функционирует интернет-портал МЧС России, созданный на базе официального сайта Министерства. Ежедневно, на протяжении всех лет, в разделах портала предоставлялась актуальная информация о деятельности МЧС России, а также проводилась работа по
взаимодействию с населением и удовлетворению растущего числа запросов на получение информации, связанной с деятельностью Министерства, повышению культуры безопасности населения и популяризации профессий «пожарный» и «спасатель». В рамках
152
СОЦИАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ФОРМИРОВАНИЯ ИМИДЖА СОТРУДНИКОВ МЧС РОССИИ
ПОСРЕДСТВОМ СМИ
портала МЧС России функционируют интернет-сайты: детская безопасность «Спасэкстрим», «Культура безопасности», «Пожарная безопасность» МЧС России и др.
Интересно отметить, что доведение оперативной и достоверной информации до
населения через «социальные медиа» и «блогосферу» показало свою эффективность.
Развитие данных направлений позволяет не только увеличивать информационный охват населения в период чрезвычайной ситуации, но также расширить информированность и понимание деятельности сотрудников МЧС России.
Важным направлением оперативного информирования является организация работы с представителями СМИ в зонах ЧС. В соответствии с концепцией информационной политики МЧС России, предусматривающей увеличение объема и повышения доступности для населения информации по всем направлениям деятельности МЧС России,
создан и функционирует интернет-телеканал «МЧС–112» – первый в России интернеттелеканал, посвященный данной проблематике.
В системе МЧС России издаются газета «Спасатель МЧС России», журналы
«Вестник МЧС России», «Гражданская защита», «Пожарное дело», «ОБЖ», в которых
публикуются новостные и аналитические материалы по проблемам обеспечения пожарной безопасности, снижения рисков и смягчения последствий ЧС природного и
техногенного характера с необходимыми комментариями специалистов и интервью с
руководством и представителями МЧС России [7].
В вузах МЧС России созданы отделы пропаганды и связей с общественностью,
пресс-службы, основными направлениями деятельности которых являются: доведение
текущей и оперативной информации о деятельности Министерства и вузов МЧС России до представителей средств массовых информации; участие в проведении различных мероприятий по направлению деятельности вузов в целях их освещения в средствах массовой информации; подбор и подготовка информации для создания наглядноизобразительных, рекламно-просветительских, учебно-методических, пропагандистских материалов по направлению деятельности Министерства и вузов.
Несмотря на вышеизложенное, при освещении деятельности МЧС России различными СМИ при чрезвычайных ситуациях большое внимание уделяется ликвидации
последствий ЧС или личности спасенного, а сотрудник МЧС представлен неконкретной, обобщенной личностью, остающейся на заднем плане.
2 Личностный компонент представлен, прежде всего, личностными характеристиками сотрудников, от деятельности которых имидж может претерпевать изменения,
как в положительном плане, так и в отрицательном. Интересно отметить, что, в основном, имидж сотрудника МЧС России представлен рядом положительных характеристик, касающихся не только профессиональной сферы, но и морально-нравственной.
Так, в наибольшей степени выделяются такие качества, как высокий уровень образования, профессиональная компетентность, риск, смелость, постоянная боеготовность в
мирных условиях, психофизическая подготовка, устойчивость к стрессогенным факторам, уверенность в себе, доброжелательность, сострадание к людям. Несмотря на перечисленные выше положительные характеристики, выделяются и отрицательные, такие,
как грубость, хамство, агрессивность, враждебность, которые, в свою очередь, усиливают эмоциональную дистанцию сотрудников с населением.
3 Внешний (атрибутивный) компонент представлен характеристиками, относящимися к внешнему облику сотрудника (ношение формы одежды, а также различными
церемониями и ритуалами, соблюдаемыми в системе МЧС).
Важно отметить, что корпоративная культура МЧС – это, прежде всего, атрибут
успешной деятельности ее сотрудников, поскольку она объединяет людей, отождествляющих себя со своей организацией. Видимым проявлением корпоративной культуры
153
И. А. МАКСИМОВ, И. Я. УДИЛОВА, А. В. КРАСНОКУТСКИЙ, О. Ю. ДЕМЧЕНКО, А. И. ПОСТНОВ
МЧС являются церемонии и ритуалы. Так, решением Коллегии от 6 февраля 2013 г.
№ 1/VIII был одобрен Перечень церемоний и ритуалов, связанных с соблюдением традиций, сложившихся в системе МЧС. Надо отметить, что внешнему компоненту имиджа сотрудников МЧС России уделяется значительное внимание ведомственными СМИ,
а не общегражданскими, что может привести к недостаточно полной, а порой искаженной информации об образе сотрудника МЧС России [8].
Таким образом, можно выделить следующие основные мероприятия по формированию положительного имиджа сотрудника МЧС и Министерства в целом:
1 Формирование системы взаимодействия со СМИ, включающую разработку алгоритмов действий, качественных и количественных параметров информации, ее социально-психологическую и политическую направленность.
2 Необходимость привлечения разнообразных СМИ: федеральные, региональные, абонентские пункты учебных заведений МЧС России; экспертно-аналитические
сообщества (фонды, центры, научно-исследовательские заведения); общественные организации, объединения и движения.
3 Организация систематического мониторинга СМИ и общественного мнения о
системе МЧС России с целью выявления причин, условий и факторов, обуславливающих снижение престижа МЧС России; обеспечивать более эффективное использование
наглядной агитации и технических средств массовой информации, имеющихся в распоряжении МЧС, для пропаганды социальной роли МЧС в российском обществе. Создание информационной среды, которая помогала бы корректировать общественное
мнение относительно сотрудников и Министерства.
4 Повышение объективности информации о МЧС России путем правдивого отражения проблем сотрудников в СМИ. Наиболее актуальными проблемами выступают
социальная защищенность сотрудников МЧС России, ход реформы, история МЧС России, традиции, жилищная проблема сотрудников, финансирование.
Заключение
В заключение необходимо отметить, что имидж сотрудников МЧС России можно определить как эмоционально-окрашенный образ, включающий личностные характеристики сотрудника, особенности корпоративной культуры МЧС, отражающиеся в
практической деятельности МЧС России в целом. Необходимо учитывать, что для
МЧС и, в частности, для его сотрудников формирование и укрепление имиджа посредством СМИ имеет важное функциональное и статусное значение, поскольку является
показателем доверия к ним населения и, конечно же, критерием оценки обществом эффективности их деятельности.
Литература
1 Андреева, Г. М. Социальная психология / Г. М. Гуреева. – М. : Аспект Пресс, 2001. –
290 с.
2 Гавра, Д. П. Феномен имиджа: сущность и основные характеристики / Д. П. Гавра. –
Режим доступа: pr.tsu.ru/articles/105/.
3 Кравченко, А. И. Социология: Общий курс : учеб. пособие для вузов / А. И. Кравченко. – М. : ПЕРСЭ ; Логос, 2002. – 640 с.
4 МЧС России – 20 лет на службе Родине: современный портрет в сознании россиян и
актуальные задачи позиционирования тематики безопасности жизнедеятельности. –
М. : ИПЦ Маска, 2010. – 124 с.
5 Перелыгина, Е. Б. Психология имиджа : учеб. пособие для вузов / Е. Б. Перелыгина. –
М. : Аспект Пресс, 2002. – 223 с.
154
СОЦИАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ФОРМИРОВАНИЯ ИМИДЖА СОТРУДНИКОВ МЧС РОССИИ
ПОСРЕДСТВОМ СМИ
6 Петрова, Е. А. Имидж специалиста – имидж организации – имидж профессионального
образования в России / Е. А. Петрова // PR в образовании. – 2003. – № 4. – С. 104–105.
7 Удилова, И. Я. Актуальные направления работы со средствами массовой информации при возникновении и предупреждения чрезвычайных ситуациях / И. Я. Удилова,
И. А. Максимов, А. В. Краснокутский // Технологии информационной поддержки
РСЧС и ГО : материалы науч.-практ. конф. / Акад. гражд. защиты МЧС России–
2014.
8 Максимов, И. А.Консультативное обслуживание населения по вопросам безопасности в чрезвычайных ситуациях / И. А. Максимов, А. В. Краснокутский, И. Я. Удилова // Вестн. СПб. УГПС МЧС России : интернет-журн. – Вып. 1 (2014). – 10 с. –
Режим доступа: vestnik.igps.ru.
I. A. Maximov, A. V. Krasnokutsky, I. Y. Udilova, O. Yu. Demchenko, A. I. Postnov
SOCIAL AND PSYCHOLOGICAL ASPECTSOF IMAGE FORMATION
OFTHE EMERGENCY SITUATIONS MINISTRYRUSSIATHROUGHMEDIA
It is represented the research analysis of the image problematics in the sociopsychological aspect. It is identified and described the main structural components of a professional image formation in the information space, and the ways of improving the professional image of the Emergencies Ministry personnel.
155
ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ СТАТЕЙ
Журнал «Чрезвычайные ситуации: образование и наука» Государственного учреждения образования «Гомельский инженерный институт» МЧС Республики Беларусь публикует статьи по широкому спектру проблем, связанных с предупреждением и ликвидацией чрезвычайных ситуаций и подготовкой специалистов МЧС Республики Беларусь.
Представляемый в редакцию комплект материалов для публикации должен
включать в себя: 1) статью; 2) сведения об авторах; 3) рецензию.
Статьи, направляемые в редакцию журнала, должны удовлетворять следующим
требованиям:
1 Материал статьи должен соответствовать профилю журнала.
2 Материалы статьи должны быть представлены в двух вариантах – на бумажном и электронном носителях.
На бумажном носителе статьи должны быть представлены в формате А4: размер
шрифта – 12 пт, интервал – 1,0. Абзацный отступ – 1,25 см. Поля: верхнее – 30, нижнее,
левое, правое – 25 мм. Расстояние от края колонтитулов – 20 мм. Выравнивание по ширине строки, автоматическая расстановка переносов. На электронном носителе –
в формате текстового редактора Word for Windows или 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 следуют на русском языке аннотация статьи объемом до 10 строк машинописного текста и ключевые слова до 10 слов, текст статьи, список обозначений,
литература.
4 Формулы должны быть выполнены в редакторе Math Type (кроме однострочных). Они располагаются по центру строки. Номер формулы указывается справа в
круглых скобках; нумеруются только формулы, на которые имеется ссылка в тексте.
5 Статья должна являться оригинальным текстом, освещать актуальную проблему современной науки и практики по предупреждению и ликвидации чрезвычайных
ситуаций и подготовке специалистов МЧС Республики Беларусь или (и) образованию,
обладать новизной и научно-практической значимостью.
Текст статьи должен содержать следуюие разделы: «Введение», «Основная
часть», «Заключение». В конце статьи на английском языке располагаются фамилия и
инициалы авторов, название статьи и аннотация.
6 На отдельном листе приводятся сведения об авторах: фамилия, имя, отчество,
ученая степень, звание, почетное звание, должность и место работы, адрес места работы с указанием почтового индекса, адрес электронной почты и контактные телефоны.
7 Статьи, содержащие сведения о результатах исследований, выполненных в учреждениях и организациях Республики Беларусь, должны иметь соответствующее разрешение на опубликование в открытой печати (акт экспертизы).
8 Рецензия представляется в напечатанном варианте и должна быть подготовлена
специалистами соответствующего профиля, имеющими ученую степень. Статья может
быть направлена на независимое рецензирование докторам или кандидатам наук, назначаемым редакционной коллегией, редакционным (научно-редакционным) советом или
главным редактором. Статьи, представленные академиками или член-корреспондентами
Национальных академий наук, не рецензируются.
9 Материалы принимаются в первый номер журнала – до апреля, во второй –
до октября.
156
10 Журнал печатает в одном номере не более трех статей одного автора.
11 Объем статей не должен превышать 6 с, для обзоров – 12 с.
12 Рисунки и графики предоставляются отдельными файлами и должны быть
четкими, контрастными. Подрисуночные подписи выравниваются по центру, после
слова «Рисунок», написанного без сокращений. Ссылки по тексту на рисунки помещают в круглые скобки.
13 Таблицы располагаются непосредственно в тексте статьи. Каждая таблица
должна иметь тематический заголовок, номер и оформляться в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32–2001.
14 Обозначения, принятые в статье, расшифровываются непосредственно в тексте.
15 Размерность всех величин, принятых в статье, должна соответствовать Международной системе единиц измерений (СИ).
16 Литература должна быть оформлена в соответствии с требованиями
ГОСТ 7.01–2003 и приведена в конце статьи в виде списка. Список литературы, до
10 наиболее значимых работ, составляется в порядке цитирования в тексте статьи.
17 Редакция оставляет за собой право редактировать текст, не искажая основное
содержание статьи. Откорректированные статьи авторам не высылаются.
18 Статьи, не отвечающие перечисленным требованиям, к рассмотрению не
принимаются и не возвращаются авторам. Датой поступления рукописи считается день
получения редакцией окончательного текста.
157