Методи визначення часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів при автономних випробуваннях

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МІНІСТЕРСТВО НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЦИВІЛЬНОГО ЗАХИСТУ УКРАЇНИ

Спеціальність 21.06.02 - Пожежна безпека

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Методи визначення часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів при автономних випробуваннях

Безуглов Олег Євгенійович

Харків - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті цивільного захисту України, МНС України, м. Харків

Науковий керівник

Садковий Володимир Петрович,

Національний університет цивільного захисту України МНС України,

ректор.

Офіційні опоненти

доктор технічних наук, професор

Басманов Олексій Євгенович,

Національний університет цивільного захисту України МНС України,

головний науковий співробітник науково-дослідної лабораторії моніторингу надзвичайних ситуацій;

кандидат технічних наук, доцент

Левченко Андрій Дмитрович,

Академія пожежної безпеки ім. Героїв Чорнобиля МНС України,

начальник кафедри пожежної та промислової автоматики.

Захист відбудеться "28" квітня 2011 р. о 14.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.707.01 в Національному університеті цивільного захисту України Міністерства надзвичайних ситуацій України за адресою: 61023, м. Харків, вул. Чернишевського, 94.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету цивільного захисту України за адресою: 61023, м. Харків, вул. Чернишевського, 94.

Автореферат розісланий "26" березня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої радиІ.А. Чуб

Размещено на http://www.allbest.ru//

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Інтенсифікація технологічних процесів, розробка і впровадження нових технологій, реконструкція промислових підприємств та ін. - все це обумовлює необхідність в удосконаленні систем пожежної автоматики.

Удосконалення характеристик систем пожежної автоматики розглядалося в роботах В.П. Бабурова, М.Ф. Бубиря, Ф.І. Шаровара, В.В. Севрікова, А.В. Долговідова, В.В. Теребнева, В.І. Фоміна, Ю.О. Абрамова, а також D. Drysdale, D. Smith, P. Nash, N. Ramsdem і ін.

Одним з елементів, що визначають ступінь досконалості системи пожежної автоматики, є датчик первинної інформації, який реагує на один з небезпечних чинників пожежі, зокрема, на температуру. Різні аспекти стосовно теплових пожежних сповіщувачів розглядалися в роботах Ф.І. Шаровара, Ю.О. Абрамова, В.М. Гвоздя, Ю.Ю. Перести, Є.В. Курінного, В.П. Садового та ін.

Технічні характеристики теплових пожежних сповіщувачів, а також методи й алгоритми їх визначення регламентуються євростандартом EN-54. Цей стандарт передбачає нормування лише однієї часової характеристики пожежного сповіщувача - часу його спрацювання, хоча для цієї мети використовується і така часова характеристика, як постійна часу чутливого елемента сповіщувача, визначення якої при випробуваннях пожежних сповіщувачів не передбачено. Метод визначення часу спрацювання теплового пожежного сповіщувача передбачає використання в якості тест-сигналу зміну температури в робочому об'ємі теплової камери з постійною швидкістю, величина якої визначається шістьма значеннями.

Такий підхід до проведення автономних випробувань теплових пожежних сповіщувачів, що має на меті одержання оцінок його часових характеристик, визначає їх низьку ефективність, обумовлену отриманням інформації лише по одній із таких характеристик, а також внаслідок використання одного з можливих законів зміни температури з тих, що мають місце в умовах реальної пожежі.

У цьому зв'язку актуальною науковою задачею є підвищення ефективності визначення часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів при автономних випробуваннях за рахунок вибору виду і параметрів тест-сигналу, а також шляхом обґрунтування контрольованих параметрів і алгоритму їх використання для одержання оцінок часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася в рамках Програми забезпечення пожежної безпеки на період до 2010 р., Концепції наукового забезпечення діяльності МНС України, а також відповідно до планів НДР Національного університету цивільного захисту України.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності визначення часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів при автономних випробуваннях шляхом реалізації комплексного підходу до вибору зовнішнього впливу і контрольованих параметрів, що використовуються для формування алгоритму проведення автономних випробувань теплових пожежних сповіщувачів, на основі математичного опису пожежі в приміщенні в її початковій стадії і реакції чутливого елемента теплового пожежного сповіщувача на температурний фактор.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- провести аналіз часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів і методів їх визначення при автономних випробуваннях, а також аналіз математичного опису пожеж у приміщенні на їх початковій стадії;

- побудувати математичні моделі, що описують пожежу в приміщенні в її початковій стадії для стаціонарних і нестаціонарних умов тепловиділення й орієнтованих на їх використання для формування алгоритму автономних випробувань теплових пожежних сповіщувачів;

- розробити математичні моделі, що описують пожежу в приміщенні на початковій стадії з урахуванням випадкового характеру зміни її характеристик; тепловий пожежний сповіщувач

- розробити методи визначення часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів при автономних випробуваннях, заснованих на використанні часових параметрів реакції чутливого елемента теплового пожежного сповіщувача на модифікований зовнішній вплив;

- провести верифікацію і вибір методу визначення часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів, а також одержати оцінку його ефективності при проведенні автономних випробувань.

Об'єкт дослідження - теплові пожежні сповіщувачі максимального типу.

Предмет дослідження - часові характеристики теплових пожежних сповіщувачів максимального типу і методи їх визначення при автономних випробуваннях.

Методи дослідження - методи теорії тепломасообміну, випадкових процесів, математичного аналізу, операційного числення і чисельні методи розв'язання диференціальних рівнянь.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що:

- подальший розвиток одержав математичний опис пожежі в приміщенні на початковій стадії, що у залежності від характеру тепловиділення в осередку горіння апроксимується поліноміальними залежностями не вище другого порядку;

- вперше отримано математичний опис пожежі в приміщенні на її початковій стадії як випадкового нестаціонарного процесу, перший момент якого в першому наближенні може бути апроксимований детермінованою моделлю пожежі інтегрального типу;

- вперше розроблено методи визначення часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів при автономних випробуваннях, засновані на вимірюванні часових параметрів вихідного сигналу чутливого елемента пожежного сповіщувача за умови, що в якості вхідного впливу використовується зміна температури зі зростанням у часі за квадратичним законом;

- вперше отримано оцінки впливу неточності формування температурного впливу на чутливий елемент теплового пожежного сповіщувача при визначенні часових характеристик і обґрунтовано умови, що забезпечують інваріантість часових характеристик теплового пожежного сповіщувача стосовно похибки формування такого впливу.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що сукупність математичних моделей, алгоритмів і структурних схем є основою для створення технічних систем, що забезпечують автоматичне визначення часових характеристик ТПС при автономних випробуваннях. Крім того, результати досліджень є основою для подальшого удосконалення нормативної бази стосовно автономних випробувань ТПС.

Алгоритми формування температури і визначення часу спрацювання ТПС впроваджені в ГУ МНС України в Черкаській обл. (акт від 3.09.10 р.), що забезпечило зменшення числа вимірів у три рази і зменшення часу спрацювання на порядок. Спосіб формування температурного впливу й алгоритм одержання оцінки часу спрацювання ТПС впроваджені в ГУ МНС України в Полтавській обл. (акт від 21.10.10 р.), що дозволило скоротити час для одержання часових характеристик ТПС в 4 рази.

Особистий внесок здобувача. Всі наукові результати дисертаційної роботи отримані особисто автором. У колективних публікаціях автором отримано математичні моделі для оцінки максимальної температури в приміщенні [4], а також запропоновано метод для визначення постійної часу чутливого елемента ТПС, інваріантний відносно похибки формування температурного впливу [6].

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати дисертаційної роботи доповідалися на: науково-технічної конференції «Актуальні проблеми наглядово-профілактичної діяльності МНС України» (м. Харків, 2008, 2010 р.), II міжвузівській науково-практичній конференції «Актуальні проблеми технічних та природничих наук у забезпеченні цивільного захисту» (м. Черкаси, 2009 р.).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковано в шести наукових статтях у спеціалізованих виданнях, що входять у перелік ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація містить вступ, 4 розділи, висновки, додаток і список використаних джерел. Загальний обсяг дисертації складає 158 стор. і включає 42 іл., 8 табл. і 81 використане джерело інформації.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В першому розділі проведено аналіз часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів і методів їх визначення при автономних випробуваннях.

В якості часових характеристик використовуються час спрацювання сповіщувача і постійна часу (динамічний параметр) його чутливого елемента. Час спрацювання ТПС нормується стандартом EN 54 і його українським аналогом ДСТУ EN 54-5: 2003 і вимірюється при автономних випробуваннях за результатами впливу на чутливий елемент сповіщувача зростаючою з постійною швидкістю температури. Величина динамічного параметра використовується для нормування верхньої межи області вимірювання часу спрацювання ТПС і не визначається при їх автономних випробуваннях.

Всі відомі методи визначення постійної часу чутливого елемента сповіщувача, які можна реалізувати при проведенні автономних випробувань, орієнтовані на використання інформації про амплітудні параметри його вихідного сигналу, що обумовлює низьку перешкодозахищеність цих методів.

Закон зміни зовнішнього впливу на чутливий елемент ТПС за температурою при автономних випробуваннях відповідає частинному випадку горіння пожежного навантаження. Аналіз математичних моделей, які описують температуру в області розташування ТПС при пожежі в приміщенні, свідчать про те, що характер її зміни як зовнішнього впливу на чутливий елемент ТПС, в загальному випадку є нелінійно зростаючим.

При визначенні часу спрацювання ТПС використовується детермінований підхід, внаслідок чого ігнорується випадкова складова похибки. Для підготовки до визначення часу спрацювання ТПС необхідно 12 годин, а загальний час на визначення цієї характеристики складає понад 15 годин.

За результатами аналізу сформульовано основну задачу дослідження, яку розділено на низку частинних задач.

В другому розділі побудовано детерміновану модель середньооб'ємної температури в приміщенні на початковій стадії пожежі, що відноситься до моделей інтегрального типу.

В роботі сформульовано і обґрунтовано припущення, на які спирається математична модель пожежі в приміщенні на її початковій стадії.

Повний тепловий потік від осередку горіння визначається виразом

,(1)

де - питоме тепловиділення пожежі; - коефіцієнт повноти горіння; - площа осередку пожежі. Тепловий потік , який поглинається конструкціями, що огороджують приміщення (підлога, стеля, стіни), описується емпіричною залежністю

, ;(2)

, ,(3)

де , , , , - сталі; - загальна площа конструкцій, що огороджують приміщення; - середньооб'ємна температура повітря в приміщенні; - температура в приміщенні до початку пожежі.

Тепловий потік

,(4)

отриманий повітрям, призводить до підвищення його температури

,(5)

де , - маса і теплоємність (при сталому тиску) повітря. Об'єднання виразів (1)-(5) дозволяє описати зміну середньооб'ємної температури в приміщені диференціальним рівнянням

,(6)

,(7)

де - приріст середньооб'ємної температури відносно початкової температури; - густина повітря до початку пожежі; - об'єм приміщення. Рівняння (6)-(7) є нелінійним диференціальним рівнянням і можливості його розв'язання визначаються особливостями процесів, які протікають в осередку горіння.

В роботі розглянуто наступні випадки:

- тепловиділення пожежі є сталим в часі;

- тепловиділення пожежі зростає за лінійним відносно часу законом;

- тепловиділення пожежі зростає за квадратичним відносно часу законом.

В першому випадку () аналіз рівняння (6) показує, що існує максимально досяжний приріст температурі , що визначається розв'язком трансцендентного рівняння:

,(8)

де - щільність теплового потоку від осередку горіння, що припадає на конструкції, які огороджують приміщення. Розв'язок рівняння (8) може бути апроксимовано поліномом третього ступеня

,(9)

де задається в . Похибка такої апроксимації не перевищує 15% для і 3% для .

В роботі розглянуто дві можливих апроксимації розв'язку диференціального рівняння (6)-(7):

;(10)

,(11)

де , , - параметри. Для апроксимації (10) параметри , обираються із умови рівності похідних при :

; ,

що дає

; .(12)

При апроксимації середньооб'ємної температури за формулою (11) значення параметра обирається із умови

.(13)

Наближений розв'язок цієї задачі має вигляд

.(14)

Розв'язок рівняння (6)-(7), отриманий чисельним методом, і наближені розв'язки (10) і (11) для випадку горіння бензину у розливі площею у приміщенні (довжина, ширина, висота) при початковій температурі .

У випадках, коли тепловиділення пожежі змінюється за часом, запропоновано наближено описувати приріст середньооб'ємної температуру в приміщенні на основі співвідношення, аналогічного (11):

,(15)

що призводить до апроксимації у вигляді

,(16)

де і визначаються виразами, відповідно, (9) і (14), але тепер є функцією часу.

При лінійному рості тепловиділення пожежі, наприклад, при збільшенні площі осередку горіння за законом, залежність (16) може бути наближено подано виразом

,(17)

де .

Залежність середньооб'ємної температури в приміщенні при зростанні площі осередку горіння зі швидкістю ( ; ).

При квадратичному в часі законі зростання тепловиділення пожежі () підхід (15) дає наближений опис приросту середньооб'ємної температури в приміщенні у вигляді

,(18)

де .

Аналіз формул (17) і (18) свідчить про те, що для лінійного характеру зростання тепловиділення пожежі закон приросту середньооб'ємної температури в приміщенні є асимптотично лінійним, а для квадратичного - асимптотично квадратичним.

В третьому розділі побудовано стохастичну модель пожежі в приміщенні, що враховує випадковий характер тепловиділення пожежі і описує зміну середньооб'ємної температури як випадковий процес.

Як правило, питоме тепловиділення пожежі , що входить до рівняння (6)-(7), розглядають як сталу величину, що осереднена по деякому проміжку часу. В дійсності ж ця велична не є сталою і залежить від низки параметрів, що не піддаються врахуванню. Зокрема, турбулентний характер горіння призводить до випадкових пульсацій температури і форми факела, і, відповідно, до випадкової зміни питомого тепловиділення пожежі .

В роботі обґрунтовано опис питомого тепловиділення пожежі як стаціонарної випадкової функції

,

що має нормальний розподіл і кореляційну функцію виду

.(19)

На підставі чисельних експериментів показано, що в цьому випадку закон розподілу середньооб'ємної температури близький до нормального закону. Тоді математичне очікування приросту середньооб'ємної температури , його дисперсія і коваріація з тепловиділенням пожежі можуть бути знайдені як розв'язок системи диференціальних рівнянь

;(20)

;(21)

;(22)

, , ,(23)

де ;

; .

Зміну в часі параметрів стохастичного процесу у випадку горіння розливу бензину площею в приміщенні розмірами .

Порівняння стохастичного і детермінованого підходу до моделювання середньооб'ємної температури в приміщенні свідчить про те, що перший момент випадкового процесу з похибкою, що не перевищує 1,5%, співпадає з детермінованою моделлю інтегрального типу.

Це дозволяє використовувати детерміновані моделі інтегрального типу, зокрема, для оцінки постійної часу при автономних випробуваннях ТПС.

Четвертий розділ присвячено розробці методів визначення часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів.

Ідеологія автономних випробувань ТПС зводиться до того, що після впливу на сповіщувач тепловим полем, визначається математичне очікування його вихідного сигналу, яке використовується для вимірювання його часових параметрів, що несуть інформацію про часові характеристики ТПС. Математичне очікування визначається за допомогою оператора

,(24)

де - інтервал згладжування; - вихідний сигнал сповіщувача.

Для визначення постійної часу чутливого елемента сповіщувача розроблено методи, які базуються на вимірювані одного, двох або трьох часових параметрів сигналу (24), якщо на його вході має місце вплив, що визначається виразом

,(25)

де - параметр ( - приймає одне з трьох значень).

При вимірюванні одного часового параметра, якщо , то

,(26)

якщо , то при

,(27)

якщо , то при

,(28)

де - часовий параметр, що визначається на рівні .

При вимірюванні двох часових параметрів і для має місце

,(29)

а для -

,(30)

де і - рівні сигналу, на яких визначаються параметри і .

Для трьох часових параметрів при та має місце

.(31)

Стосовно виразів (26)ч(31) розроблено структурні схеми приладів, які реалізують алгоритми визначення величини динамічного параметра сповіщувача.

Врахування впливу похибки формування температури в термокамері свідчить про те, що при , що відповідає ДСТУ EN 54-5: 2003, похибки визначення часової характеристики у відповідності з алгоритмами (26), (27) і (28) складають відповідно більше 30%, 20% і 65%. При використанні алгоритму (29) похибка визначення величини перевищує 20%, зростаючи, також як і для варіанта (28), з ростом параметра (при величина похибки складає 200%). У випадку використання алгоритму (30) принципово можливо забезпечення інваріантності величини відносно похибки , але технічно це пов'язано з доволі суттєвими складнощами. Алгоритм (31) забезпечує інваріантність величини відносно похибки при виконанні умов

, ,(32)

де , - параметри, що визначають рівень, на якому вимірюються часові параметри .

Визначення часу спрацювання ТПС можливо прямим та непрямим методами. В першому випадку реалізується алгоритм відповідно ДСТУ EN 54_5: 2003 за виключенням того, що в якості температурного впливу використовується вплив (24) при , де дорівнює і . Залежності, які визначають верхні межі припустимих значень часу спрацювання ТПС.

Непрямий метод передбачає визначення часу спрацювання за результатами визначення постійної часу чутливого елемента ТПС, що проводиться за допомогою виразу

,(33)

де для ТПС класу А1 і для ТПС інших класів.

Експериментальним шляхом для дослідного зразка ТПС було реалізовано методи визначення його часових характеристик. Вхідний вплив формувався шляхом кусочно-лінійної апроксимації зі швидкостями зміни температури: на інтервалі (0ч57) с - , (58ч120) с - , (120ч220) с - . Параметри вимірювалися на рівнях 30С, 36С і 42С. Для постійної часу чутливого елемента ТПС і часу спрацювання з використанням (31) і (33) було відповідно одержано с, с (при , ). При вимірюванні часу спрацювання ТПС було одержано с.

Ефективність визначення часових характеристик ТПС при автономних випробуваннях оцінювалася шляхом порівняння розробленого метода з методом-прототипом. Показано, що реалізація метода визначення часових характеристик ТПС, який спирається на вимірюванні трьох часових параметрів його вихідного сигналу, забезпечує розширення номенклатури характеристик і скорочення часу на їх визначення порівняно з методом відповідно до ДСТУ EN 54-5: 2003 в 3,7 рази.

ВИСНОВКИ

У роботі отримано нові науково обґрунтовані результати, що у сукупності забезпечують розв'язання наукової задачі щодо підвищення ефективності визначення часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів при автономних випробуваннях шляхом реалізації комплексного підходу до вибору зовнішнього впливу і контрольованих параметрів, що використовуються для формування алгоритму проведення автономних випробувань теплових пожежних сповіщувачів, на основі математичного опису пожежі в приміщенні на її початковій стадії і реакції чуттєвого елемента теплового пожежного сповіщувача на температурний фактор.

Показано, що чинні нормативні документи передбачають при проведенні автономних випробувань теплових пожежних сповіщувачів визначення однієї часової характеристики - часу спрацювання сповіщувача, а ефективність його визначення обмежена параметрами, що визначають умови випробувань.

Отримано математичний опис пожежі в приміщенні на початковій стадії, що для типового характеру тепловиділення в осередку горіння апроксимується поліноміальними залежностями від часу не вище другого порядку.

Отримано математичний опис пожежі в приміщенні на його початковій стадії як випадкового нестаціонарного процесу, перший момент якого в першому наближенні може бути апроксимований детермінованою математичною моделлю інтегрального типу.

Розроблено методи визначення часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів - постійної часу чутливого елемента і часу спрацювання сповіщувача при проведенні автономних випробувань, що базуються на виділенні математичного очікування вихідного сигналу чутливого елемента теплового пожежного сповіщувача і вимірі його часових параметрів за умови, що як вхідний вплив використовується зміна температури зі зростанням у часі за квадратичним законом.

Отримано оцінки впливу неточності формування температурного впливу на чутливий елемент теплового пожежного сповіщувача при визначенні часових характеристик і показано, що у випадку еквідистантного вибору рівнів, на яких відбувається вимірювання трьох часових параметрів вихідного сигналу чутливого елемента сповіщувача, забезпечується інваріантість часових характеристик теплового пожежного сповіщувача щодо похибки формування такого впливу.

Показано, що реалізація методу визначення часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів при автономних випробуваннях, заснованого на вимірі трьох часових параметрів вихідного сигналу чутливого елемента, забезпечує розширення номенклатури характеристик і скорочення часу на їх визначення у порівнянні з методом, реалізованим згідно ДСТУ EN 54-5: 2003, у 3,7 рази.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Безуглов О.Е. Математическая модель среднеобъемной температуры в помещении на начальной стадии пожара / О.Е. Безуглов // Проблемы пожарной безопасности. - Х.: УГЗУ, 2008. - Вып. 24. - С. 11-15.

Безуглов О.Е. Стохастический подход к задаче моделирования чрезвычайной ситуации техногенного характера // Проблеми надзвичайних ситуацій. - Х.: УЦЗУ, 2008. - Вип. 8. - С. 40-44.

Безуглов О.Е. Стохастическая модель излучения от факела горящей жидкости // Науковий вісник будівництва. - Х.: ХДТУБА, 2008. - Вип. 50. - С. 207-210.

Федоров А.И. Оценка максимальной температуры в помещении на начальной стадии пожара / А.И. Федоров, О.Е. Безуглов // Проблемы пожарной безопасности. - Х.: УГЗУ, 2010. - Вып. 27. - С. 221-225.

Безуглов О.Е. Оценка параметров распределения теплового потока излучением от горящей жидкости / О.Е. Безуглов // Науковий вісник будівництва. - Х.: ХДТУБА, 2009. - Вип. 52. - С. 295-298.

Садковой В.П. Метод определения постоянной времени чувствительного элемента теплового пожарного извещателя / В.П. Садковой, О.Е. Безуглов // Проблемы пожарной безопасности. - Х.: НУГЗУ, 2010. - Вып. 28. - С. 158-161.

АНОТАЦІЯ

Безуглов О.Є. Методи визначення часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів при автономних випробуваннях. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.02 - пожежна безпека. Національний університет цивільного захисту України, Харків, 2011.

В дисертації запропоновано та обґрунтовано метод визначення часових характеристик теплових пожежних сповіщувачів при їх автономних випробуваннях. Побудовано математичну модель інтегрального типу для середньооб'ємної температури в приміщенні на початковій стадії пожежі. Розглянуто 3 випадки: тепловиділення пожежі є сталим у часі, тепловиділення пожежі зростає за лінійним у часі законом, тепловиділення пожежі зростає за квадратичним у часі законі. В першому випадку середньооб'ємна температура в приміщенні є зростає асимптотично наближуючись до свого граничного значення, а в другому і третьому - асимптотично лінійною і асимптотично квадратичною у часі відповідно. При цьому похибка запропонованих апроксимацій не перевищує 20%. Побудовано стохастичну модель пожежі в приміщенні, зо враховує випадковий характер тепловиділення пожежі і описує зміну середньооб'ємної температури як випадковий процес. Показано, що перший момент випадкового процесу, що описує зміну середньооб'ємної температури в приміщенні, з похибкою, що не перевищує 1,5%, співпадає з детермінованою моделлю інтегрального типу. Розроблено методи визначення постійної часу чутливого елемента і часу спрацювання сповіщувача при проведенні автономних випробувань, що базуються на виділенні математичного очікування вихідного сигналу чутливого елемента ТПС. Запропонований метод дозволяє скоротити час на визначення часових характеристик ТПС у 3,7 рази порівняно із методом згідно ДСТУ EN 54-5: 2003.

Ключові слова: часові характеристики, тепловий пожежний сповіщувач, автономні випробування, час спрацювання, постійна часу.

ABSTRACT

Bezuglov O.E. Methods of determining time characteristics of thermal fire detector by autonomous test. - Manuscript.

Thesis for the candidate degree of technical science on the specialty 21.06.02 - “Fire safety”. National Civil Defense University of Ukraine, Kharkiv, 2011.

Method of determining time characteristics of thermal fire detectors in their autonomous tests is proposed and proved. Mathematical model of average volume indoor temperature at the initial stage of fire is constructed. There are 3 possible cases: heat of fire is constant in time, heat of fire increases as a linear function of time, heat of fire increases as a quadratic function of time. In the first case average volume indoor temperature increases and asymptotically achieves its maximum value. In the second and third cases it is asymptotically linear and asymptotically quadratic function of time. Thus the proposed approximation error does not exceed 20%. Stochastic model of fire in the room is justified. It considers a stochastic character of heat from fire and describes the change of average volume temperature as a stochastic process. It is shown that the first moment of stochastic process that describes the changes of average volume temperature match to determined model of integral type. Error of this approach does not exceed 1.5%. Methods of determining the time constant of sensitive element of fire detector by autonomous tests are justified. They are based on separation of the mean of output signal of sensitive element. The proposed method reduces the time to determine the time characteristics of thermal fire detectors in 3.7 times compared with method according to DSTU EN 54-5: 2003

Keywords: time characteristics, thermal fire detector, autonomous test, reaction time, time constant.

АННОТАЦИЯ

Безуглов О.Е. Методы определения временных характеристик тепловых пожарных извещателей при автономных испытаниях. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.02 - пожарная безопасность. Национальный университет гражданской защиты Украины, Харьков, 2011.

В диссертации обоснована необходимость совершенствования методов определения временных характеристик тепловых пожарных извещателей при проведении их автономных испытаний.

Получено математическое описание пожара в помещении на его начальной стадии в детерминированной постановке, которое для типового характера тепловыделения в очаге горения аппроксимировано полиномиальными зависимостями от времени не выше второго порядка, и в стохастической постановке, при которой пожар рассматривается как случайный нестационарный процесс, а его первый момент аппроксимируется детерминированной математической моделью интегрального типа.

Для определения временных характеристик тепловых пожарных извещателей - времени срабатывания извещателя и постоянной времени его чувствительного элемента, разработаны методы, основанные на выделении математического ожидания выходного сигнала чувствительного элемента извещателя и измерении его временных параметров при условии, что в качестве входного воздействия используется изменение температуры с возрастанием во времени по квадратичному закону. Показано, что при эквидистантном выборе уровней, на которых осуществляется измерение трех временных параметров математического ожидания выходного сигнала чувствительного элемента извещателя, обеспечивается инвариантность временных характеристик теплового пожарного извещателя относительно погрешности формирования входного воздействия. Получены оценки эффективности разработанного метода определения временных характеристик извещателей при их автономных испытаниях.

Ключевые слова: временные характеристики, тепловой пожарный извещатель, автономные испытания, время срабатывания, постоянная времени.

Размещено на Allbest.ru