к.т.н., доцент Лущ В.І. Мельник П.І.

Львівський державний університет безпеки життєдіяльності

ПРИНЦИП ДІЇ РОЗПИЛЕННЯ ВОДИ НА ДРІБНОДИСПЕРСНІ ЧАСТИНКИ

Однією з основних проблем технічного забезпечення підрозділів МНС є розробка нової та модернізація застарілої техніки для використання у повсякденній роботі. Ця техніка повинна відповідати новим задачам, які поставлені перед оперативно-рятувальною службою МНС України [1].

В процесі виникнення пожежі діють небезпечні чинники, які впливають на людей та матеріальні цінності. До таких чинників, згідно з ГОСТ 12.1.004 -91, відносяться: 1) полум’я та іскри; 2) підвищена температура середовища;
3) токсичність продуктів горіння та розпаду; 4) дим; 5) понижена концентрація кисню [2].

Щоб уникнути багатьох з перелічених вище небезпечних факторів, що можуть призвести до нещасних випадків з пожежниками, людьми яких евакуйовують, достатньо зменшити температуру та густину диму в зоні задимлення до видимості 3-6 метрів. За такої видимості, в більшості випадків, людина може правильно реагувати на виявлені зміни в обставинах, що виникають під час просування задимленою зоною і уникнути небезпеки.

Зменшення густини диму до вказаних значень на практиці досягають за допомогою створення умов для руху продуктів горіння у потрібному напрямку. В таких випадках для вирішення цієї задачі оперативно-рятувальним підрозділам, найбільш доцільним є використання переносних та пересувних димовсмоктувачів, що знаходяться на озброєнні підрозділів МНС України.

Для подачі розпилених струменів води використовують ручні пожежні стволи. Однак, їх застосування для осадження продуктів горіння є неефективним через малу дисперсність та точковість подачі розпиленої води, а використання самих димовсмоктувачів забезпечить нагнітання свіжого повітря або видалення продуктів горіння. Поєднання перших і других приладів веде до збільшення кількості особового складу та часу розгортання.

Для ефективного підбору приладу для подачі тонкорозпиленої води розглянемо класифікацію способів розпилення води на дрібнодисперсні частинки. Відповідно до даної класифікації їх виділяють за наступними ознаками: механічне розпилення, гідравлічне, пневматичне, акустичне, електростатистичне, ультразвукове, пульсаційне, електрогідравлічне, комбіноване та розпилення з попереднім газонасиченням [3].

Найбільш прийнятними способами розпилення води з вище наведених, які використовуються на практиці для осадження продуктів горіння, є гідравлічне та пневматичне розпилення. Щодо гідравлічного розпилення то основним енергетичним фактором, який призводить до розпаду води на краплі являється тиск нагнітання. Проходячи через розпилюючий пристрій, водяний потік набирає дуже високу швидкість та перетворюється у форму, яка забезпечує швидке й ефективне розпадання краплин на частинки.

При пневматичному розпилення енергія підводиться до води шляхом динамічної взаємодії її з високошвидкісним потоком повітря. Завдяки великій швидкості потоку в розпилювачі або за його межами вода спершу розпилюється на окремі ниточки, які потім розпадаються на краплі.

В нашому випадку ми використовуємо комбінований спосіб розпилення [4]. Це поєднання двох наведених вище способів, який дозволяє отримати такі характеристики розпилення води, які неможливо забезпечити при використанні кожного з них окремо. Тобто поєднання пневматичного і гідравлічного способів (пнемо-гідравлічне розпилення), за допомогою якого отримуємо розпилення з дисперсними характеристиками, не поступаючись отриманим при пневматичному розпиленні, але при менших затратах енергії.

На процес розпилення краплин (рис.1) впливають фізичні властивості води в навколишньому середовищі. Наприклад, в’язкість води спричинює стабілізуючу дію, яка ускладнює розвиток хвильових явищ, а, відповідно, і розпилення води. Також при збільшенні поверхневого натягу води спостерігається зменшення її розпилення.

Механізм розпилення крапель, які виходять з розпилювача, залежить від форми потоку що витікає та співвідношення швидкостей потоку і навколишніх газів, які, залежать від способу розпилення та конструкції розпилюючого пристрою [3]. При поступовому збільшенні швидкості нагнітання (починаючи від нульового значення) спостерігається наступне явище: спочатку вода виходить із сопла у вигляді поодиноких крапель (рис. 1а). Збільшення швидкості до 1,5 м/с призводить до перетворення короткого струменю і нерівномірних крапель (рис. 1б). Після відриву крапель утворюється нерівномірне розширення по довжині струменю. Під дією тиску в розширенні меншого діаметру вода перетікає в розширення більшого діаметру. Злиття чи незлиття сусідніх розширень приводять до нерівномірності і до збільшення великої фракції отриманих крапель. При швидкості потоку води 1,85-2,5 м/с утворюються найбільш рівномірні краплі (рис. 1в). При швидкості потоку більше 2,5 м/с довжина струменю збільшується майже до максимуму (рис. 1г). Число крапель однакового розміру при цьому зменшується, так як при збільшенні швидкості нагнітання потоком повітря, утворюються найменші краплини.

Рис. 1. Розщеплення циліндричних струменів води при поступовому збільшенні швидкості потоку повітря w [3]

Найчастіше комбінований спосіб розпилення краплі застосовується у відцентрових форсунках. Принцип дії відцентрової форсунки полягає в закручуванні води, що проходить через неї. Потік води у форсунці обумовлений діями моменту кількості рухів краплин відносно сопла, який виникає при закручуванні води. Вода рухається вздовж стінки соплового каналу форсунки у вигляді обертової плівки, а ядро потоку заповнює так званий повітряний вихровий потік. При витіканні із сопла водяна плівка розпадається, утворюючи факел у вигляді конуса, частинки якого розлітаються по прямолінійним траєкторіям.

Література.

1. „Державна цільова соціальна програма розвитку захисту на 2009-2013 роки”, затверджена постановою Кабінету Міністрів від 25.02.2009 р. №156.

2. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. – М.: Издательство стандартов, 1991. – 31 с.

3. Пажи Д.Г, Галустов В.С. Оновы техники распыливания жидкостей. – М.: Химия, 1984. С. 10-15.

4. Патент UA № 55428 А 62 С 35/00 Пристрій для осадження продуктів горіння, зниження температури та збільшення видимості в задимлених приміщеннях/ Ковалишин В.В., Лущ В.І., Мельник П.І. (України).4с; Опубл. 10.12.2010, бюл. №23.