УДК 614.842.435

Разработка автоматизированного стенда для исследования влияния задымленности на чувствительность пожарных извещателей пламени

Семенова Анастасия Романовна – магистрант Петрозаводского государственного университета

Туровский Аристарх Альбертович – аспирант Петрозаводского государственного университета

Олещук Олег Валентинович – доцент кафедры Электроники и электроэнергетики Петрозаводского государственного университета

Аннотация: В статье рассматривается актуальная проблема в сфере производства и разработки пожарной робототехники. Авторы обращают внимание на необходимость использования современных технологий и инновационных подходов при создании систем пожаротушения. Они отмечают, что разработка эффективных и надежных пожарных роботов является ключевым фактором в обеспечении безопасности людей и имущества. В статье также рассматривается разработка автоматизированного стенда для исследования влияния задымленности на чувствительность пожарных извещателей пламени. Авторы предлагают использовать многоканальный подход для измерения параметров дыма и пламени, а также для регистрации и анализа изменений электрических сигналов от пожарных извещателей. Результаты исследования могут быть полезны при проектировании систем пожарной безопасности и выборе оптимальных типов пожарных извещателей для различных условий эксплуатации.

Ключевые слова: пожарные извещатели, пожарная безопасность, задымленность, рассеяние инфракрасного излучения, эффективность работы пожарных извещателей, автоматизация процесса исследования.

Исследования, описанные в данной работе, были проведены в рамках проекта "Разработка автоматизированного стенда для исследования влияния задымленности на чувствительность пожарных извещателей пламени", поддержанного в рамках Программы поддержки НИОКР студентов, аспирантов и лиц, имеющих ученую степень, обеспечивающих значительный вклад в инновационное развитие отраслей экономики и социальной сферы Республики Карелия, в 2023 году, финансируемой Правительством Республики Карелия (Договор №3-Г22 от 29.12.2022 между ФГБОУ ВО "Петрозаводский государственный университет" и Фондом венчурных инвестиций Республики Карелия).

Индустриализация общества, появление новых технологий и методов исследования и производства привело к революционным изменениям во всех сферах жизни человека. Однако с повышением уровня жизни возрастает и количество источников опасности. Строительство большого количества объектов урбанизации разной сложности, активное развитие промышленности и внедрение техники и технологий в повседневную жизнь человека увеличивают вероятность возникновения чрезвычайных ситуаций.

По данным МЧС России [1] самым распространенным видом ЧС является пожар. Для минимизации ущерба жизни, здоровью и имуществу человека повсеместно используются системы пожарной безопасности.

Однако имеющиеся на данный момент способы обнаружения пожара, особенно на начальной стадии, не всегда эффективны в современных реалиях. Например, для своевременного срабатывания дымового извещатели необходимо, чтобы источник возгорания горел с большим образованием сажи и находился непосредственно под датчиком. Также дымовые извещатели имеют большой процент ложных срабатываний. Тепловые извещатели сигнализируют о пожаре в момент повышения температуры во всем помещении — происходит это тогда, когда пожар уже распространился на большую площадь. Видео извещатели не способны обнаружить источник возгорания, если к нему нет прямого доступа. Помимо этого, дымовые и тепловые извещатели нельзя устанавливать на открытом воздухе. На данный момент экспериментальным путем [2] было установлено, самым эффективным способом обнаружения возгорания (особенно на начальной стадии) являются датчики пламени. Принцип их действия — обнаружение инфракрасного излучения, выделяемого объектом горения. Однако испытания показали, что при большом количестве дыма в окружающей среде эффективность извещателей пламени уменьшается — инфракрасное излучение, выделяемое объектом горения, рассеивается и/или поглощается на молекулах дыма. Дым, образующийся при горении различных горючих веществ, также будет различаться по качественному и количественному составу. Однако для всех случаев горения в преобладающем количестве в дыму будут присутствовать угарный CO и углекислый CO₂ газы. Данные газы являются не только причиной снижения эффективности срабатывания пожарных извещателей пламени, но и одним из главных факторов гибели живых существ при пожарах.

Анализ литературы на тему рассеяния инфракрасного излучения на молекулах различных газов показал, что были определены спектры пропускания и поглощения для различных газов, в том числе угарного CO и углекислого CO₂ [3]. Однако при горении различных веществ скорость и количество образовавшихся молекул этих газов также будет различна ввиду многих факторов: примесные содержания в горючем веществе, скорость протекания реакции горения, условия окружающей среды и т.д. Данные факторы затрудняют возможность решение данной задачи теоретическими методами, представленных в [4]. Именно поэтому моделирование реальных условий горения и исследование рассеяния инфракрасного излучения на молекулах угарного CO и углекислого CO₂ являются актуальными задачами не только для фундаментальной науки, но и для прикладного применения в сфере производства роботизированных установок обнаружения возгорания и пожаротушения.

В результате проведения патентного поиска на наличие изобретений или полезных моделей, предполагающих проведение подобных исследований, было выявлено, что наиболее подходящим по параметрам является «Стенд для испытания пожарных извещателей пламени» [5]. Измерительная камера стенда представляет собой прямоугольную измерительную камеру со смотровым окном, где размещены извещатели, которые могут горизонтально перемещаться по рельсам на потолке камеры. В качестве тестового источника пламени используются газовые горелки с дистанционным поджигом. Внутри камеры стенда расположен стальной лист для образца горючего материала, приточный и вытяжной вентиляторы, электронагреватель. Все элементы соединены с пультом управления для обеспечения контроля и проведения испытаний. Описанная схема стенда для испытания пожарных извещателей представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема стенда для испытания пожарных извещателей пламени: 1) измерительная камера; 2) окно визуального контроля процесса; 3) пожарные извещатели пламени; 4) датчик температуры; 5) газоанализатор; 6) приточный вентилятор; 7) дверца камеры; 8) вытяжной вентилятор; 9) электронагреватель; 10) стальной лист; 11) горючий материал; 12) газовые горелки; 13) пульт управления; 14) устройство управления пожарно-охранной сигнализацией; 15) электромагнитное реле; 16) блок питания постоянного тока; 17) контроллер; 18) экран.

Конструкция данного стенда позволяет определять только быстродействия пожарных извещателей пламени в условиях задымленности и не позволяет определить зависимость снижения интенсивности инфракрасного излучения, приходящего на пожарный извещатель, в следствие рассеяния на молекулах и аэрозольных частицах дыма.

Для моделирования условий проведения исследования, эквивалентных условиях реального горения при пожаре, а именно – наличие источника горения (инфракрасного излучения) и наличие дыма, препятствующего прохождению инфракрасного излучения от источника к приемникам, – был разработан автоматизированный стенд. Схема разработанного автоматизированного стенда представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 . Схема разработанного автоматизированного стенда.

Автоматизированный стенд состоит из: камеры дымообразования; соединительного рукава с задвижкой; излучателя ИК диапазона; набора приемных датчиков разных длин волн ИК диапазона (применимых в роботизированных установках пожаротушения); газоанализатора и персонального компьютера с программным обеспечением для обработки результатов эксперимента.

Методика проведения исследования влияния задымленности на чувствительность пожарных извещателей при помощи разработанного автоматизированного стенда заключается в следующем:

в камере измерений на противоположных стенках расположены источник и приемники инфракрасного излучения. При отсутствии дыма в камере измерений излучения, выходящее из источника, дойдет до приемных датчиков без потери интенсивности;
при помещении горючего вещества в камеру дымоорбразования и его поджиге образовавшийся в результате горения вещества дым по соединительному рукаву попадает в камеру измерений;
при наличии дыма в камере измерений инфракрасное излучения, выходящее из источника, проходя через дым, будет рассеиваться и поглощаться на молекулах дыма, теряя интенсивность. Снижение интенсивности будет зафиксировано приемными датчиками, а концентрация молекул дыма (а именно угарного CO и углекислого CO₂ газов) – газоанализатором;
по мере заполнения камеры измерений образовавшимся в результате горения горючего вещества дымом снижение интенсивности инфракрасного излучения будет различно;
полученные с помощью системы автоматизированного сбора данных и программного обеспечения значения напряжений и концентрации позволят определить зависимости снижения интенсивности инфракрасного излучения в условиях разной задымленности.

Конструкция разрабатываемого автоматизированного стенда и разработанная методика измерений позволит не только оценить быстродействие пожарных извещателей в условиях разной задымленности, но и определить зависимость снижения интенсивности инфракрасного излучения на молекулах CO, O₂, CO₂ и аэрозольных частицах дымов. Автоматизированный процесс сбора данных исследования позволит уменьшить вероятность появления погрешностей и/или отклонений ввиду устранения влияния человеческого фактора на сбор данных исследования.

Разработка автоматизированного стенда и проведение с его помощью ряда исследований по влиянию задымленности на снижение интенсивности проходящего инфракрасного излучения и анализ результатов этих исследований помогут в проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ предприятиям, занимающимся разработкой и производством пожарной техники, для повышения эффективности работы пожарных инфракрасных извещателей пламени и, как следствие, повышения эффективности выпускаемой ими продукции в целях минимизации материального ущерба и ущерба жизни и здоровью людей, причинных в результате пожара.

Список литературы

Итоги деятельности МЧС России [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://mchs.gov.ru/deyatelnost/itogi-deyatelnosti-mchs-rossii (дата обращения: 15.11.2023).
Минаев В.А. Отечественные ИК-извещатели в системах охранно-пожарной сигнализации / В.А. Минаев, М.П. Сычев, Д.В. Севрюков, В.А. Дудоладов // Вопросы оборонной техники. Серия 16. Теоретические и практические основы противодействия терроризму – 2017. – № 11-12. – С. 113-114. – [Электронный ресурс] URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=30707483 (дата обращения 15.11.2023).
Баранов Ю.И. Экспериментальное исследование индуцированного и континуального поглощения ИК-радиации основными атмосферными газами: дис. … докт. физ-мат. наук. Обнинск, 2013. 203 с.
Белоусов Ю.И., Постников Е.С. Инфракрасная фотоника. Часть I. Особенности формирования и распространения ИК излучения. Учеб. пособие. – СПб: Университет ИТМО, 2019. – 82 с.
Патент № 2807440, МПК G08B 17/00 (2006.01), G08B 29/00 (2006.01) Стенд для испытания пожарных извещателей: № 2023106692: заявлен 22.03.2023: опубликован 14.11.2023 / Волков Р.С., Свириденко А.С., Стрижак П.В.; заявитель ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет». – 7 с.

Интересная статья? Поделись ей с другими: