Инновационные средства спасения падающих с высоты тел в условия техногенных опасностей

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

УДК 614.8

ИННОВАЦИОННЫЕ СРЕДСТВА СПАСЕНИЯ ПАДАЮЩИХ С ВЫСОТЫ ТЕЛ В УСЛОВИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ОПАСНОСТЕЙ

В. Л. Мурзинов, О. В. Сушкова

Рассмотрены современные средства спасения падающих с высоты тел: натяжное спасательное полотно, спасательная подушка, «куб жизни». Описано разработанное с участием авторов статьи устройство для спасения падающих с высоты тел, для которого рассчитаны следующие показатели: время заполнения воздухом внутренней полости спасательного средства, расход воздуха, перепад давления.

Ключевые слова: инновационные средства спасения, время заполнения, спасательное средство, расход воздуха, перепад давления, показатели эффективности, канал подачи воздуха.

Введение. Предупреждение гибели людей на пожарах и в других чрезвычайных ситуациях, особенно в многоэтажных домах, является наиболее важной задачей при определении критериев безопасности. Часто люди погибают только потому, что у пожарных не было возможности эвакуировать их из горящего здания. В случае крупных пожаров, обитатели верхних этажей становятся заложниками высотного здания: огонь перекрывает пожарные лестницы, и спасти людей с верхних этажей стандартными средствами практически невозможно. Важно для каждого человека, оказавшегося в критической ситуации во время пожара на высотном этаже, иметь уверенность в обеспечении собственной безопасности.

Мурзинов Валерий Леонидович, д-р техн. наук, проф. кафедры пожарной и промышленной безопасности, Воронежский государственный архитектурностроительный университет; Россия, г. Воронеж, e-mail :_vlmurzinov@box. vsiru Сушкова Ольга Вячеславовна, аспирант кафедры пожарной и промышленной безопасности, Воронежский государственный архитектурностроительный университет; Россия, г. Воронеж, e-mail: faustovaolga@vgasu.vrn.ru

© Мурзинов В. Л., Сушкова О. В., 2013

Многоэтажные сооружения в силу своей специфичности более пожароопасны, нежели здания малой этажности. Высотные здания характеризуются быстрым развитием пожара по вертикали и сложностью проведения эвакуации и спасательных работ. Интенсивнее всего задымление верхних этажей, где эвакуация людей весьма затруднена.

Кроме того, при пожаре часто приходит в негодность лифтовое оборудование и системы противопожарной защиты. Основной причиной трагических последствий при пожарах в высотных зданиях является охват путей эвакуации продуктами горения и огнем.

1. Современные средства эвакуации из высотных зданий. Попавшим в беду людям надо предоставить шанс спастись самим, и это можно сделать с использованием инновационных средств эвакуации. Выбор способов эвакуации на сегодняшний момент невелик.

Службами спасения и пожарными службами используется натяжное спасательное полотно, которое удерживается спасателями в количестве 16 человек (рис. 1). И надежность спасения в данном случае связана с действиями каждого из 16 спасателей. Кроме того, площадь полотна довольна мала [2].

Спасательная подушка (рис. 2) рассчитана на подхватывание спрыгивающих или падающих лю-

дей с высоких объектов при пожарах. Однако для эксплуатации этого устройства необходим многочисленный персонал (например, для подкачки надувных мешков), кроме того, не исключены травмы спасаемых людей из-за наличия на приемной поверхности жестких крышек.

Рис. 1. Натяжное спасательное полотно

подушек) должна быть достаточно большой — больше 2 м. А кроме того, вследствие равной деформации подушек приземление спасаемого в периферийной части приемного полотна может приводить к его скатыванию с полотна и травме [2].

Как видно, все эти средства имеют массу недостатков, которые при их использовании дают высокий риск получения смертельной травмы спасаемого человека.

2. Устройство для спасения падающих с высоты тел. Сотрудниками Воронежской государственной лесотехнической академии во главе с профессором кафедры пожарной и промышленной безопасности Воронежского Г АСУ В. Л. Мурзино-вым было изобретено и разработано устройство для спасения падающих с высоты тел (рис. 4) [1]. Изобретение относится к области деятельности служб министерства чрезвычайных ситуаций и предназначено для спасения людей и различных объектов при их эвакуации из высотных зданий и сооружений.

Рис. 2. Спасательная подушка

Для спасения из зданий небольшой этажности используется «Куб жизни» (рис. 3), содержащий надувное основание, выполненное из изолированных, соединенных между собой надувных подушек (изолированных секций), сгруппированных в два яруса, на верхней стороне основания по периметру сгруппированных подушек закреплено приемное полотно.

Рис. 3. «Куб жизни»

Но иногда подушки надуваются до давления, при котором исключается выброс спасаемого с приемного полотна. При таком избыточном давлении, чтобы погасить кинетическую энергию падающего тела, высота надувного основания (ярусов

Рис. 4. Устройство для спасения падающих с высоты тел

Устройство для спасения падающих с высоты тел содержит пневмокамеру 1, выполненную из прочного гибкого эластичного материала и имеющую форму призмы. В боковых стенках пневмокамеры 1 выполнены клапаны 2 с возможностью пропускания воздуха только вовнутрь пневмокамеры 1. Внутри пневмокамеры 1 установлены поворотные подпружиненные штанги 3, соединенные через шарнир 4 с опорными штангами 5. К свободному концу поворотной подпружиненной штанги 3 прикреплен тяговый фал 6 (трос, служащий для подъема), свободный конец которого выведен из пневмокамеры 1 наружу.

Устройство работает следующим образом. По прибытии подразделения МЧС к месту чрезвычайной ситуации для спасания людей, находящихся на высоте, бойцы подразделения разворачивают устройство в положение, показанное на рис. 5.

На каждую опорную штангу 5 становится один боец, который берет в руки тяговый фал 6. Затем по команде они натягивают фалы 6, тем самым поворачивая поворотные подпружиненные штанги 3 вокруг шарниров 4. Внутренняя полость пневмокамеры 1 начнет увеличиваться и за счет образующегося в ней разрежения через клапаны 2 начнет поступать воздух из окружающей атмосфе-

ры. Натяжение фалов 6 продолжается до тех пор, пока стенки пневмокамеры 1 натянутся (рис. 6).

собственно наполнение внутренней полости спасательного средства воздухом.

Рис. 5

Рис. 6

Фалы 6 освобождают от натяжения, и поворотные подпружиненные штанги 3 за счет упругого соединения с шарниром 4 и под действием собственного веса перейдут в исходное положение.

Давление в пневмокамере 1 под действием веса стенок пневмокамеры станет несколько больше атмосферного, что обеспечит гарантированное уплотнение клапанов 2 и сохранение формы пневмокамеры 1 перед падением на него тела (рис. 7).

Рис. 7. Принцип работы устройства для спасения падающих с высоты тел

Кинетическая энергия падающего тела будет расходоваться на деформацию объема пневмокамеры 1 (рис. 7), что приведет к плавному торможению скорости падения тела (рис. 8).

Одним из важных показателей эффективности работы спасательного устройства является время его развёртывания, включающее доставку спасательного средства, подготовительные операции и

Рис. 8

Время первых двух этапов для всех типов спасательных средств практически одинаковое. Для определения времени заполнения воздухом внутренней полости спасательного средства рассмотрим расчетную схему на рис. 9. Время заполнения может быть определено из соотношения

A • B • H

Qc

где А, В, Н — геометрические характеристика спасательного средства, м; Qc — средний расход заполнения внутренней полости м3/с.

Рис. 9

Однако действительный, мгновенный расход воздуха в процессе заполнения будет изменяться, и определится зависимостью

где

Q =-m - • d24XP = kyfAP , 4 P 1

k - 2 d2 M ;

k = —mA— d , —; 1 4 Vp cVh

т — количество каналов для подачи воздуха в полость; р — плотность воздуха, кг/м3; d — диаметр канала для подачи воздуха в полость, м; АР — перепад давления, обеспечивающий движение воздуха в каналах, Па.

Перепад давления АР может быть определён на основе расчётной схемы на рис. 10, т. е.

F

AP = FT1 S

где FT1 = F1sina — усилие, поворачивающее штангу, Н; F1 — усилие, развиваемое одним бойцом, Н;

=

а — угол между штангой и линиеи действия усилия бойца; 50 — площадь поверхности спасательного средства, которую боец перемещает, преодолевая сопротивление перепада давления АР, м2:

So =V Px (Px - a )( Px - b )(Px - С) ,

где

a+b+c

Px =----------; a

2 2

= IVA2 + B2 ;

b = 1\І4 h 2 + B2 ; c = 1л/4 h 2 + A2 . 22

Учитывая геометрические соотношения на рис. 2 выразим изменение усилия FT1 через угол в поворота штанги.

Получим

/г, ч H sin В-h ,g

где h — высота расположения усилий, прикладываемых бойцом, м; L — расстояние бойца до поворотной штанги, м;

k2 =

H sin P- h H cos P + L

tg a =

,g P- k2 k2 • tg P + 1

Не превышая 5 % погрешности можно сделать замену sina ~ tgа, тогда соотношение (3) будет

AP =

F1 ,g P- k2 So k2 • ,g P + 1

Из (7) видно, что перепад давления, создающий поток воздуха во внутреннюю полость спасательного средства, существенно зависит от угла поворота штанги, поэтому расходные характеристики также будут функциями от угла поворота р. Уравнение (2) с учётом (7) примет вид

Q(P) = k F I tgP-k2 .

QK ) 1 Soik2 • tgP+1

Средний расход для интервала изменения

P =

o,..., -2

будет

r\ / A

Qc (P) = - J Q (P) d P.

Уравнение (i), принимая во внимание (9), запишем в виде

A • B • H

J Q (P) dP

По уравнениям (8) и (9) построены графики, показанные на рис. 11.

Рис. 1O

Рис. 11. Расходные характеристики каналов подачи воздуха в спасательное средство

Для построения графиков использовались данные из строчки № 7 в таблице. Время развёртывания определялось по уравнению (10).

Таблица

Время развёртывания спасательного устройства

X =

o

№ Г еометрические характеристики, м Время развертывания, с Усилие, развиваемое бойцом,Н Средний расход воздуха наполнения, мЗ/с

пп А В Н To Fi Qc

1. 6 З 2,5 8 З00 5,7

2. 6 З 2,5 10 200 4,65

З. 6 З 2,5 14 100 З,29

4. 6 4 З 16 З00 4,6З

Окончание табл.

№ Г еометрические характеристики, м Время развертывания, с Усилие, развиваемое бойцом, Н Средний расход воздуха наполнения, м3/с

А Б Н То Fi Qc

1. б 4 3 19 200 3,78

2. б 4 3 30 100 2,67

3. 8 5 3 31 300 3,91

4. 8 5 3 38 200 3,19

5. 10 5 3 42 300 3,56

б. 10 5 3 52 200 2,90

7. 8 5 3 53 100 2,26

8. 10 5 3 73 100 2,06

Выводы

1. С участием авторов статьи было разработано устройство, предназначенное для спасения людей и различных объектов при их эвакуации из высотных зданий и сооружений.

2. Преимущества от применения предлагаемого изобретения обусловлены тем, что повышается надежность и автономность работы устройства, так как отсутствует необходимость в источнике

Библиографический список

1. Пат. 2335312. Российская Федерация, МПК А62В 1/22. Устройство для спасения падающих с высоты тел / Мурзинов В. Л. и др.; заявитель и патентообладатель Воронежская государственная лесотехническая академия. — № 2007104643/12; заявл. 06.02.2007; опубл. 10.10.2008, Бюл. № 28.

2. Пат. 2193905. Российская Федерация. Устройство для спасения людей с высоких объектов в экстремальных ситуациях / Шайдурова Г. И.; Шатров В. Б.; Зарицкий В. И.; Кремлев А. Н.; Макаревич Ю. Л.; Севастьянов Р. В.; Каримов В. З. опубл 10.12.2002.

3. Дьяконова, С. Н. Исследование концепции развития инновационных процессов / С. Н. Дьяконова // РИСК: Ресурсы, информация, снабжение, конкуренция. — 2009. — № 3. — С. 176—179.

сжатого воздуха. Устройство достаточно быстро (за десятки секунд) может быть приведено в рабочее состояние неограниченное количество раз. При длительном хранении устройства до момента его использования оно сохраняет свою работоспособность и при хранении нет необходимости проводить дополнительные проверки работоспособности.

References

1. Pat. 2335312. Rossijskaya Federaciya, MPK A62V 1/22. Ustrojstvo dlya spaseniya padayushhix s vysoty tel / Murzinov V. L. i dr.; zayavitel' i patentoobladatel' Voro-nezhskaya gosudarstvennaya lesotexnicheskaya akademiya. — № 2007104643/12; zayavl. 06.02.2007; opubl. 10.10.2008, Byul. № 28.

2. Pat. 2193905. Rossijskaya Federaciya. Ustrojstvo dlya spaseniya lyudej s vysokix ob'ektov v e'kstremal'nyx situaciyax / Shajdurova G. I.; Shatrov V. B.; Zarickij V. I.; Kremlev A. N.; Makarevich Yu. L.; Sevast'yanov R. V.; Karimov V. Z. opubl 10.12.2002.

3. D'yakonova, S. N. Issledovanie koncepcii razvi-tiya innovacionnyx processov / S. N. D'yakonova // RISK: Resursy, informaciya, snabzhenie, konkurenciya. — 2009. — № 3. — S. 176—179.

INNOVATIVE SURVIVAL EQUIPMENT OF BODIES FALLING FROM HEIGHT IN CONDITIONS OF TECHNOGENIC DANGERS

Murzinov V. L.,

D. Sc. in Engineering, Prof.,

Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering;

Russia, Voronezh, e-mail: vlmurzinov@box.vsi.ru Sushkova O. V.,

PhD student, Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering;

Russia, Voronezh, ph. 8(473) 276-39-74, e-mail: faustovaolga@vgasu.vrn.ru

The modern means of salvation falling from a height tel: inside the rescue canvas, rescue cushion, «cube of life». Described developed with participation of the authors of the article, a device for rescue offalling from a height of bodies, for which the following indices were calculated: the time to fill the air of the inner cavity of rescue, air flow, pressure drop.

Keywords: innovative means of salvation, filling time, salvage tool, air flow, pressure drop, performance indicators, a channel of air.