Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Безопасность жизнедеятельности в условиях чрезвычайных ситуаций. Теория и практика. Учебное пособие.pdf
Решение:
.,03,7838
2
8,
91600
2
005
,13,
13
2
Н−=
⋅
−
⋅
⋅
≥
Предельное значение скоростного напора по формуле (23)
составит
∆Рск =
· , · ,
, ·(, · ,)·,
= 1,45 ,
где C
=1,3 (см. табл. 3.3, для прямоугольной формы).
х
Зная величину предельного скоростного напора, по графику
на рис. 3.2. находим соответствующее ему значение избыточного
давления: ΔР
= 20 кПа.
ф
Таким образом, если избыточное давление на фронте
ударной волны превысит 20 кПа, то модуль будет опрокинут.
Задача 2. Насос для перекачки нефтепродуктов ГЦ-20/14
закреплен на бетонном основании четырьмя болтами М 24 (Ст.65) и
имеет следующие размеры: длина ℓ = 1775 мм, ширина L = 950 мм,
высота h = 1005 мм и масса m = 1600 кг. Определить возможность
опрокидывания закрепленного аппарата при боковом
воздействииизбыточного давленияво фронте ударной волны
ΔР
= 30 кПа.
ф
Решение:
По графику на рис. 3.2 определяем предельное значение
скоростного напора, соответствующее полученному значению
ΔР
= 30 кПа. Эта величина составляет ΔРск = 3 кПа.
ф
По табл. 3.3 для прямоугольной формы определяем значение
C
=1,3.
х
Условия опрокидывания определяем по формуле (25):
Q
В результате расчета в правой части неравенства получается
отрицательное число. Это указывает, что при данном скоростном
напоре ΔРск, предмет может устоять без крепления, т.е. под действием
силы тяжести F
.
т
51
3.2.3. Инерционное разрушение
лоб
лоб
Р
S
F
∆
=
Инерционное разрушение оборудования возникает при
действии на объект лобовой силы F
. Лобовая сила, действующая
лоб
на элементы оборудования, определяется по формуле
F
= (ΔРф+ ΔРск) · S , H, (26)
лоб
где S – площадь поверхности, на которую действуют скоростной
напор и избыточное давление ударной волны, м
2
.
Или
= ΔРф + ΔР
ск .
(27)
С другой стороны, по закону Ньютона на объект действует
сила инерции m
F
), где а - ударное ускорение, м/с2 ; m – масса, кг:
тр
⋅
а, (равная разности лобовой силы F
и силы трения
лоб
m
⋅
а = F
- Fтр .
лоб
Пренебрегая F
Подставив в формулу (28) значение F
, получаем
тр
m
⋅
a = F
лоб .
из формулы (26),
лоб
(28)
получим
m
⋅
a = (ΔРф + ΔРск) · ℓ · h , (29)
где ℓ- длина (диаметр) объекта, м; h - высота объекта, м.
При а ≥ а
объект подвергается инерционному разрушению.
доп.
Любой элемент, входящий в состав объекта, получает такое же
ускорение, как и весь объект в целом. Поэтому расчет необходимо
вести по элементу, имеющему наименьшее из всех значение а
Иногда вместо ударного ускорения а
перегрузкой (n
уд=aдоп.
/g), не приводящей к повреждению объекта.
Тогда допустимое лобовое давление ΔР
ΔР
лоб
lim
= F
/S = m a
лоб
lim
лоб
/S = m n
доп
пользуются ударной
доп
определяется как
g/S . (30)
доп
доп.
.
52
По величине ΔР
ΔР
, при котором происходит инерционное разрушение объекта.
ф
находим по графику на рис. 3. 4 значение
лоб
Рис. 3.4. Зависимость лобового давления ΔР
ударной волны ΔР
от давления во фронте
лоб
ф
Примеры решения задач
Задача 1. Имеется объект длиной ℓ= 4000 мм, высотой h =
720 мм и массой m = 1800 кг с допустимым ускорением при ударе
а
=100 м/с2. Определить избыточное давление на фронте УВ, при
доп
котором он не получит инерционного разрушения.
Решение:
Лобовая сила F
, воздействие которой не должно приводить к
лоб
выходу объекта из строя, определяется по формуле (28):
F
= m⋅a
лоб
=1800⋅100 = 180000 Н.
доп
Лобовое давление, которое может выдержать объект, рассчитывается
по (30):
∆
Р
= F
лоб
/S = 180000/(4⋅0,72) = 62,5 кПа.
лоб
53
По графику (см. рис. 3.4) определяем величину избыточного
давления, равную ΔР
Следовательно, при воздействии на объект избыточного
давления ΔР
lim
ф
lim
≈ 38 кПа.
ф
во фронте УВ более 38 кПа он получит сильные
разрушения от инерционных перегрузок.
Задача 2. Оценить возможность инерционного разрушения
распределительного щита массой m = 120 кг, длиной ℓ = 600 мм,
высотой h =800 мм. Допустимое ускорение для распределительного
щита a
= 100 м/с2.
доп
Решение:
Лобовая сила F
, воздействие которой может привести к
лоб
выходу объекта из строя, определяется по (28):
F
лоб
= m⋅a
=120⋅100 = 12000 Н.
доп
Лобовое давление, которое может выдержать объект,
рассчитывается по (30):
∆
Р
= F
лоб
/S = 12000/(0,6⋅0,8) = 25 кПа.
лоб
По графику (см. рис. 3.4 ) определяем величину избыточного
давления, равную ΔР
на объект избыточного давления ΔР
lim
≈ 25 кПа. Следовательно, при воздействии
ф
lim
во фронте УВ более 25 кПа он
ф
получит сильные разрушения от инерционных перегрузок.
Задача для самостоятельного решения. Оценить
устойчивость к воздействию ударной волнытехнологического
оборудования, изготовленного из стали и установленного на бетонном
основании на открытой площадке цеха (см. вариант задания по табл.
3.5).
Определить возможность смещения, опрокидования и
инерционного разрушения оборудования.
54
Таблица 3.5
1
Резервуар
шаровой
18
5000 - -
250
32
24
2000
2
Ж/д цистерна
(качение)
38
3200
-
3200
59 - -
1000
3
Резервуар
горизонт. РГ3
120
1390
1500
2245
750 - -
750
4
Реактор
250
2200
2980
2200
15150 - -
2000
5
Резервуар
горизонт. РГ5
250
1810
2500
1810
950
36 8 750
6
Резервуар
шаровой
20
10000 - -
600
32
24
2000
7
Контейнерная
АЗС
70
(с бока)
6060
2590
2440
22 - -
500 8 Резервуар
горизонт. РГ10
120
2200
3000
3416
1300 - -
750
9
Реактор
100
2400
3920
2400
16000
36 8 2000
10
Резервуар
шаровой
25
12000 - -
800
42
24
5000
11
Ж/д цистерна
15-1421
100
(с бока)
3200
-
3200
59 - -
1000
12
Контейнерная
АЗС
120
(с торца)
6060
2590
2440
22 - -
500
13
Резервуар
шаровой
30
16000 - -
1300
42
24
5000
14
Резервуар
горизонт. РГ50
100
2760
5200
4610
4000 - -
1000
15
Резервуар
шаровой
42
20000 - -
2200
64
24
5000
Исходные данные для самостоятельного решения задач по оценке
устойчивости объекта
, кПа
ф
2
№ варианта
Технологическое
15-1421
оборудование
фронте УВ, ΔР
Избыточное давление во
(с торца)
D/ ℓ, мм
Диаметр крепежных
Диаметр/длина аппарата,
Высота аппарата, h,мм
Масса аппарата, m, т
Ширина аппарата, L,мм
болтов, n
болтов, d,мм
Количество крепежных
ускорение, a, м/с
Допустимое ударное
55
Глава 4.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЧС ПРИРОДНОГОХАРАКТЕРА
ЧС природного характера складываются под воздействием
природных явлений – стихийных бедствий.Опасные природные
явления - это стихийное событие природного происхождения, которое
по своей интенсивности, масштабу распространения и
продолжительности может вызвать отрицательные последствия для
жизнедеятельности людей, экономики и природной среды [11]. Далее
рассматриваются методы прогнозирования таких опасных природных
явлений, как: лесные пожары (ЛП), наводнения, ураганы, грозы, сели,
землетрясения.
4.1. Термины и определения
Лесной пожар (ЛП). Это стихийное неуправляемое горение,
распространившееся на лесную площадь, окруженную негорящей
территорией. В лесную площадь, по которой распространяется пожар,
входят открытые лесные пространства (вырубки,гари и др.).
В зависимости от сгорающих материалов различают два
основных вида ЛП: низовые и верховые.
По скорости распространения пожары разделяются на три
катего
рии: сильные (свыше 100 м/мин); средней силы
(3 - 100 м/мин) и слабые (до 3 м/мин).
Кромкой пожара называют непрерывно продвигающуюся по
горючему материалу полосу горения, на которой основной горючий
материал сгорает с максимальной интенсивностью и образует вал
огня. Фронт пожара – наиболее быстро распространяющаяся в
направлении ветра огневая кромка. Тыл – двигающаяся против ветра
кромка огня. Фланги – продвигающаяся перпендикулярно ветру
огневая кромка.
Низовым называется ЛП, распространяющийся по почвенному
покрову. Низовой пожар бывает двух видов: беглый и устойчивый.
Беглым называется пожар, при котором горят почвенные
покровы, опавшие листья и хвоя. Пожары чаще бывают весной и
распространяются с большой скоростью там, где есть высохший
надпочвенный слой. Горение продолжается короткое время, при
котором обгорают корни деревьев, кора, хвойный подвесок.
56
Устойчивый пожар – это пожар, при котором после сгорания
покрова горят подстилка, пни, валежник. Он развивается обычно
летом, горение продолжается длительное время. Здесь могут
создаваться условия для верховых пожаров.
Для низовых пожаров характерна вытянутая форма пожарища, с
неровной кромкой, наличием фронта, тыла и флангов. Цвет дыма
при низовом пожаре: светло-серый. Развитие низовых пожаров во
многом зависит от характера лесного массива. Низовые пожары на
вырубках обычно распространяются с большей скоростью, чем под
пологом древостоев.
Верховой пожар является дальнейшей стадией развития
низового пожара с распространением огня по кронам и стволам
деревьев верхних ярусов. Основным горючим материалом на фронте
являются листья и сучья, главным образом хвойных деревьев, и
лесной почвенный покров. На флангах и в тылу верховой пожар
распространяется низовым огнем. Наиболее интенсивное горение
происходит во фронте пожара. Верховые пожары бывают беглые
(пятнистые) и устойчивые.
Беглые верховые пожары наблюдаются при сильном ветре.
Огонь обычно распространяется по пологу древостоя скачками
(пятнами), иногда значительно опережая фронт низового пожара. При
движении пожара по кронам ветер разносит искры, горящие ветви,
которые создают новые очаги низовых пожаров на сотни метром
впереди основного очага. Во время скачка пламя распространяется по
кронам со скоростью 100 м/мин и выше, однако скорость
распространения самого пожара меньше, так как после скачка
происходит задержка, пока низовой огонь не пройдет участок с уже
сгоревшими кронами. Форма площади при беглом верховом пожаре
вытянутая по направлению ветра. Дым верхового пожара темный. При
устойчивых верховых пожарах огонь распространяется по кромкам
пожара по мере продвижения кромки устойчивого низового пожара,
после чего остаются обугленные стволы и все, что осталось от крупных
сучьев.
Наводнения. Это временное затопление значительной части
суши водой в результате действий сил природы. Наводнения могут
быть вызваны выпадением обильных осадков или интенсивным
таянием снега (ледников), совместным действием паводковых вод и
ледяных заторов; нагонным ветром; подводными землетрясениями.
57
Разливы воды, сопровождающиеся повышением ее уровня с
затоплением прилегающих территорий, влекут за собой материальный
ущерб, создают угрозу жизни и здоровью населения. Наводнения
можно прогнозировать: установить время, характер, ожидаемые его
размеры и своевременно организовать предупредительные меры,
значительно снижающие ущерб, создать благоприятные условия для
проведения спасательных и неотложных аварийно-восстановительных
работ.
Превращение спокойно текущего водного потока в
стремительный и разрушительный паводок, быстрый подъем уровня
воды и затопление прилегающей местности, вызванные сильными
дождями (снегопадами), бурным таянием снега, а также прорывом
плотин, представляют большую угрозу для населения [12].
В зависимости от причин возникновения выделяют пять
группы наводнений:
1 - наводнения, связанные с максимальным стоком от
весеннего таяния снега. Такие наводнения отличаются довольно
длительным подъемом уровня воды в реке и называютсяполоводьем.
2 - наводнения, формируемые интенсивными дождями, иногда
таянием снега при зимних оттепелях. Они характеризуются
интенсивными, кратковременными подъемами уровня воды и
называются паводками.
3- наводнения, вызванные большим сопротивлением, которое
водный поток встречает в реке. Это происходите в начале и в конце
зимы при зажорах и заторах льда.
4 - наводнения, создаваемые ветровыми нагонами воды на
крупных озерах и водохранилищах, а также в морских устьях рек.
5 – наводнения, связанные с гидродинамической аварией, т.е.
аварией на гидротехническом сооружении (ГТС), характеризующейся
распространением с большой скоростью воды и создающей угрозу
возникновения техногенной чрезвычайной ситуации.
По размерам или масштабам и по наносимому суммарному
ущербу наводнения делятся также на четыре группы:
- низкие (малые) наводнения;
- высокие наводнения;
- выдающиеся наводнения;
- катастрофические наводнения.
58
Сель. Это внезапно формирующийся в руслах горных рек
временный поток, характеризующийся резким подъемом уровня воды
и высоким содержанием в ней твердого материала. Он возникает в
результате интенсивных и продолжительных ливней, бурного таяния
ледников или снежного покрова и обрушения в русло большого
количества рыхлообломочного материала. Имея большую массу и
скорость передвижения, сели разрушают здания, сооружения, дороги
на пути движения.
В пределах бассейна селевые потоки могут быть локальные,
общего характера и структурные. Первые возникают в руслах
притоков рек и крупных балках, вторые проходят по основному руслу
реки. Структурные сели в связи с внезапностью их возникновения и
прямолинейностью движения представляют наибольшую опасность.
Сель может двигаться со скоростью до 15 км/ч и несколькими
волнами. Препятствия, встречающиесяна пути, сель переходит и
наращивает свою энергию.
Ураганы. Возникают при прохождении глубинных циклонов
и представляют собой движение воздушных масс (ветер) с огромной
скоростью. При урагане скорость движения воздуха превышает 32,7
м/с (более 118 км/ч). Проносясь над земной поверхностью, ураган
ломает и вырывает с корнем деревья, срывает крыши и разрушает
дома, линии электропередач и связи, здания и сооружения, выводит из
строя различную технику. Люди могут оказаться под обломками
разрушенных зданий и сооружений. Летящие с большой скоростью
обломки разрушенных зданий и сооружений и другие предметы могут
нанести людям тяжелые травмы.
Гроза. Это атмосферное явление, при котором в мощных
кучево-дождевых облаках и между облаками и землей возникают
сильные электрические разряды – молнии, сопровождаемые громом.
Часто при грозе выпадают интенсивные ливневые осадки, нередко
град, наблюдаются усиление ветра, часто до шквала и смерчей,
ливневые наводнения. Наибольшие разрушения вызывают удары
молнии в наземные объекты при отсутствии хороших
токопроводящих путей между местом удара и землей.
Землетрясения. Наиболее опасные и разрушительные
стихийные бедствия. Область возникновения подземного удара
является очагом землетрясения, в пределах которого происходит
процесс высвобождения накапливающейся энергии. В центре очага
59
условно выделяется точка, именуемая гипоцентром. Проекция этой
точки на поверхности земли называется эпицентром. В период
землетрясения от гипоцентра во все стороны распространяются
упругие сейсмические волны, продольные и поперечные. По
поверхности земли во все стороны от эпицентра расходятся
поверхностные сейсмические волны. При сильных землетрясениях
нарушается целостность грунта, разрушаются здания и сооружения,
выводятся из строя коммунально-энергетические сети, возможны
человеческие жертвы. В горах возможны обвалы и лавины. Если
землетрясение происходит под водой, возникают огромные волныцунами, вызывающие страшные разрушения на суше.
4.2. Поражающие факторы лесных пожаров
Основными поражающими факторами лесных пожаров
являются:
- теплофизический, проявляющийся в виде пламени, нагрева
тепловым потоком, теплового удара;
- химический, проявляющийся в виде загрязнения атмосферы,
почвы, гидросферы.
В последнее время термин «пожарная опасность»
приобретает новое значение в виде угрозы нанесения ущерба в
результате деятельности неуправляемых лесных пожаров. Такое
определение существенно повышает информативность показателя
пожарной опасности, но в то же время требует дополнительных
исходных данных.
Метеорологические условия относятся к одним из главных
факторов вероятности возникновения пожаров в природе.
Количественным отражением данной вероятности, официально
принятым в России, является комплексный показатель
пожароопасности (К) по метеорологическим условиям, разработанный
В. Г. Нестеровым еще в сороковые годы прошлого столетия и
применяемый на практике до сих пор, в некоторых регионах с
небольшими модификациями [13].
Показатель Нестерова К отражает баланс иссушающих и
увлажняющих факторов соотношением
К =
(31)
60