Шевкуненко Владислав Олександрович

Электротехнічний факультет

Кафедра гірничозаводського транспорту і логістики

«Спеціальність «Електромеханічне обладнання енергоємних виробництв»»

Обгрунтування параметрів і розробка рекомендацій щодо удосконалення вибухозахищеного електрообладнання

Науковий керівник: Старший викладач кафедри ГЗТіЛ, заст. директора експериментального заводу УкрНДІВЕ Ткачук Олександр Миколайович

Реферат на тему випускної роботи

Введення:

На сьогоднішній день вугільна галузь України є однією з найбільш складною щодо забезпечення безпеки праці.
Для виключення ймовірності виникнення аварійних ситуацій все електрообладнання, що застосовується в шахтах, повинно бути вибухозахищеним [1].

Актуальність теми

Аналіз конструкцій вибухозахищеного електрообладнання показав, що найбільшого поширення в даний час отримала концепція вибухозахисту - вибухозахищена оболонка.

Дана концепція передбачає, що електрообладнання поміщено в спеціальну оболонку з наявними в ній щілинами певних параметрів. При цьому не виключається контакт електричних ланцюгів з вибухонебезпечною сумішшю і можливість її займання, але при цьому гарантується, що оболонка стримує виникло в результаті вибуху надлишковий тиск, тобто спалах не виходить за межі обмежень вибухонепроникної оболонки.
Проте цей вид вибухозахисту веде до збільшення маси і габаритів електроустаткування, погіршення температурного режиму роботи[1,2,3].
Актуальним завданням є розробка рекомендацій щодо удосконалення вибухозахищеного електроустаткування.

Мета і завдання роботи

Метою даної роботи є розробка рекомендацій щодо поліпшення споживчих властивостей вибухозахищеного електрообладнання, таких як надійність, зручність експлуатації і то що.
Для досягнення вищевказаної мети поставлені такі основні завдання:

1. Виконати огляд і аналіз конструкцій застосовуваного вибухозахищеного електроустаткування.
2. Виконати аналіз вимог, пред'явлених до конструкцій застосовуваного вибухозахищеного електроустаткування.
3. Розробити математичну модель вибуху всередині вибухонепроникної оболонки.
4. Уточнити існуючу методику розрахунку вибухозахищенних оболонок.

Основні результати

Для побудови математичної моделі вибух доцільно розбити на 3 етапи:
1 етап — ініціалізація вибуху. Миттєве виділення енергії від точкового джерела. Джерелом може служити:
а) іскра від електричного розряду.
б) хімічна реакція в газовій суміші, що почалася в результаті наявності каталізатора.
При цьому, кількості енергії, що виділяється джерелом повинно вистачити, для збільшення швидкості руху молекул (температури суміші) до рівня, достатнього для початку хімічної реакції. Швидкість хімічної реакції залежить від концентрації реагуючих елементів. Якщо концентрації досить, то швидкість хімічної реакції може бути настільки висока, що реакція протікає у вигляді вибуху. Відбувається різке збільшення обсягу газу, що пояснює зниження температури, виявлене при експериментах [4,5].
2 етап — рух вибухової хвилі.
Виникнення сферичної хвилі, утвореної реагують з виділенням тепла молекулами газової суміші. Фронт хвилі рухається від джерела, виконуючи роль поршня, який стискає газ перед собою. Енергія хімічної реакції у хвилі витрачається на виконання роботи зі стиснення газу в оболонці і на повідомлення кінетичної енергії молекул газу перед фронтом хвилі.

Процес зменшення температури описується рівнянням (1) в полярних координатах прийме вигляд:

Якщо суміш горюча, то процес охолодження сповільнюється внаслідок виділення додаткового тепла за рахунок розвитку хімічної реакції. Коли температура впаде до Тг – температура горіння суміші, подальше зниження температури припиниться через компенсацію тепла, що відводиться в навколишні шари суміші, теплом, що виділяється при згорянні. Тобто створюється сферичний фронт полум'я, який складається із зони попереднього розігріву і зони хімічної реакції (рис.2).

У зоні попереднього розігріву, становить основну частину фронту полум'я, свіжа суміш отримує тепло, необхідне для її нагрівання до температури горіння Тг. Це тепло за рахунок теплопровідності надходить із зони, в якій протікає хімічна реакція. Чим менше радіус початкового ядра палаючого газу, тим більше відношення кількості тепла, що залишає сферичний обсяг (воно пропорційно квадрату радіусу), до кількості тепла, що виникає в цьому обсязі (воно пропорційно кубу радіуса)[6,7].

Таким чином, критичні умови займання іскрою зводяться до нагрівання газової сфери, радіус якої майже вчетверо перевищує ширину зони ламінарного полум'я в розглянутій горючої суміші, до температури полум'я за рахунок теплової енергії розряду. При цьому умови прилеглі шари горючої суміші встигнуть спалахнути перш, ніж охолоне нагріте іскрою обсяг. Сили, що діють на молекули газу, на другому етапі вибуху є центральними (рис.3). Тобто:

3 етап — гасіння вибухової хвилі.
Зустріч хвилі з поверхнею оболонки, завдання якої поглинути енергію хімічної реакції і не допустити проникнення вибуху в навколишнє середовище. При цьому повинна виконуватися умова:

Таким чином, за допомогою рівнянь можна отримати систему для визначення швидкості, тиску, щільності і температури газу на кордоні з оболонкою.

Висновок

Вивчення механізму займання горючої суміші показало, що в даний час існує два підходи при моделюванні цього процесу теплової і електричний. При тепловому підході існують відмінності у формулюванні умов виникнення вибуху. При електричному підході експериментально зафіксовано ефект зниження температури в момент вибуху, що суперечить теплової теорії.
У даній роботі, запропонована модель вибуху, що враховує протиріччя між теплової та електричної теорією. Сили, що діють на молекули газу при вибуху, є центральними, а потік сил діючих через будь–яку замкнену поверхню не залежить від її форми. Отримана математична модель вибуху горючої суміші всередині оболонки дозволяє отримати систему рівнянь для визначення параметрів вибуху та уточнення розрахунку конструкції оболонки, що і є напрямком подальших досліджень. Правильність запропонованої методики, була підтверджена випробуваннями, проведеними в експертно–технічному центрі інституту УкрНДІВЕ.

Література

1. Електрифікація гірничих робіт: Підруч. для вузів / М. М. Білий, В. Т. Заїка. —М.: Недра, 1992.-383с.
2. Копилов І. П. Проектування електричних машин: Навчальний посібник для вузів. — М.: Енергія, 1980. — 496 с.
3. Дзюбан В. С., Ріман Я. С., Маслій А. К. Довідник енергетика вугільної шахти — М.: Надра, 1983. — 542 с.
4. Льюис Б., Элбе Г. Горіння, вогонь і вибухи у газах. — Видавництво «Мир»
5. Курс загальної фізики: навч. посібник для вузів. Савельев.І.В. «Астрель» 2001. —336с.
6. Ер К., Томер Г. Фізика швидкоплинучих процесів. — Москва. Видавництво «Мир», 1971.
7. Фихтенгольц Г. М. Курс діфференціального і інтегрального розрахунку. ФІЗМАТЛІТ, 2005. — 728 с.
8. Вибухобезпечність електричних розрядів і фрикційних іскор. Під ред. д-ра техн. наук, проф. В.С. Кравченко і канд. техн. наук В.А. Бондаря. М., «Надра», 1976.304с.
9. Гірнича электротехника: Підруч. Для учнів професійно-технічних училищ. —М.: Недра, 1990. — 208 с.
10. Дегтярьов В. В., Седаков Л. В. Керівництво по ревізії, налагодженню та випробуванню підземних електроустановок шахт — М.: Надра, 1989. — 614 с.