Проект вагона МЧС для проведения аварийно-спасательных работ в метрополитене

1.5.1.Способы прекращения горения.

Основные способы прекращения горения в подземных сооружениях метрополитена - поверхностное и объемное тушение водой и пенами высокой и средней кратности. Эти способы тушения выполняют различными тактическими приемами в зависимости от специфических особенностей подземных сооружений, обстановки на пожаре и оснащенности пожарных подразделений.

Из-за особенностей развития пожаров в подземных сооружениях (высокая температура на путях введения сил и средств, задымление) необходимо применять огнетушащие средства для охлаждения продуктов горения, защиты сооружений на путях распространения нагретых газов и снижения задымленности помещений.

В ходе анализа работы подразделений по ликвидации аварий, тушению очага пожара выявилась необходимость создания специальной аварийно-спасательной техники для облегчения работы подразделений МЧС, спасания людей, прокладке магистральных рукавных линий в непригодной для дыхания среде при непрерывном тушении пожара и руководстве за проведением данных работ. Для того, чтобы обеспечить прибытие пожарных подразделений в минимально короткий срок к месту аварии (около 11 минут с момента вызова), оптимальному использованию сил и средств пожарной службы, мы предлагаем использовать пожарный аварийно-спасательный поезд.

2. Выбор и характеристика вагона.

Спроектирован поезд аварийно-спасательный пожарный в основе которого положен стандартный вагон метрополитена типа Е (см. приложение).

Вагон метрополитена модель 81-714 и 81-717 (ГОСТ 18226-72) относится к вагонам самоходного типа, моторный со всеми ведущими осями и предназначен для перевозки пассажиров нм линиях метрополитена, оборудован 3-мм токоведущим рельсом с номинальным напряжением U=825 В (Umin = 550В). Общие требования к ним в основном такие же, как и к пассажирским вагонам локомотивной тяги (рис. 12). Основные конструктивные решения вагонов выбирают исходя из назначения данного подвижного состава и учитывая требования технико-экономических показателей.

Вагон модели 81-717 - головной, выполнен с кабиной управления, оборудован двигателем типа ДК-117 номинальной мощностью 110 кВт, преобразователем БПСН-5У2 для питания низковольтных цепей и освещения салона и принудительной вентиляцией.

Вагон приспособлен для установки аппаратуры систем авто-управления ведения поезда. Кузов вагона - цельносварной. Внутренние поверхности металлоконструкций кузова имеют антикоррозионное и противошумовое покрытие. Входные двери вагона имеют централизованное управление, а также соответствующую сигнализацию, информирующую машиниста (водителя) о закрытом положении дверей. Кроме этого вагоны должны быть оборудованы устройствами, допускающими возможность одновременного открытия всех переходных дверей из кабины машиниста. Форма сидений эргономически обоснован, крепления сидений рассчитаны на возможные инерционные силы. Для окон применяются безосколочные стекла типа «Сталинит». В конструкциях пола, стен и потолка вагона предусмотрена соответствующая термоизоляция. Пол, двери и перегородки вагона имеют предел огнестойкости не менее 35 минут. Вагон оборудован электродинамическим реостатным или реостатно-рекуперативным тормозом. Параметры тягового оборудования и энергетические показатели вагона выбираются исходя из требований расчета режима движения.

2.1. Тактико-технические характеристики вагона

(модель 81-717) ТУ 37.001.800-77

Ширина колеи…………………………………..1520 мм

Количество мест для сидения …………………40

Вместимость (расчетная)……………………….220 чел.

Масса вагона (тара)……………………………..34 т

База, мм

вагона по осям сцепления автосцепок………19210

кузова снаружи………………………………..18840

Ширина, мм

вагона снаружи (без гарпов)…………………2670

входных дверей……………………………….1208

Высота вагона от уровня головок рельсов…….3662 мм

Масса (тара) на 1 место для сидения …………..0,85 т

Тип тягового двигателя………………………….ДК-117

Часовая мощность тяговых двигателей…………440 кВт

Ускорение пуска……………………………….…1,2 м/с2

Замедление при торможении ……………………1,2 м/с2

Конструкционная скорость ………………………90 км/ч

Время разгона со стоянки до 60 км/ч……………15 с.

2.2 .Оборудование аварийно-спасательного поезда.

Предлагаем оставить четыре двери, убрать форточки, уменьшить площадь остекления (см. приложение). Для облегчения работы личного состава гарнизона ВПС данный пожарный поезд вывозит около 1100-1200 м рукавов 77мм для прокладки магистральной линии из специально предназначенных кассет, в которых рукава уложены в «гармошку». Оборудуем отверстия для забора воздуха на крыше вагона и в системе вентиляции устанавливаем фильтры для очистки воздуха от продуктов горения. Ячейковые фильтры ЛАИК, предназначены для улавливания очень тонкодисперсной пыли и бактерий, обладает эффективностью очистки 100% (проскок взвешенных частиц размером 0,1..0,3 мкм через фильтры не превышает 0,01..0,03%). Фильтрующим материалом служит материал ФП, который представляет собой слой ультратонкого химического волокна, уложенного на марлевую подложку. Фильтрующий материал не регенерируется (не восстанавливается). [ 14 ]

Перемещение и маневр поезда на обесточенном участке пути происходит от аккумуляторных батарей. Для того, чтобы не загромождать проходы, аккумуляторные батареи располагаем под сидениями.

Поезд вывозит в своем составе:

20 аппаратов на сжатом воздухе АСВ-2 (в соответствии с требованиями Приказа №182 «Об утверждении Наставления по

газодымозащитной службе»);

10 огнетушителей ОП-10;

ручной пневматический аварийно-спасательный инструмент;

рукава 77мм в кассетах (60 рукавов);

рукава 51 мм (20 рукавов);

стволы РСК-50 и РС-70 (по 2 шт.);

разветвления РТ-70 (2 шт.);

10 комплектов теплоотражательных костюмов ТК-1500;

фонари (4 шт.);

лом пожарный легкий (2 шт.);

носилки для транспортировки пострадавших (6 шт.);

медицинский комплект (10 шт.);

радиостанция (4 шт., из них одна - стационарная);

блок аккумуляторных батарей;

зажимы рукавные (8 шт.);

седло рукавное (8 шт.);

2.3. Расположение поезда на путях.

Для тушения пожаров в подземных сооружениях метрополитена предлагается две схемы размещения пожарных аварийно-спасательных поездов :

1. Поезда располагаются только на конечных станциях в тупиках.

2. Расположение поездов не только на конечных станциях в тупиках, но и на специально сконструированных для этого дополнительных ответвлениях от основной ветки.

Рассмотрим каждую из схем .

а) б)

Рис.13. Расположение поезда в тупиках.

При расположении поезда (рис.13,а) не требуется больших материальных затрат на устройство отдельной ветки для его расположения, однако эта схема малоэффективна. Это связано с тем, что в случае возникновения пожара один, а может быть и два спасательных поезда могут быть отрезаны находящимися на ветке в данный момент составами от места горения. Для того, чтобы провести разводку поездов находящихся в данный момент на линии потребуется определенное количество времени (около 10 минут). За это время пожар примет развитую форму. Кроме того, концентрация вредных для органов дыхания человека веществ в воздухе может достичь критического значения, что приведет к немалым человеческим жертвам и крупному материальному ущербу. Кроме того, температура внутри туннеля к этому моменту времени будет достигать 800 - 10000С, что создаст определенного рода трудности при проведении первоочередных аварийно - спасательных работ. Необходимо также учитывать, что критическая температура, которую может выдержать человеческий организм, колеблется в пределах 50- 600С, а далее наступает тепловой удар. Паника, возникшая в результате аварии, а также то, что для проведения боевого развертывания и подачи стволов первой помощи необходимо около 15 минут также усугубляет ситуацию.

Наиболее целесообразно применять вторую схему. Преимущество второй схемы (рис.13,б) перед первой :

- время прибытия аварийно-спасательного поезда при аварии уменьшается на 9 минут (см. расчеты ниже), даже если поезда оказываются отрезанными от очага горения. Наличие дополнительной ветки позволяет улучшить маневренность спасательного поезда, а, следовательно, уменьшает время прибытия к месту пожара. Этот вариант расположения пожарного спасательного поезда требует больших финансовых затрат на оборудование дополнительных путей и изменения конструкции туннеля.

2.4. Действия боевого расчета проектируемого поезда

Боевой расчет пожарного аварийно-спасательного поезда (4 пожарных, командир звена, машинист, медик) находится в служебном помещении в непосредственной близости от поезда. При поступлении сигнала тревоги личный состав вместе с машинистом занимают места в головном вагоне, где находится боевая одежда и снаряжение пожарных. Вместе с движением с движением вагона осуществляется прокладка магистральной рукавной линии (скорость движения около 10 км/час) от ближайшей к месту пожара станции до места установки разветвления. Поисково-спасательная группа поезда проводит разведку и первоочередные аварийно-спасательные работы и эвакуацию людей из зоны задымления. К этому времени гарнизон ВПС прибывает к месту вызова, устанавливают автомобили на водоисточники и подают воду в ранее проложенную магистральную линию. Действия штаба пожаротушения, персонала метрополитена и других служб спасания аналогичны вышеуказанным. После эвакуации звено, в зависимости от обстановки продолжает тушение вывозимыми огнетушителями, либо присоединяют к разветвлению рабочие рукавные линии со стволами.

2.5. Теоретический расчет сил и средств с применением поезда.

Для сравнения качества работ по спасанию людей и ликвидации пожара проведем теоретический расчет сил и средств при следующих условиях :

а) Личный состав гарнизона работает без применения данного поезда, т.е. в обычных условиях. Также принимаем, что авария произошла на середине самого длинного перегона, состав вывести на станцию невозможно. К моменту прибытия пожарных подразделений в туннеле создалось сильное задымление.

Время свободного развития пожара будет состоять из суммы времени обнаружения (1мин.), времени сообщения о пожаре (2 мин.), времени следования к месту пожара (7мин.) и времени боевого развертывания ( из расчета 1,5 мин. на каждые 100м горизонтального пути) и будет составлять 26,5 мин. Определим путь пройденный пламенем за данное время : R = Vл*(-5) = 1*(26,5-5) = 21,5 м, т.е. на момент введения первых стволов огнем будет охвачен 1 вагон полностью и пламя перекинется на два рядом расположенных вагона.

Площадь пожара равна (прямоугольная форма) Sп=21,5*2,7 = 58,05 м2

Требуемый расход воды на тушение : Qтрт = Iтрт *Sп =0,12*58,05 = 7 л/с

Количество стволов для тушения Nстт = Qтрт/qст = 7/3,5 = 2 ств.«Б»

Количество стволов на защиту из тактических соображений принимаем равным 2.

Общий фактический расход воды на тушение составляет 14 л/с.

Для тушения привлекается следующее число личного состава :

звенья для тушения пожара - 20 чел;

пост безопасности - 4 чел;

поисково-спасательные группы- 30 чел;

водоподающая группа- 19 чел.;

резерв - 40 чел;

Итого для тушения пожара и проведения поисково-спасательных работ привлекается 113 человек.

Число отделений привлекаемых для тушения равно Nотд=113/4=29 отд.

Номер вызова сил и средств (для Минского гарнизона) - 5-ый.

б) Для тушения пожара используется проектируемый поезд (расположение по схеме а, см. рис.10). Условия развития пожара такие же, как в рассматриваемом выше пункте а).

Один из спасательных поездов оказывается полностью отрезан от очага пожара тремя электропоездами, и его не имеет смысла вводить в действие, так как одновременно на линии могут находиться только 4 электропоезда. В этом случае маневр на путях затруднителен, развести поезда на ветках метрополитена практически невозможно. Если производить развод поездов, то время прибытия аварийно-спасательного поезда к месту пожара составит : 10 мин. - на разводку, 4 мин. - следование по незадымленной зоне туннеля, 6,6 мин - по задымленной зоне; общее время - 20,6 мин, т.е. использовать этот поезд неэффективно. За это время пожарный поезд находящийся на противоположном тупике прибудет к месту аварии, проведет аварийно спасательные работы и эвакуирует половину спасаемых людей. Силы и средства не вводятся одновременно с двух сторон, что противоречит Приказу №182.

в) Для тушения пожара используется проектируемый поезд (расположение по схеме б, см. рис.10). Условия развития пожара такие же, как в рассматриваемом выше пункте а).

В случае возникновения аварии на том же перегоне оба аварийно-спасательных поезда оказываются отрезанными двумя составами от очага горения. В данном случае обеспечивается маневренность поездов и разводка поездов за 2 минуты; т.е. поезд, прибывший в район станции метрополитен «Автозаводская» переводится на параллельную ветку и пожарный поезд выходит из тупика. К месту пожара он будет следовать :

сл = сл1 +сл2+сл3 ,

где сл1 - время на разводку вагонов (2мин);

сл2 - время движения при скорости 90 км/ч (незадымленная зона);

сл3- время движения при скорости 10 км/ч (задымленная зона);

сл2 = 1,5/90*60 = 1 мин.

сл3 = 1,1/10*60 = 6,6 мин.

сл = 2+1+6,6 = 9,6 мин.

Второй аварийно спасательный поезд находящийся на запасной ветке станции метрополитена «Октябрьская» к месту аварии будет следовать :

сл = сл1 +сл2+сл3 ,

сл1 = 1,8/90*60 = 1,2 мин.

сл2 = 6/90*60 = 4 мин.

сл3= 1,1/10*60 = 6,6 мин.

сл = 1,2+4+6,6 = 11,6 мин.

Как видим, оба поезда практически одновременно быстро прибывают к месту аварии и приступают к спасанию людей.

Определим путь пройденный пламенем за данное время : R = Vл*(-5) = 1*(11,6-5) = 6,6 м.

Площадь пожара равна (прямоугольная форма) Sп=6,6*2,7 = 17,82 м2

Требуемый расход воды на тушение : Qтрт = Iтрт *Sп =0,12*58,05 = 7 л/с

Количество стволов для тушения Nстт = Qтрт/qст = 7/3,5 = 2 ств.«Б»

Количество стволов на защиту из тактических соображений принимаем равным 2.

Вместимость двух поездов позволяет эвакуировать сразу же всех людей находящихся в горящем поезде. Примерно к 22-24 минуте после возникновения пожара все люди будут эвакуированы, а с 20 минуты личный состав приступит к тушению пожара водяными стволами.

Для тушения со спасательным поездом привлекается следующее число личного состава :

звенья для тушения пожара - 20 чел;

пост безопасности - 4 чел;

водоподающая группа-6 чел.;

поисково-спасательные группы 10 чел;

резерв - 20 чел;

Итого для тушения пожара и проведения поисково-спасательных работ привлекается 54 человек.

Число отделений привлекаемых для тушения равно Nотд=60/4=15 отд.

Номер вызова сил и средств (для Минского гарнизона) - 4-ый.

3. Расчет механизмов.

3.1. Тяговая передача. Подвеска редуктора.

Устройство и принцип действия.

Тяговая передача предназначена для передачи вращения с вала тягового двигателя на ось колесной пары (рис.14.) Тяговая передача состоит из тягового редуктора 3, смонтированного на оси колесной пары 4, и карданной муфты 2, соединяющей вал тягового двигателя 1 с валом редуктора.

В редукторе применяется косозубая передача. Применение косозубых передач по сравнению с прямозубыми имеет то преимущество, что в зацеплении находятся одновременно не менее двух зубьев, что уменьшает нагрузку на них; передача приобретает спокойный без ударов ход, снижается уровень стука. Профили рабочих поверхностей зубьев очерчены по эвольвенте, что упрощает изготовление шестерен путем нарезания их червячными фрезами.

1 4 2 3

Рис.14 . Тяговая передача.

Ведущая шестерня выполнена заодно с валом и соединена через карданную муфту с валом двигателя. Ведомое колесо напрессовано на удлиненную ступицу первого колесного центра.

3.2. Кинематический расчет двигателя вагона.

Кинематический расчет начинаем с определения общей массы поезда и проводим для двух режимов работы : стационарного (V=90 км/ч) и аварийного (V=10 км/ч). Согласно технической характеристике масса вагонов поезда будет составлять 70,04 т. Общая вместимость состава - 510 чел. Учитывая массу оборудования и людей общая масса состава равна М = 510*100+70040+6000 = 127040 кг.

КПД мотор-редуктора равно 0.9, тогда при движении к месту пожара со звеном ГДЗС необходимая мощность, развиваемая двигателем составит : N1 = P1*V1/102* = 760400*25/102*0,9 = 207081 Вт 210 кВт.

Согласно технической характеристике принимаем два стандартных двигателя.

Мощность в аварийном режиме работы при движении от места пожара, когда масса поезда равна 127040 кг :

N2 = P2*V2/102* = 1270400*2,8/102*0,9 = 38750 Вт 40 кВт.

В соответствии с требованиям предъявляемым к вагонам метрополитена определим усилия, развиваемые на колесе двигателя.

При стационарном режиме движения удельное сопротивление вагона равно : = 1,1+(0,09+0,022m)*V2/Q = 1,1+(0,09+0,022*2)*902/76,54 = 15,3 кгс/тс,

где - удельное сопротивление состава, кгс/тс;

m - число вагонов;

V - скорость движения, км/ч;

Q - расчетный вес поезда ,тc.

Необходимая сила тяги на ободе колеса равна : Fк = {102*(1+)*a+}*Q,

где а - заданное ускорение разгона, м/с2

1+ - коэффициент инерции вращающихся частей, ориентировочно принимают 1,1;

Fк = (102*1,1*1,3+15,3)*76,54 = 12335,2 Н.

Сила тяги, развиваемая одним двигателем :

Fкд = Fк /m = 12335,2/2 = 6167,6 Н.

Мощность развиваемая одним двигателем :

Nкд = Fкд *V/367 = 6167,6*90/367 = 1512,5

При аварийном режиме движения данные параметры будут иметь следующие значения :

= 1,1+(0,09+0,022m)*V2/Q = 1,1+(0,09+0,022*2)*102/127,04 = 1,2

Fк = {102*(1+)*a+}*Q = (102*1,1*1,3+1,2)*127,04 = 176,5 Н.,

Fкд = Fк /m = 176,5/2 = 88,25 Н.

Nкд = Fкд *V/367 = 88,25*10/367 = 2,4

ВЫВОД

В ходе разработки данного проекта была проанализирована информация инспекции ГПН на метрополитене, Минского городского управления при МЧС Республики Беларусь, теория и примеры тушения пожаров в подземных сооружениях метрополитена, требования Боевого устава пожарной службы, Строительных норм и правил, инструкций и другой нормативной документации.

На основе расчетов и сопоставлений доказано, что применение пожарного аварийно-спасательного поезда для проведения первоочередных аварийно-спасательных работ и тушения пожара в подземных сооружениях метрополитена необходимо и целесообразно. В результате применения данного поезда время прибытия пожарных подразделений к месту пожара сокращается на 46% и составит 12 минут, привлекаемое число сил и средств становится значительно меньшим (количество задействованного личного состава уменьшается на 41%), облегчается и упрощается работа по спасанию людей, локализации и ликвидации пожара. Номер вызова для привлечения сил и средств МЧС для тушения пожара в подземных сооружениях метрополитена уменьшается до четвертого.

Зычков Э.А. Исследование условий обеспечения безопасной эвакуации пассажиров при пожарах в перегонных тоннелях метрополитена//НИИПБ; Научное обеспечение пожарной безопасности №8, 1999

Иванов А.А, Иванова Л.В. Прикладная механика. Курсовое проектирование. М.- Высшая школа, 1979г.

Инструкция о порядке взаимодействия органов пожарной охраны МВД СССР и МПС СССР по организации пожарного надзора и тушению пожаров на объектах метрополитена.

Кашаева.А.Н. - М, Машиностроение, 1981г.

Кимстач И.Ф. и др. Пожараня тактика: Учеб.пособие для пожарно-техн. училищ и нач. состава пожарной охраны.- Стройиздат, 1984 г.

Конструкция, расчет и проектирование локомотивов. Под ред.

Кошмаров А.И. Термодинамика и теплопередача в пожарном деле. -

М., Высшая школа, 1982 г.

14. Краснов Ю.С. Справочник молодого рабочего по изготовлению и монтажу вентиляционных систем. -2-е изд. -М.:Высшая школа, 1989.

15. Организация проведения аварийно-спасательных работ и тушение пожара в метрополитене: Методическое пособие, Мн.- МГУ при ГУВПС МВД Беларуси, 1995г.

Повзик А.К. «Пожарная тактика»,М.-Строииздат, 1984г.

Приказ №140 ГУВПС «Об утверждении БУПС».

Приказ №182 «Об утверждении Наставления по газодымозащитной службе» от 1.12.1996 г.

СНиП 2.01.02-85*. Противопожарные нормы.

СНиП II-40-80 «Метрополитены».

Титков В. Эхо бакинской трагедии.. Пожарное дело, 1996. №2

Шишканов М.М, Воробьев В.К, Тумарович Ю.Г. « Основы пожарно-тактической подготовки»-Мн., ВПТУ, 1996г.

Приложение

ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА . /ст."Парк Челюскинцев"/

Станция метро "Парк Челюскинцев" - мелкого заложения, закрытого типа, общая длина - 300 м, расстояние до ближайших станций: "Московская" - 1023 м,"Академия наук" - 1001 м.

В комплекс станции метрополитена входят:

1. Два подземных помещения со служебными вестибюлями.

2. Станционные туннели и пассажирская платформа.

3. Подплатформенные кабельные коллекторы, водоотливные установки.

4. Стационарная вентшахта.

5. Тяговопонизительная подстанция со вспомогательными помещениями.

6. Пешеходные лестницы для входа и выхода с платформы.

Все конструкции помещений на станции выполнены из несгораемых материалов (бетон, железобетон) полы в служебных помещениях выполнены из трудносгораемых материалов (деревянные конструкции пропитаны огнезащитным составом, линолеум - самозатухающий). Входы на станцию осуществляются непосредственно из пешеходных переходов в вестибюли.

Максимальный пассажирский поток в часы "пик" составляет:

- посадка - 470 человек

- высадка - 620 человек

Питание тяговой сети производится постоянным током с напряжением 825 В. Все помещения для пассажиров и обслуживающего персонала на станции обеспечены аварийным освещением, которое включается автоматически при отключении рабочей электросети.

Все служебно-бытовые, подплатформенные помещения и кабельные коллекторы оборудованы автоматической пожарной сигнализацией, в коридорах установлены кнопочные извещатели. Приемная станция установлена в комнате дежурного по станции.

Для координации работы всех объектов и служб метрополитена на станции предусмотрена следующая связь:

- АТС метрополитена, связанная с городской телефонной сетью;

- поездная радиосвязь;

- местная радиосвязь внутри объектов метрополитена;

- туннельная телефонная связь;

Для перевозки пассажиров на линии используются 4-х вагонные составы, вместимостью 170 чел/ваг. Максимальная парность в часы "пик" движения - 24 пары/час, интервал движения по линии - 2.5 минуты.

 Водоснабжение . 

На станции имеется внутренний противопожарный водопровод. Ввод осуществляется от городского водопровода диаметром 100 мм. Водопроводная сеть станции объединена трубопроводами, проложенными в туннелях, с ближайшими станциями "Московская" и "Академия наук". На станции имеется 12 пожарных кранов диаметром 50 мм, которые оборудованы головками

"Богданова", рукавами длиной 20 м (в торцах платформы 4 ПК = 40 м), стволами. Из них:

в вестибюле N 1 - 4 шт.с давлением 2 кгс/см2 

- в вестибюле N 2 - 4 шт.с давлением 2 кгс/см2 

- на платформе - 4 шт.с давлением 2 кгс/см2 

В ящиках пожарных кранов установлены кнопки дистанционного включения электрозадвижек, расположенных на трубопроводе ввода.

Пожарные краны диаметром 50 мм установлены по одной стороне тоннелей через каждые 90 м на водопроводе диаметром 89 мм. Пожарные краны оборудованы соединительными головками "Богдонова" без рукавов и стволов.

По оси симметрии платформы через каждые 30 м установлены пожарно-поливочные краны диаметром 50 мм в люках типа "метро". Пожарные краны оборудованы только соединительными головками "Богданова".

Наружное противопожарное водоснабжение обеспечивается от городских гидрантов.

Наружное противопожарное водоснабжение обеспечивается:

со стороны входов N 1,2: двумя пожарными гидрантами, расположенной на городской кольцевой водопроводной сети диаметром 300 мм по проспекту Ф.Скарыны (расстояние 20 и 170 м) и одним пожарным гидрантом по ул.Толбухина (расстояние 150 м).

со стороны входа N 3: одним пожарным гидрантом, расположенным на городской кольцевой водопроводной сети диаметром 300 мм по проспекту Ф.Скарыны (расстояние 60 м).

Страницы: 1, 2, 3