Встановлення залежності показника міцності композитного матеріалу напірних пожежних рукавів від характеру одиночних пошкоджень

Experimental studies are presented and the dependence of the change in the strength of the material of a pressure head fire hose of type T with an inner diameter of 77 mm in the longitudinal direction is established, taking into account single damages. The work describes the plan of the experiment and carried out a number of field experiments to determine the effect of the length ld and the depth K damage on the strength F of the hose material, that is, obtaining the dependence F=f (ld, K). A mathematical method of experiment planning was used and a plan was drawn up for a complete multivariate experiment of type 2k with an acceptable model accuracy of 5 %. The limits of variation of the factors are set taking into account a priori information, experimental capabilities and on the basis of the results of preliminary search experiments. The dependence in the coded and natural values of the factors is obtained. The reliability of the relationship was checked using the Fisher test, the calculated value of which was 5.98, which confirms the adequacy of the described process with a probability of 95 %. Analyzing experimental studies of the dependence of the change in the strength of the hose material on the length and depth of damage, it can be said that the change in the strength of the hose almost linearly depends on the specified damage parameters. It is found that with increasing damage, the strength of the hose material significantly decreases. When varying the length factor and the greatest depth of damage, K=0.4 mm, the strength of the hose material decreases from 11.67 kN to 8.77 kN, and in percentage terms by 25 %. The results obtained can be used in practical units of emergency rescue teams, when diagnosing hidden damage in pressure head fire hoses in order to prevent their failure in case of firesПредставлены экспериментальные исследования и установлена зависимость изменения прочности материала напорного пожарного рукава типа Т с внутренним диаметром 77 мм в продольном направлении с учетом одиночных повреждений. В работе описан план проведения эксперимента и проведен ряд натурных экспериментов с целью определения влияния длины lд и глубины К повреждение на прочность F материала рукава, то есть получение зависимости F=f (lд, K). Использован математический метод планирования эксперимента и составлен план полного многофакторного эксперимента типа 2k с допустимой точностью модели 5 %. Пределы варьирования факторов устанавливаются с учетом априорной информации, экспериментальных возможностей и на основе результатов предварительных поисковых экспериментов. Получена зависимость в кодированных и натурных значениях факторов. Достоверность зависимости было проверено с помощью критерия Фишера, расчетное значение которого составляло 5,98, что подтверждает адекватность описанного процесса с вероятностью в 95 %. Анализируя экспериментальные исследования зависимости изменения прочности материала рукава от длины и глубины повреждения, можно сказать, что изменение прочности рукава почти линейно зависит от указанных параметров повреждения. Установлено, что при увеличении повреждения существенно уменьшается прочность материала рукава. При варьировании фактора длины и наибольшей глубине повреждения, К=0.4 мм, происходит уменьшение прочности материала рукава от 11.67 кН до 8.77 кН, а в процентном отношении на 25 %. Полученные результаты можно использовать в практических подразделениях аварийно-спасательных формирований, при диагностировании скрытых повреждений в напорных пожарных рукавах с целью предотвращения их выхода из строя на пожарах.Представлені експериментальні дослідження та встановлено залежність зміни міцності матеріалу напірного пожежного рукава типу «Т» з внутрішнім діаметром 77 мм у поздовжньому напрямку з урахуванням одиночних пошкоджень. Описано план проведення експерименту та було проведено низку натурних експериментів з метою визначення впливу довжини lд та глибини К пошкодження на міцність F матеріалу рукава, тобто одержання залежності F=f (lд, K). Використано математичний метод планування експерименту та складено план повного багатофакторного експерименту типу 2k з допустимою точністю моделі 5 %. Межі варіювання факторів встановлюються з урахуванням апріорної інформації, експериментальних можливостей і на основі результатів попередніх пошукових експериментів. Отримано залежність в кодованих та натурних значеннях факторів. Достовірність залежності було перевірено за допомогою критерію Фішера розрахункове значення якого становило 5,98, що підтверджує адекватність описаного процесу з вірогідністю в 95 %. Аналізуючи експериментальні дослідження залежності зміни міцності матеріалу рукава від довжини та глибини пошкодження можна сказати, що зміна міцність матеріалу рукава майже лінійно залежить від зазначених параметрів пошкодження. Встановлено, що при збільшені пошкодження суттєво зменшується міцність матеріалу рукава. При варіюванні фактору довжини та найбільшій глибині пошкодження К=0.4 мм відбувається зменшення міцності матеріалу рукава від 11.67 кН до 8.77 кН, а в процентному відношенні на 25 %. Отримані результати можливо використовувати в практичних підрозділах аварійно-рятувальних формувань при діагностуванні прихованих пошкоджень у напірних пожежних рукавах з метою запобігання виходу їх з ладу на пожежах

Розробка математичної моделі газодинамічного сепарування для проектування енергозберігаючих вихрових сепараторів

We developed a mathematical model of the separation process of heterogeneous polydisperse mixtures in the proposed energy saving vortex separators, which is represented by a system of differential equations linking parameters of the process control to the geometric dimensions of device. We showed the possibility to solve a mathematical model based on the grid method for the determination of initial parameters and control parameters of the separation process, as well as for determination of coordinates of components with different shapes, densities, aerodynamic and gas dynamic properties. This will significantly reduce time for calculations of gas-dynamic vortex separators of any mixtures. We proved the reliability of the calculation based on the grid method by comparing it with the results of the experiment. This makes it possible to calculate and design vortex separators without expensive calibrating sieves and energy-intensive vibration equipment. We established the region of a change in the generally accepted coefficients of efficiency and precision of the separation of a flour mixture, which determine the presence of harmful components in a resulting product and the content of high quality components in waste, which should not exceed 2 %.We detected boundary values of the coefficients of efficiency hе=88 % and precision hs=0.9 of mixtures of flour of the highest grade, the first grade, and the second grade, which could be used as the initial data in the design of vortex separators. We proved the possibility to control the separation process by changes in gas-dynamic parameters of a heterogeneous mixture at the inlet to a separator. This will make it possible to change the velocity of redistribution of components of a mixture and to obtain necessary indicators of a resulting product with a predetermined degree of purity. The research results proved the possibility for implementing vortex separators into industrial production. This will significantly reduce the cost of preparation of raw materials in grain processing, coal, and other fields, as well as in the production of dolomite, construction materials, etc. Using the vortex gas-dynamic separators in technological processes would improve production environment and reduce the cost of maintenance and repair, since they operate in a closed cycle and do not contain expensive calibrating sieves and electric drives.Разработана математическая модель процесса сепарирования гетерогенных полидисперсных смесей в предложенных энергосберегающих вихревых сепараторах, которая представлена системой дифференциальных уравнений, связывающих параметры регулирования процессом с геометрическими размерами аппарата. Показана возможность решения математической модели на основе метода сеток для определения начальных параметров и параметров управления процессом сепарирования, а также для определения координат компонент с разными формами, плотностям, аэродинамическими и газодинамическими свойствами. Это позволит значительно сократить время на расчеты газодинамических вихревых сепараторов любых смесей. Доказана достоверность расчета на основе метода сеток путем сопоставления его с результатами эксперимента. Это позволяет рассчитывать и проектировать вихревые сепараторы без дорогих калибровочных сит и энергоемкого вибрационного оборудования. Установлена область изменения общепринятых коэффициентов эффективности и четкости сепарирования смеси муки, определяющие наличие вредных компонент в конечном продукте и содержание качественных компонент в отходах, которые не должны превышать 2 %. Определены граничные значения коэффициентов эффективностиhе=88 % и четкости hч=0,9 смеси муки высшего, первого и второго сортов, которые могут приниматься как исходные данные при проектировании вихревых сепараторов. Доказана возможность управления процессом сепарирования путем изменения газодинамических параметров гетерогенной смеси на входе в сепаратор. Это позволит изменять скорости перераспределения компонент смеси и получить необходимые показатели конечного продукта с наперед заданной степенью чистоты. Результаты исследований доказывают возможность внедрения вихревых сепараторов в промышленное производство. Это позволит значительно снизить затраты на подготовку сырья в зерноперерабатывающей, угольной и других областях, а также при производстве доломита, строительных материалов и т.д. Применение вихревых газодинамических сепараторов в технологических процессах позволит улучшить экологию производства и снизить затраты на обслуживание и ремонт, так как работают по замкнутому циклу и не содержат дорогих калибровочных сит и электроприводовРозроблено математичну модель процесу сепарування гетерогенних полідисперсних сумішей у запропонованих енергозберігаючих вихрових сепараторах, яка представлена системою диференціальних рівнянь, що зв’язує параметри регулювання процесом із геометричними розмірами апарату. Показано можливість розв’язання математичної моделі на основі методу сіток для визначення вихідних параметрів і параметрів управління процесом сепарування, а також для визначення координат компонент з різними формами, щільностями, аеродинамічними та газодинамічними властивостями. Це зменшить час на розрахунки газодинамічних вихрових сепараторів буд-яких сумішей. Доведено достовірність розрахунку на основі методу сіток за допомогою зіставлення його з результатами експерименту. Це дозволяє розраховувати і проектувати вихрові сепаратори без дорогих калібрувальних сит і енергоємного вібраційного обладнання. Встановлено область зміни загальноприйнятих у зерноперероблювальній промисловості коефіцієнтів ефективності і чіткості сепарування суміші борошна, які вказують на наявність невідсепарованих шкідливих компонент у вихідному продукту та вміст якісних компонент у відходах, що не повинні перевищувати 2 %. Визначено граничні значення коефіцієнтів ефективності hе=88 % і чіткості hч =0,9 суміші борошна вищого, першого і другого сортів, які можуть прийматися вихідними при проектуванні вихрових сепараторів. Доведено можливість управління процесом сепарування внаслідок зміни газодинамічних параметрів гетерогенної суміші на вході у сепаратор. Це дозволить змінювати швидкості перерозподілу компонент суміші і отримати необхідні показники по вихідному продукту з наперед заданим ступенем чистоти. Результати досліджень доводять можливість втілення вихрових сепараторів у промислове виробництво, що значно зменшить затрати на підготовку сировини у зерноперероблювальній, вугільній та ін. галузях, а також при виробництві доломіту, будівельних матеріалів, тощо. Застосування вихрових газодинамічних сепараторів у технологічних процесах дозволить покращити екологію виробництва і знизити експлуатаційні витрати на обслуговування і ремонт, тому що працюють за замкнутім циклом і не мають багатокоштовних калібрувальних сит і електроприводі

Constructing a Mathematical Model of the Gas-dynamic Separation for Designing Energy-saving Vortex Separators

We developed a mathematical model of the separation process of heterogeneous polydisperse mixtures in the proposed energy saving vortex separators, which is represented by a system of differential equations linking parameters of the process control to the geometric dimensions of device. We showed the possibility to solve a mathematical model based on the grid method for the determination of initial parameters and control parameters of the separation process, as well as for determination of coordinates of components with different shapes, densities, aerodynamic and gas dynamic properties. This will significantly reduce time for calculations of gas-dynamic vortex separators of any mixtures. We proved the reliability of the calculation based on the grid method by comparing it with the results of the experiment. This makes it possible to calculate and design vortex separators without expensive calibrating sieves and energy-intensive vibration equipment. We established the region of a change in the generally accepted coefficients of efficiency and precision of the separation of a flour mixture, which determine the presence of harmful components in a resulting product and the content of high quality components in waste, which should not exceed 2 %.We detected boundary values of the coefficients of efficiency hе=88 % and precision hs=0.9 of mixtures of flour of the highest grade, the first grade, and the second grade, which could be used as the initial data in the design of vortex separators. We proved the possibility to control the separation process by changes in gas-dynamic parameters of a heterogeneous mixture at the inlet to a separator. This will make it possible to change the velocity of redistribution of components of a mixture and to obtain necessary indicators of a resulting product with a predetermined degree of purity. The research results proved the possibility for implementing vortex separators into industrial production. This will significantly reduce the cost of preparation of raw materials in grain processing, coal, and other fields, as well as in the production of dolomite, construction materials, etc. Using the vortex gas-dynamic separators in technological processes would improve production environment and reduce the cost of maintenance and repair, since they operate in a closed cycle and do not contain expensive calibrating sieves and electric drives

Establishment of the Dependence of the Strength Indicator of the Composite Material of Pressure Hoses on the Character of Single Damages

Experimental studies are presented and the dependence of the change in the strength of the material of a pressure head fire hose of type T with an inner diameter of 77 mm in the longitudinal direction is established, taking into account single damages. The work describes the plan of the experiment and carried out a number of field experiments to determine the effect of the length ld and the depth K damage on the strength F of the hose material, that is, obtaining the dependence F=f (ld, K). A mathematical method of experiment planning was used and a plan was drawn up for a complete multivariate experiment of type 2k with an acceptable model accuracy of 5 %. The limits of variation of the factors are set taking into account a priori information, experimental capabilities and on the basis of the results of preliminary search experiments. The dependence in the coded and natural values of the factors is obtained. The reliability of the relationship was checked using the Fisher test, the calculated value of which was 5.98, which confirms the adequacy of the described process with a probability of 95 %. Analyzing experimental studies of the dependence of the change in the strength of the hose material on the length and depth of damage, it can be said that the change in the strength of the hose almost linearly depends on the specified damage parameters. It is found that with increasing damage, the strength of the hose material significantly decreases. When varying the length factor and the greatest depth of damage, K=0.4 mm, the strength of the hose material decreases from 11.67 kN to 8.77 kN, and in percentage terms by 25 %. The results obtained can be used in practical units of emergency rescue teams, when diagnosing hidden damage in pressure head fire hoses in order to prevent their failure in case of fire