Цели:
Разработка прототипа энергонезависимого коллективного средства спасения людей (ЭКСС) для высотных зданий в случае возникновения чрезвычайных ситуаций.
Описание проблемы:
В последнее время в крупных городах России разворачивается активное строительство высотных зданий, для которых характерно быстрое развитие пожара по вертикали и интенсивное задымление верхних этажей, большая сложность обеспечения эвакуации и спасательных работ. При пожаре есть вероятность выхода из строя лифтового оборудования. В случаях, когда пламенем и дымом заблокированы аварийные выходы, пожарная лестница остается единственным шансом на спасение. Тем не менее только у МЧС Москвы имеются всего два коленчато-телескопических автогидроподъёмника «Bronto Skylift F90 HLA» работающих на максимальной высоте до 90 м (25-27 этажей) и один – «Bronto Skylift F101 HLA» работающий на высоте 101 м. Люди, находящиеся на этажах выше, попросту становятся заложниками безвыходной ситуации.
Существующие канатно-спускные устройства: «Спайдер», «Самоспас», «IC-301», «Моноспас», «Барс» в первую очередь ограничены высотой применения и требуется время для приезда спасателей и монтажа лестниц. Системы крайне неустойчивы, а спуск осложняется сильным качанием. Рукавно-спускные устройства: «EUROACE – R», «EUROACE S-1» также ограничены высотой применения, требуют квалифицированной подготовки для использования и периодической замены по срокам хранения тканных материалов. Аэродинамические устройства спуска (парашют типа «Evacuator», либо надувной «Спасатель» КБ им. Лавочкина) не только требуют психологической готовности к прыжку, но и не гарантируют успешного приземления в городских условиях.
Таким образом выше перечисленные устройства не только сложны в использовании, но и работают исключительно в одном направлении – на спуск. Из чего следует, что в настоящее время все еще нет реализованных средств экстренной, самостоятельной и психологически комфортной эвакуации группы неподготовленных лиц из помещений, распложенных на высотных этажах многоэтажных зданий.
Обоснование актуальности
Актуальность проекта обусловлена тем, что число высотных зданий в Российской Федерации постоянно увеличивается. В 2019 году количество зданий от 20 этажей и выше только в Москве превысило отметку 1300. В городе Санкт-Петербурге их насчитывается около 770, в Екатеринбурге 253, а в Новосибирске 144. Количество пожаров в высотных зданиях происходит в год до 20 случаев, а в зданиях этажностью от 17 до 25 этажей более 1000 пожаров.
Несмотря на то, что анализ статистики пожаров в зданиях различной этажности показывает, что на здания выше 17 этажей в среднем приходится не более 1 % всех пожаров. Тем не менее, доля погибших в расчете на один пожар в зданиях более 25 этажей в 3 – 4 раза выше по сравнению со зданиями высотой 9 – 16 этажей. Причиной тому является трудность в проведение спасательных работ и отсутствие эффективных средств спасения людей из высотных зданий.
Новизна и научно-технический уровень
ЭКСС представляет собой две кабины, снабженные инновационными магнитными системами, взаимодействующими с электропроводной шиной, распложенной в вынесенной за пределы здания и защищенной от огня шахте. При движении заполненной людьми кабины под действием силы тяжести в шине возникают индукционные вихревые токи (токи Фуко), взаимодействие которых с полем магнитной системы создает силу торможения. Такая кабина может опускать до 25 человек со скоростью 100 м/мин (скорость задается конструктивом системы спасения и может быть изменена). При этом вторая (пустая) кабина, находившаяся внизу, будучи связанной с первой поднимается наверх. Меняя конфигурацию магнитных систем, геометрию и материал шин можно добиться необходимого режима спуска, обеспечивающего и достаточно высокую скорость, и комфортные условия спуска с перегрузками не более 2 ÷ 3 g. Увеличивая или уменьшая количество магнитных систем, можно изменять грузоподъемность кабин.
Одним из основных преимуществ ЭКСС является стабильность эксплуатационных характеристик и независимость усилия торможения от внешних источников энергии. При эксплуатации систем необходимо обслуживать только основные движущиеся механические части, к которым относятся вращающиеся блоки и тросы связывающие кабины. По истечению срока эксплуатации или в случае поломки они легко подлежат замене. Системы могут быть установлены на любых высотных зданиях.
Задачи и возможные пути их решения
1. разработка концепции ЭКСС, подбор материалов постоянных магнитов, материала и геометрии шин, число магнитных блоков в системе, разработка методики расчета полей магнитной системы и конфигурации всей шины.
2. Расчет полей магнитной системы макета ЭКСС.
1) подробный принцип действия устройства, вывод формулы силы торможения;
2) метод определения сопротивлений электрических и магнитных цепей в сплошных средах;
2) определение эффективной длины активных частей и сопротивлений контуров с токами Фуко;
3) определение параметров, влияющих на степень развития токов Фуко;
4) определение магнитной индукции в рабочих зазорах магнитной системы;
5) оценка силы торможения при использовании слоеных шин с ферромагнитными прокладками.
3. Разработка ЭКД на макет ЭКСС.
4. Изготовление макета.
5. Разработка программы и методик испытания макета
6. Разработка проекта технического задания на проведение ОТР по теме «Разработка прототипа энергонезависимого коллективного средства спасения людей при пожарах из высотных зданий» эскизно конструкторской документации.
Ожидаемые результаты
- разработанная методика расчета магнитных полей магнитной системы и конфигурации всей шины для ЭКД ЭКСС с максимальной грузоподъемностью 10 кг, высотой спуска 1 метр;
- разработанная ЭКД ЭКСС с максимальной грузоподъемностью 10 кг, высотой спуска 1 метр;
- макет ЭКСС с максимальной грузоподъемностью 10 кг, высотой спуска 1 метр;
- разработанные программа и методики испытаний макета ЭКСС с максимальной грузоподъемностью 10 кг, высотой спуска 1 метр;
- разработанная методика расчета магнитных полей магнитной системы и конфигурации всей шины для ЭКД ЭКСС с максимальной грузоподъемностью 100 кг, высотой спуска 10 метр;
- разработанная ЭКД ЭКСС с максимальной грузоподъемностью 100 кг, высотой спуска 10 метров;
- макет ЭКСС с максимальной грузоподъемностью 100 кг, высотой спуска 10 метров;
- разработанные программа и методики испытаний макета ЭКСС с максимальной грузоподъемностью 10 кг, высотой спуска 1 метр;
- разработанный проект технического задания на проведение ОТР по теме «Разработка прототипа энергонезависимого коллективного средства спасения людей при пожарах из высотных зданий».
