ГОСТ 12.1.004-91. Приложение 3, п. 5.1

Приложение 3, п. 5.1

5.1. Пожароопасные параметры тепловых источников

Приложение 3, п. 5.1.1

5.1.1. Разряд атмосферного электричества

Приложение 3, п. 5.1.1.1

5.1.1.1. Прямой удар молнии

Опасность прямого удара молнии заключается в контакте горючей среды с каналом молнии, температура в котором достигает 30000 °С при силе тока 200000 А и времени действия около 100 мкс. От прямого удара молнии воспламеняются все горючие среды.

Приложение 3, п. 5.1.1.2

5.1.1.2. Вторичное воздействие молнии

Опасность вторичного воздействия молнии заключается в искровых разрядах, возникающих в результате индукционного и электромагнитного воздействия атмосферного электричества на производственное оборудование, трубопроводы и строительные конструкции. Энергия искрового разряда превышает 250 мДж и достаточна для воспламенения горючих веществ с минимальной энергией зажигания до 0,25 Дж.

Приложение 3, п. 5.1.1.3

5.1.1.3. Занос высокого потенциала

Занос высокого потенциала в здание происходит по металлическим коммуникациям не только при их прямом поражении молнией, но и при расположении коммуникаций в непосредственной близости от молниеотвода. При соблюдении безопасных расстояний между молниеотводами и коммуникациями энергия возможных искровых разрядов достигает значений 100 Дж и более, то есть достаточна для воспламенения всех горючих веществ.

Приложение 3, п. 5.1.2

5.1.2. Электрическая искра (дуга)

Приложение 3, п. 5.1.2.1

5.1.2.1. Термическое действие токов короткого замыкания

Температуру проводника (tпр), °C, нагреваемого током короткого замыкания, вычисляют по формуле

tпр = tн + Iк.з^2·R·τк.з/(Cпр·mпр), (72)

где tн - начальная температура проводника, °С;

Iк.з - ток короткого замыкания, А;

R - сопротивление проводника, Ом;

τк.з - время короткого замыкания, с;

Спр - теплоемкость проводника, Дж·кг-1·К-1;

тпр - масса проводника, кг.

Воспламеняемость кабеля и проводника с изоляцией зависит от значения кратности тока короткого замыкания Iк.з, т.е. от значения отношения Iк.з к длительно допустимому току кабеля или провода. Если эта кратность больше 2,5, но меньше 18 для кабеля и 21 для провода, то происходит воспламенение поливинилхлоридной изоляции.

Формула (72)

tпр = tн + Iк.з^2·R·τк.з/(Cпр·mпр), (72)

где tн - начальная температура проводника, °С;

Iк.з - ток короткого замыкания, А;

R - сопротивление проводника, Ом;

τк.з - время короткого замыкания, с;

Спр - теплоемкость проводника, Дж·кг-1·К-1;

тпр - масса проводника, кг.

t_пр = t_н + I_к.з²·R·τ_к.з/(C_пр·m_пр) (72)

где tн - начальная температура проводника, °С;

Iк.з - ток короткого замыкания, А;

R - сопротивление проводника, Ом;

τк.з - время короткого замыкания, с;

Спр - теплоемкость проводника, Дж·кг-1·К-1;

тпр - масса проводника, кг.

Приложение 3, п. 5.1.2.2

5.1.2.2. Электрические искры (капли металла)

Электрические искры (капли металла) образуются при коротком замыкании электропроводки, электросварке и при плавлении электродов электрических ламп накаливания общего назначения. Размер капель металла при этом достигает 3 мм (при потолочной сварке - 4 мм). При коротком замыкании и электросварке частицы вылетают во всех направлениях, и их скорость не превышает 10 и 4 м·с-1 соответственно. Температура капель зависит от вида металла и равна температуре плавления. Температура капель алюминия при коротком замыкании достигает 2500 °С, температура сварочных частиц и никелевых частиц ламп накаливания достигает 2100 °С. Размер капель при резке металла достигает 15 - 26 мм, скорость - 1 м·с-1, температура 1500 °С. Температура дуги при сварке и резке достигает 4000 °С, поэтому дуга является источником зажигания всех горючих веществ.

Зона разлета частиц при коротком замыкании зависит от высоты расположения провода, начальной скорости полета частиц, угла вылета и носит вероятностный характер. При высоте расположения провода 10 м вероятность попадания частиц на расстояние 9 м составляет 0,06, 7 м - 0,45 и 5 м - 0,92, при высоте расположения 3 м вероятность попадания частиц на расстояние 8 м составляет 0,01, 6 м - 0,29 и 4 м - 0,96, а при высоте 1 м вероятность разлета частиц на 6 м - 0,06, 5 м - 0,24, 4 м - 0,66 и 3 м - 0,99.

Количество теплоты, которое капля металла способна отдать горючей среде при остывании до температуры ее самовоспламенения, рассчитывают следующим способом.

Среднюю скорость полета капли металла при свободном падении (ωк), м·с-1, вычисляют по формуле

ωв = 0,5·√(2·g·H), (73)

где g = 9,81 м·с-1 - ускорение свободного падения;

Н - высота падения, м.

Объем капли металла (Vк), м3, вычисляют по формуле

Vк = π·dк^3/6 = 0,524·dк^3, (74)

где dк - диаметр капли, м.

Массу капли (тк), кг, вычисляют по формуле

mк = Vкρк, (75)

где ρ - плотность металла, кг·м-3.

В зависимости от продолжительности полета капли возможны три ее состояния: жидкое, кристаллизации, твердое.

Время полета капли в расплавленном (жидком) состоянии (τр), с, рассчитывают по формуле

τр = Cр·mк/(α·Sк)·ln((Tн − T0)/(Tпл − T0)), (76)

где Ср - удельная теплоемкость расплава металла, Дж·кг-1·К-1;

тк - масса капли, кг;

Sк = 0,785dк2 - площадь поверхности капли, м2;

Тн, Тпл - температура капли в начале полета и температура плавления металла соответственно, К;

Т0 - температура окружающей среды (воздуха), К;

α - коэффициент теплоотдачи, Вт, м-2·К-1.

Коэффициент теплоотдачи определяют в следующей последовательности:

а) вычисляют число Рейнольдса по формуле

Rе = ωк·dк/υ, (77)

где dк - диаметр капли м;

v = 15,1 · 10-6 - коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре 20 °С, м-2·с-1;

б) вычисляют критерий Нуссельта по формуле

Nu = 0,62Rе0,5; (78)

в) вычисляют коэффициент теплоотдачи по формуле

α = Nu·λв/dк, (79)

где λв = 22·10-3 - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт·м-1·К-1.

Если τ ≤ τр, то конечную температуру капли определяют по формуле

Tкон = T0 + (Tн − T0)·exp(−α·Sк/(Cр·mк)·τ). (80)

Время полета капли, в течение которого происходит ее кристаллизация, определяют по формуле

τкр = mк·Cкр/(α·Sк·(Tпл − T0)), (81)

где Скр - удельная теплота кристаллизации металла, Дж·кг-1.

Если τр < τ ≤ (τр + τкр), то конечную температуру капли определяют по формуле

Tкон = Tпл. (82)

Если τ > (τр + τкр), то конечную температуру капли в твердом состоянии определяют по формуле

Tкон = T0 + (Tпл − T0)·exp{−α·Sк/(Cк·mк)·[τ − (τр + τкр)]}, (83)

где Ск - удельная теплоемкость металла, Дж·кг-1·К-1.

Количество тепла (W), Дж, отдаваемое каплей металла твердому или жидкому горючему материалу, на который она попала, вычисляют по формуле

W = Vк · ρк · Ск · (Ткон - Тсв) · К, (84)

где Тсв - температура самовоспламенения горючего материала, К;

К - коэффициент, равный отношению тепла, отданного горючему веществу, к энергии, запасенной в капле.

Если отсутствует возможность определения коэффициента К, то принимают К = 1.

Более строгое определение конечной температуры капли может быть проведено при учете зависимости коэффициента теплоотдачи от температуры.

Формула (73)

ωв = 0,5·√(2·g·H), (73)

где g = 9,81 м·с-1 - ускорение свободного падения;

Н - высота падения, м.

ω_в = 0,5·√(2·g·H) (73)

где g = 9,81 м·с-1 - ускорение свободного падения;

Н - высота падения, м.

Формула (74)

Vк = π·dк^3/6 = 0,524·dк^3, (74)

где dк - диаметр капли, м.

V_к = π·d_к³/6 = 0,524·d_к³ (74)

где dк - диаметр капли, м.

Формула (75)

mк = Vкρк, (75)

где ρ - плотность металла, кг·м-3.

mк = Vкρк (75)

где ρ - плотность металла, кг·м-3.

Формула (76)

τр = Cр·mк/(α·Sк)·ln((Tн − T0)/(Tпл − T0)), (76)

где Ср - удельная теплоемкость расплава металла, Дж·кг-1·К-1;

тк - масса капли, кг;

Sк = 0,785dк2 - площадь поверхности капли, м2;

Тн, Тпл - температура капли в начале полета и температура плавления металла соответственно, К;

Т0 - температура окружающей среды (воздуха), К;

α - коэффициент теплоотдачи, Вт, м-2·К-1.

τ_р = C_р·m_к/(α·S_к)·ln((T_н − T₀)/(T_пл − T₀)) (76)

где Ср - удельная теплоемкость расплава металла, Дж·кг-1·К-1;

тк - масса капли, кг;

Sк = 0,785dк2 - площадь поверхности капли, м2;

Тн, Тпл - температура капли в начале полета и температура плавления металла соответственно, К;

Т0 - температура окружающей среды (воздуха), К;

α - коэффициент теплоотдачи, Вт, м-2·К-1.

Формула (77)

Rе = ωк·dк/υ, (77)

где dк - диаметр капли м;

v = 15,1 · 10-6 - коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре 20 °С, м-2·с-1;

R_е = ω_к·d_к/υ (77)

где dк - диаметр капли м;

v = 15,1 · 10-6 - коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре 20 °С, м-2·с-1;

Формула (78)

Nu = 0,62Rе0,5; (78)

Nu = 0,62Rе0,5 (78)

Формула (79)

α = Nu·λв/dк, (79)

где λв = 22·10-3 - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт·м-1·К-1.

α = Nu·λ_в/d_к (79)

где λв = 22·10-3 - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт·м-1·К-1.

Формула (80)

Tкон = T0 + (Tн − T0)·exp(−α·Sк/(Cр·mк)·τ). (80)

T_кон = T₀ + (T_н − T₀)·exp(−α·S_к/(C_р·m_к)·τ) (80)

Формула (81)

τкр = mк·Cкр/(α·Sк·(Tпл − T0)), (81)

где Скр - удельная теплота кристаллизации металла, Дж·кг-1.

τ_кр = m_к·C_кр/(α·S_к·(T_пл − T₀)) (81)

где Скр - удельная теплота кристаллизации металла, Дж·кг-1.

Формула (82)

Tкон = Tпл. (82)

T_кон = T_пл (82)

Формула (83)

Tкон = T0 + (Tпл − T0)·exp{−α·Sк/(Cк·mк)·[τ − (τр + τкр)]}, (83)

где Ск - удельная теплоемкость металла, Дж·кг-1·К-1.

T_кон = T₀ + (T_пл − T₀)·exp{−α·S_к/(C_к·m_к)·[τ − (τ_р + τ_кр)]} (83)

где Ск - удельная теплоемкость металла, Дж·кг-1·К-1.

Формула (84)

W = Vк · ρк · Ск · (Ткон - Тсв) · К, (84)

где Тсв - температура самовоспламенения горючего материала, К;

К - коэффициент, равный отношению тепла, отданного горючему веществу, к энергии, запасенной в капле.

W = Vк · ρк · Ск · (Ткон - Тсв) · К (84)

где Тсв - температура самовоспламенения горючего материала, К;

К - коэффициент, равный отношению тепла, отданного горючему веществу, к энергии, запасенной в капле.

Приложение 3, п. 5.1.2.3

5.1.2.3. Электрические лампы накаливания общего назначения

Пожарная опасность светильников обусловлена возможностью контакта горючей среды с колбой электрической лампы накаливания, нагретой выше температуры самовоспламенения горючей среды. Температура нагрева колбы электрической лампочки зависит от мощности лампы, ее размеров и расположения в пространстве. Зависимость максимальной температуры на колбе горизонтально расположенной лампы от ее мощности и времени приведена на черт. 3.

Приложение 3, п. 5.1.2.4

5.1.2.4. Искры статического электричества

Энергию искры (Wи), Дж, способной возникнуть под действием напряжения между пластиной и каким-либо заземленным предметом, вычисляют по запасенной конденсатором энергии из формулы

Wи = 0,5CU2, (85)

где С - емкость конденсатора, Ф;

U - напряжение, В.

Разность потенциалов между заряженным телом и землей измеряют электрометрами в реальных условиях производства.

Если Wи ≥ 0,4Wм.э.з (Wм.э.з - минимальная энергия зажигания среды), то искру статического электричества рассматривают как источник зажигания.

Реальную опасность представляет «контактная» электризация людей, работающих с движущимися диэлектрическими материалами. При соприкосновении человека с заземленным предметом возникают искры с энергией от 2,5 до 7,5 мДж. Зависимость энергии электрического разряда с тела человека и от потенциала зарядов статического электричества показана на черт. 4.

Черт. 3

Черт. 4

Формула (85)

Wи = 0,5CU2, (85)

где С - емкость конденсатора, Ф;

U - напряжение, В.

Wи = 0,5CU2 (85)

где С - емкость конденсатора, Ф;

U - напряжение, В.

Приложение 3, п. 5.1.3

5.1.3. Механические (фрикционные) искры (искры от удара и трения)

Размеры искр удара и трения, которые представляют собой раскаленную до свечения частичку металла или камня, обычно не превышают 0,5 мм, а их температура находится в пределах температуры плавления металла. Температура искр, образующихся при соударении металлов, способных вступать в химическое взаимодействие друг с другом с выделением значительного количества тепла, может превышать температуру плавления, и поэтому ее определяют экспериментально или расчетом.

Количество теплоты, отдаваемое искрой при охлаждении от начальной температуры tн до температуры самовоспламенения горючей среды tсв, вычисляют по формуле (84), а время остывания τ - следующим образом.

Отношение температур (Θп) вычисляют по формуле

Θп = (tн − tсв)/(tн − tв), (86)

где tв - температура воздуха, °С.

Коэффициент теплоотдачи (α), Вт·м-2·К-1, вычисляют по формуле

α = 188·√wи, (87)

где wи - скорость полета искры, м·с-1.

Скорость искры (wи), образующейся при ударе свободно падающего тела, вычисляют по формуле

wи = √(2·g·H), (88)

а при ударе о вращающееся тело по формуле

wи = 2p · n · R, (89)

где п - частота вращения, с-1;

R - радиус вращающегося тела, м.

Скорость полета искр, образующихся при работе с ударным инструментом, принимают равной 16 м·с-1, а с высекаемых при ходьбе в обуви, подбитой металлическими набойками или гвоздями, 12 м·с-1.

Критерий Био вычисляют по формуле

Bi = α·dи/λи, (90)

где dи - диаметр искры, м;

λи - коэффициент теплопроводности металла искры при температуре самовоспламенения горючего вещества (tсв), Вт·м-1·К-1.

По значениям относительной избыточной температуры Θп и критерия Bi определяют по графику (черт. 5) критерий Фурье.

Длительность остывания частицы металла (τ), с, вычисляют по формуле

τ = F0/λи·dи^2·Cи·ρи, (91)

где F0 - критерий Фурье;

Си - теплоемкость металла искры при температуре самовоспламенения горючего вещества, Дж·кг-1·К-1;

ρи - плотность металла искры при температуре самовоспламенения горючего вещества, кг·м-3.

При наличии экспериментальных данных о поджигающей способности фрикционных искр вывод об их опасности для анализируемой горючей среды допускается делать без проведения расчетов.

Формула (86)

Θп = (tн − tсв)/(tн − tв), (86)

где tв - температура воздуха, °С.

Θ_п = (t_н − t_св)/(t_н − t_в) (86)

где tв - температура воздуха, °С.

Формула (87)

α = 188·√wи, (87)

где wи - скорость полета искры, м·с-1.

α = 188·√w_и (87)

где wи - скорость полета искры, м·с-1.

Формула (88)

wи = √(2·g·H), (88)

w_и = √(2·g·H) (88)

Формула (89)

wи = 2p · n · R, (89)

где п - частота вращения, с-1;

R - радиус вращающегося тела, м.

wи = 2p · n · R (89)

где п - частота вращения, с-1;

R - радиус вращающегося тела, м.

Формула (90)

Bi = α·dи/λи, (90)

где dи - диаметр искры, м;

λи - коэффициент теплопроводности металла искры при температуре самовоспламенения горючего вещества (tсв), Вт·м-1·К-1.

B_i = α·d_и/λ_и (90)

где dи - диаметр искры, м;

λи - коэффициент теплопроводности металла искры при температуре самовоспламенения горючего вещества (tсв), Вт·м-1·К-1.

Формула (91)

τ = F0/λи·dи^2·Cи·ρи, (91)

где F0 - критерий Фурье;

Си - теплоемкость металла искры при температуре самовоспламенения горючего вещества, Дж·кг-1·К-1;

ρи - плотность металла искры при температуре самовоспламенения горючего вещества, кг·м-3.

τ = F₀/λ_и·d_и²·C_и·ρ_и (91)

где F0 - критерий Фурье;

Си - теплоемкость металла искры при температуре самовоспламенения горючего вещества, Дж·кг-1·К-1;

ρи - плотность металла искры при температуре самовоспламенения горючего вещества, кг·м-3.

Приложение 3, Таблица 6

Приложение 3, Таблица 7

Приложение 3, п. 5.1.4

5.1.4. Открытое пламя и искры двигателей (печей)

Пожарная опасность пламени обусловлена интенсивностью теплового воздействия (плотностью теплового потока), площадью воздействия, ориентацией (взаимным расположением), периодичностью и временем его воздействия на горючие вещества. Плотность теплового потока диффузионных пламен (спички, свечи, газовой горелки) составляет 18 - 40 кВт·м-2, а предварительно перемешанных (паяльные лампы, газовые горелки) 60 - 140 кВт·м-2. В табл. 6 приведены температурные и временные характеристики некоторых пламен и малокалорийных источников тепла.

Черт. 5

Открытое пламя опасно не только при непосредственном контакте с горючей средой, но и при ее облучении. Интенсивность облучения (gр), Вт·м-2, вычисляют по формуле

gр = 5,7·εпр·[(Tф/100)^4 − (Tсв/100)^4]·φ1ф, (92)

где 5,7 - коэффициент излучения абсолютного черного тела, Вт·м-2·К-4;

εпр - приведенная степень черноты системы

εпр = (1/εф + 1/εв − 1), (93)

где εф - степень черноты факела (при горении дерева равна 0,7, нефтепродуктов 0,85);

εв - степень черноты облучаемого вещества принимают по справочной литературе;

Тф - температура факела пламени, К;

Тсв - температура горючего вещества, К;

j1ф - коэффициент облученности между излучающей и облучаемой поверхностями.

Критические значения интенсивности облучения в зависимости от времени облучения для некоторых веществ приведены в табл. 7.

Пожарная опасность искр печных труб, котельных, труб паровозов и тепловозов, а также других машин, костров в значительной степени определяется их размером и температурой. Установлено, что искра диаметром 2 мм пожароопасна, если имеет температуру 1000 °С, диаметром 3 мм - 800 °С, диаметром 5 мм - 600 °С.

Теплосодержание и время остывания искры до безопасности температуры вычисляют по формулам (76 и 91). При этом диаметр искры принимают 3 мм, а скорость полета искры (ωи), м·с-1, вычисляют по формуле

ωи = √(0,5·ωв^2 + 5·H), (94)

где ωв - скорость ветра, м·с-1;

Н - высота трубы, м.

Формула (92)

gр = 5,7·εпр·[(Tф/100)^4 − (Tсв/100)^4]·φ1ф, (92)

где 5,7 - коэффициент излучения абсолютного черного тела, Вт·м-2·К-4;

εпр - приведенная степень черноты системы

g_р = 5,7·ε_пр·[(T_ф/100)⁴ − (T_св/100)⁴]·φ_1ф (92)

где 5,7 - коэффициент излучения абсолютного черного тела, Вт·м-2·К-4;

εпр - приведенная степень черноты системы

Формула (93)

εпр = (1/εф + 1/εв − 1), (93)

где εф - степень черноты факела (при горении дерева равна 0,7, нефтепродуктов 0,85);

εв - степень черноты облучаемого вещества принимают по справочной литературе;

Тф - температура факела пламени, К;

Тсв - температура горючего вещества, К;

j1ф - коэффициент облученности между излучающей и облучаемой поверхностями.

ε_пр = (1/ε_ф + 1/ε_в − 1) (93)

где εф - степень черноты факела (при горении дерева равна 0,7, нефтепродуктов 0,85);

εв - степень черноты облучаемого вещества принимают по справочной литературе;

Тф - температура факела пламени, К;

Тсв - температура горючего вещества, К;

j1ф - коэффициент облученности между излучающей и облучаемой поверхностями.

Формула (94)

ωи = √(0,5·ωв^2 + 5·H), (94)

где ωв - скорость ветра, м·с-1;

Н - высота трубы, м.

ω_и = √(0,5·ω_в² + 5·H) (94)

где ωв - скорость ветра, м·с-1;

Н - высота трубы, м.

Приложение 3, Таблица 8

Приложение 3, п. 5.1.5

5.1.5. Нагрев веществ, отдельных узлов и поверхностей технологического оборудования

Температуру нагрева электропровода при возникновении перегрузки (tж), °С, вычисляют по формуле

tж = tср.н + (Iф/Iдоп)^2·(tж.н − tср.н), (95)

где tср.н - нормативная температура среды для прокладки провода, принимается в соответствии с правилами электрооборудования, утвержденными Госэнергонадзором, °С;

Iф - фактический ток в проводнике, А;

tж.н - нормативная температура жилы электропровода, °С;

Iдоп - допустимый ток в проводнике, А.

Температура газа при сжатии в компрессоре и отсутствии его охлаждения (Тк), К, вычисляют по формуле

Tк = Tн·(Pк/Pн)^((k−1)/k), (96)

где Тн - температура газа в начале сжатия, К;

Рк, Рн - давление газа в конце и начале сжатия, кг·м-2;

k - показатель адиабаты (равен 1,67 и 1,4 соответственно для одно- и двухатомных газов).

Для многоатомных газов показатель адиабаты вычисляют по формуле

k = Ср/Cv, (97)

где Сp, Cv - изобарная и изохорная удельные массовые теплоемкости газов, Дж·кг-1·К-1.

Температуру нагрева электрических контактов при возникновении повышенных переходных сопротивлений (tн.к), °C, вычисляют по формуле

tн.к = tср + P/(S·αобщ)·(1 − e^(−τ/τк)), (98)

где tср - температура среды, °С;

τ - время, с;

τк - постоянная времени нагрева контактов, с;

Р - электрическая мощность, выделяющаяся в контактных переходах, Вт;

S - площадь поверхности теплообмена, м2;

αобщ - общий коэффициент теплоотдачи, Вт·м-2·К-1.

До максимальной температуры контакты нагреваются за время

τ ≈ 5·τк. (99)

Электрическую мощность (Р), выделяющуюся в контактных переходах, вычисляют по формуле

P = I·∑(i=1…n) Ui, (100)

где I - ток в сети, А;

Ui - падение напряжения в i-й контактной паре в электрическом контакте В;

n - количество контактных пар в контакте.

Значения падения напряжений на контактных парах Ui для деталей из некоторых материалов приведены в табл. 8.

Коэффициент теплообмена вычисляют в зависимости от температуры контактов по формулам:

αобщ = 4,07·∛(tн.к − tср), если tн.к ≤ 60 °С; (101)

если tн.к > 60 °С; (102)

Постоянную времени нагрева контактов вычисляют по формуле

τк = Cт/(S·αобщ), (103)

где С - удельная массовая теплоемкость металла контактов, Дж·кг-1·К-1;

т - масса контактов, кг.

Расчет tн.к проводят в следующей последовательности. Для заданной температуры tн.к вычисляют αобщ и С, а затем по формуле (98) вычисляют tн.к. Если выбранное и вычисленное значения tн.к отличаются более чем на 5 %, то вычисление необходимо повторить.

Температуру подшипника скольжения при отсутствии смазки и принудительного охлаждения (tп.с), °С, вычисляют по формуле

tн.с = tср + a/(αобщ·S)·(1 − e^(−τ/τк)); (104)

где tср - температура среды, °С;

а = 0,44fNdn - коэффициент мощности, Вт;

f - коэффициент трения скольжения;

N - сила, действующая на подшипник, кг;

d - диаметр шипа вала, м;

n - частота вращения вала, мин-1;

S - площадь поверхности теплообмена подшипника (поверхность подшипника, омываемая воздухом), м2;

τ - время работы подшипника, с;

постоянная времени нагрева подшипника, с;

т - масса подшипника, кг.

Время нагрева подшипника (τ), с, до заданной температуры вычисляют по формуле

τ = τп·ln[a/(a − αобщ·S·(tн.с − tср))]. (105)

Практически при τ = 5τп температура подшипника достигает максимального значения, вычисляемого по формуле

tmax ≈ tср + a/(αобщ·S). (106)

В формулах (106, 107, 108) коэффициент теплообмена αобщ вычисляют по формулам (101 или 102).

Последовательность расчета температуры подшипника аналогична расчету температуры нагрева контактов.

Формула (95)

tж = tср.н + (Iф/Iдоп)^2·(tж.н − tср.н), (95)

где tср.н - нормативная температура среды для прокладки провода, принимается в соответствии с правилами электрооборудования, утвержденными Госэнергонадзором, °С;

Iф - фактический ток в проводнике, А;

tж.н - нормативная температура жилы электропровода, °С;

Iдоп - допустимый ток в проводнике, А.

t_ж = t_ср.н + (I_ф/I_доп)²·(t_ж.н − t_ср.н) (95)

где tср.н - нормативная температура среды для прокладки провода, принимается в соответствии с правилами электрооборудования, утвержденными Госэнергонадзором, °С;

Iф - фактический ток в проводнике, А;

tж.н - нормативная температура жилы электропровода, °С;

Iдоп - допустимый ток в проводнике, А.

Формула (96)

Tк = Tн·(Pк/Pн)^((k−1)/k), (96)

где Тн - температура газа в начале сжатия, К;

Рк, Рн - давление газа в конце и начале сжатия, кг·м-2;

k - показатель адиабаты (равен 1,67 и 1,4 соответственно для одно- и двухатомных газов).

T_к = T_н·(P_к/P_н)^(k−1)/k (96)

где Тн - температура газа в начале сжатия, К;

Рк, Рн - давление газа в конце и начале сжатия, кг·м-2;

k - показатель адиабаты (равен 1,67 и 1,4 соответственно для одно- и двухатомных газов).

Формула (97)

k = Ср/Cv, (97)

где Сp, Cv - изобарная и изохорная удельные массовые теплоемкости газов, Дж·кг-1·К-1.

k = Ср/Cv (97)

где Сp, Cv - изобарная и изохорная удельные массовые теплоемкости газов, Дж·кг-1·К-1.

Формула (98)

tн.к = tср + P/(S·αобщ)·(1 − e^(−τ/τк)), (98)

где tср - температура среды, °С;

τ - время, с;

τк - постоянная времени нагрева контактов, с;

Р - электрическая мощность, выделяющаяся в контактных переходах, Вт;

S - площадь поверхности теплообмена, м2;

αобщ - общий коэффициент теплоотдачи, Вт·м-2·К-1.

t_н.к = t_ср + P/(S·α_общ)·(1 − e^{−τ/τ_к}) (98)

где tср - температура среды, °С;

τ - время, с;

τк - постоянная времени нагрева контактов, с;

Р - электрическая мощность, выделяющаяся в контактных переходах, Вт;

S - площадь поверхности теплообмена, м2;

αобщ - общий коэффициент теплоотдачи, Вт·м-2·К-1.

Формула (99)

τ ≈ 5·τк. (99)

τ ≈ 5·τ_к (99)

Формула (100)

P = I·∑(i=1…n) Ui, (100)

где I - ток в сети, А;

Ui - падение напряжения в i-й контактной паре в электрическом контакте В;

n - количество контактных пар в контакте.

P = I·∑_i=1ⁿ U_i (100)

где I - ток в сети, А;

Ui - падение напряжения в i-й контактной паре в электрическом контакте В;

n - количество контактных пар в контакте.

Формула (101)

αобщ = 4,07·∛(tн.к − tср), если tн.к ≤ 60 °С; (101)

α_общ = 4,07·∛(t_н.к − t_ср), если t_н.к ≤ 60 °С (101)

Формула (102)

если tн.к > 60 °С; (102)

если tн.к > 60 °С (102)

Формула (103)

τк = Cт/(S·αобщ), (103)

где С - удельная массовая теплоемкость металла контактов, Дж·кг-1·К-1;

т - масса контактов, кг.

τ_к = C_т/(S·α_общ) (103)

где С - удельная массовая теплоемкость металла контактов, Дж·кг-1·К-1;

т - масса контактов, кг.

Формула (104)

tн.с = tср + a/(αобщ·S)·(1 − e^(−τ/τк)); (104)

где tср - температура среды, °С;

а = 0,44fNdn - коэффициент мощности, Вт;

f - коэффициент трения скольжения;

N - сила, действующая на подшипник, кг;

d - диаметр шипа вала, м;

n - частота вращения вала, мин-1;

S - площадь поверхности теплообмена подшипника (поверхность подшипника, омываемая воздухом), м2;

τ - время работы подшипника, с;

постоянная времени нагрева подшипника, с;

т - масса подшипника, кг.

t_н.с = t_ср + a/(α_общ·S)·(1 − e^{−τ/τ_к}) (104)

где tср - температура среды, °С;

а = 0,44fNdn - коэффициент мощности, Вт;

f - коэффициент трения скольжения;

N - сила, действующая на подшипник, кг;

d - диаметр шипа вала, м;

n - частота вращения вала, мин-1;

S - площадь поверхности теплообмена подшипника (поверхность подшипника, омываемая воздухом), м2;

τ - время работы подшипника, с;

постоянная времени нагрева подшипника, с;

т - масса подшипника, кг.

Формула (105)

τ = τп·ln[a/(a − αобщ·S·(tн.с − tср))]. (105)

τ = τ_п·ln[a/(a − α_общ·S·(t_н.с − t_ср))] (105)

Формула (106)

tmax ≈ tср + a/(αобщ·S). (106)

t_max ≈ t_ср + a/(α_общ·S) (106)

Приложение 3, п. 5.1.6

5.1.6. Нагрев веществ при самовозгорании

Минимальную температуру среды, при которой происходит тепловое самовозгорание, вычисляют из выражения

lgtc = Ap + nplgS, (107)

min и max λ

средние значения

— 1 - фланцы; 2 - задвижки; 3 - скруберы; 4 - осушители; 5 - конденсаторы; 6 - емкости; 7 - трубы

Черт. 6

а время нагревания вещества до момента самовозгорания из выражения

lg τc = 1/nв·(Aв − lg tc), (108)

где tc - температура окружающей среды, °С;

τс - время нагрева, ч;

Ар, Ав, np, nв - эмпирические константы;

S - удельная поверхность тел, м-1.

S = F/V = 2·(1/l + 1/b + 1/h), (109)

где F - полная наружная поверхность тела, м2;

V - объем тела, м3;

l, b, h - размеры тела вдоль соответствующей координатной оси, м; например, для прямоугольного параллелепипеда: l - длина, b - ширина, h - высота; для цилиндра: l = b = Dц h - высота; для шара: l = b = h = Dш и т.д.

Формула (107)

lgtc = Ap + nplgS, (107)

lgtc = Ap + nplgS (107)

Формула (108)

lg τc = 1/nв·(Aв − lg tc), (108)

где tc - температура окружающей среды, °С;

τс - время нагрева, ч;

Ар, Ав, np, nв - эмпирические константы;

S - удельная поверхность тел, м-1.

lg τ_c = 1/n_в·(A_в − lg t_c) (108)

где tc - температура окружающей среды, °С;

τс - время нагрева, ч;

Ар, Ав, np, nв - эмпирические константы;

S - удельная поверхность тел, м-1.

Формула (109)

S = F/V = 2·(1/l + 1/b + 1/h), (109)

где F - полная наружная поверхность тела, м2;

V - объем тела, м3;

l, b, h - размеры тела вдоль соответствующей координатной оси, м; например, для прямоугольного параллелепипеда: l - длина, b - ширина, h - высота; для цилиндра: l = b = Dц h - высота; для шара: l = b = h = Dш и т.д.

S = F/V = 2·(1/l + 1/b + 1/h) (109)

где F - полная наружная поверхность тела, м2;

V - объем тела, м3;

l, b, h - размеры тела вдоль соответствующей координатной оси, м; например, для прямоугольного параллелепипеда: l - длина, b - ширина, h - высота; для цилиндра: l = b = Dц h - высота; для шара: l = b = h = Dш и т.д.

Приложение 3, Таблица 9

Приложение 3, Таблица 10