Устройство для оценки пожарной опасности твердых материалов

 

Союз Советсиин

Социапистическик

Респубиик

ОП И(, :АНИЕ (п)9799

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.02.8((2) ) З254642/18 — 25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5()М. Кл.

6 03 N 25/50

@еудерстеопвй каинтет

СССР но делам нзабретаннй н открытий

Опубликовано 07Л2.82. Бюллетень М 45

Дата опубликования описания 07,12 82 (53) УДК 5З732З (088.8) ) ик, Р .: -.- ..:,.

В, Н, Сапожников, В, Л. Млынский, В. М. Сидорюк и Д. Х. Кулев (72) Авторы изобретения

1э

Ленинградский филиал Всесоюзного научно — исследоватвдьского " !

I института противопожарной обороны (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к исследованию hoжарной опасности твердых материалов, а более конкретно к устройствам дпя определения температурного и концентрационного пределов воспламенения продуктов термического разложения (летучих) полимерных строительных материалов. Указанные показатели необходимы с целью определения способности материалов к воспламенению во всем объеме помещений (общей вспышке), которая наблюдается при пожаре.

Известно испытательное устройство конструкции ВНИИПО. Оно применяется для определения температуры воспламенения и самовоспламенения веществ и материалов, способных к пламенному горению.,Конструктивно устрой15 ство представляет собой цилиндрическую реакционную камеру, продуваемую горячим воздухом с помощью специальной воздуходувки.

В комплект устройства входят термозлектрические термометры и запальник. Для определения температуры воспламенения открывают реакционную камеру и подносят запальник к ранее помещенному в нее образцу. Минимальную температуру, которую показала термопара перед открытием камеры при услов ш воспламенения образца, и принимают за температуру воспламенения материала. Hph определении температуры самовоспламенения запаЛьник не подносится, а камера открывается с целью обнаружения пламенного горения образца (1), 1

Однако в процессе испытаний летучие непрерывно уносятся с потоком воздуха из обьема камеры, камера постоянно открывается, что способствует дополнительной ее вентиляции, отсутствует внутренний истопник =зжигания, разец материала испытывается в условиях теп. лового удара, так как вносится в печь, предварительно нагретую до температуры воспламенения (самовоспламенения) .

У многих материалов летучие на различных стадиях разложения имеют разный состав, поэтому в данном устройстве оценивается воспламеняемость на какой-то нз стадий. В условиях начальной стадии пожара идет накопление летучих в объеме помещения. Поэтому устройст3 9799 во не может быть использовано для определения пределов воспламенения летучих, Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для оггределения параметров воспламенения и горения материалов, состоящее из камеры, источника излучеш я с регулятором мощности, свечей зажигания держателя образца, датчиков теплового потока и температуры, конфузора и трубы с вентилятором. 1Ü

Проточная часть состоит из конфузора, на выходе которого установлен образец и цилиндрической камеры, к верхней части которой подсоединена вытяжная труба с вентилятором.

Образец материала поставлен вертикально. Ис- 1з точники теплового излучения расположены с двух сторон образца в горизонтальной плоскости (2).

В этом устройстве образец в течение всего опыта омывается холодным воздухом, посту- що лающим из атмосферы, что не соответствует реальным условиям пожара, например, в замкнутых помещениях. Принудительная продувка камеры устраняет радиационную составляющую излучения от горячих газов (продуктов разло- д жения и горения), что также приводит к нарушению физического подобия между процессами в камере и в реальных условиях при пожаре.

Продукты терморазложения образца постоянно выносятся из установки потоком свежего воз- ЗО духа и, следовательно, на данной установке невозможен замер температуры воспламенения исследуемого вещества.

Целью изобретения является повьппение точности измерения температуры и концентра35 ций газов за счет имитации процессов тепломассообмена, происходящих в .замкнутых помещениях в начальной стадии пожара.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для оценки пожарной опасности твердых веществ и материалов, содержащем камеру, источник излучения с регулятором мощности, свечи зажигания, держатель образца датчики,-температуры и теплового потока, камера выполнена шарообразной в виде двух разъемных полусфер, причем источник излучения расположен в верху, а образец в низу.

Кроме того, с целью предохранения устройства от разрушения и имитации давления в реальных помещениях при воспламенении, одна из полусфер снабжена откатно — прижимным механизмом.

Для имитации условий тепломассообмена и терморазложения образца на установке реакциойный объем последней должен быть замкнут. Это первое условие соответствия пожару в помещениях (каютах). Для большей уверенности в том, что зафиксированные условия (температура, газовый состав, плотность теплового потока) соответствуют таковым перед вспышкой, желательно, чтобы гаэ во всем объеме камеры имел одинаковый состав. Таким образом появляется требование равномерности концентрации по объему.

Достичь равномерности концентрации, не, привнося в объем камеры искусственных возмущений (мещалка, вентилятср), проще всего используя тепловые, конвективные потоки.

Итак, условие выполнения равномерности концентрации по объему конструктивно должно быть связано с организацией конвективных потоков. Наиболее полно удовлетворяет этим требованиям камера шарообразной формы с выделением энергии (тепла) внизу, на днище.

При выделении тепла внизу нагретые порции газа, как более легкие, устремляются вверх и создают тем самым восходящие конвективные потоки.

Форма шара (сферы) предопределяет отсутствие застойных зон и дает возможность конвективным потокам перемешивать весь объем камеры.

Излучающая световую энергию лампа должна располагаться напротив образца. Поэтому при установке облучаемого обра-ща материала внизу камеры лампа помещается вверху.

Предлагаемое конструктивное решение позволяет достаточно хорошо имитировать процессы тепломассообмена и терморазложения, происходящие в замкнутых (полузамкнутых), помещениях. В прототипе же имитации процессов тепломассообмена и терморазложения в замкнутых помещениях нет.

Таким образом, именно взаимосвязь двух признаков: 1) выполнение камеры шарообразной и 2) расположение источника излучения вверху, а образца внизу камеры позволяет достичь достаточно хорошей имитации процессов тепломассообмена и терморазложения в начальной стадии пожара в замкнутых (полузамкнутых) помещениях. При этом унифицируются условия испытаний за счет отсутствия застойных зон, что повышает сопоставимость результатов измерений.

На чертеже изображено устройство, общий вид.

Устройство состоит из рамы 1 с жестко укрепленными на ней направляю::.цими 2 верхней, закрепленной на направляющих 2, полусферы 3 и нижней подвижной полусферы 4.

На полусферах смонтированы смотровые окна 5, служащие одновременно и для отбора проб газов и свечи зажигания 6. Снизу на полусфере 4 укреплен упорнъ1й подшипник

7 с вилкой 8. В вилке 8 помеш,аются палец 9 винта 10. На винте 10 сидят гайка 11 и маховик 12. Гайка 11 расположена в пазу попе75 ментальные работы.

5 9799 речины 13. Поперечина 13 с замками — фиксаторами 14 и пружинами 15 могут перемещаться по направляющим 2.

В нижней части полусферы 4 (на дне) установлен держатель образца 16, образец 17 s и в середине образца датчик теплового потока

18 с термопарой 19. В обьеме полусфер размещены термопары 20. Часть термопар 20 установлена на слое теплоизоляции 21, которым покрыта внутренняя поверхность полу- 10. сфер 3 и 4. В верхней части полусферы 3 и нижней части полусферы 4 смонтированы вентиляционные окна 22 и клапанами 23. В верхней полусфере 3 установлен датчик давления 24, На полусфере 3 смонтирован отража- 15 тель с переменным фокусным расстоянием 25 и источник излучения (лампа ) 26. (Электропитание к источнику излучения 26 поступает от программного регулятора мощности (ПРМ)

27 а к свечам зажигания — от высоковольтного блока-распределителя (ВБР) 28.

Работа устройства протекает следующим образом.

В исходном положении полусфера 4 и поперечина 13 находятся в крайнем нижнем положении. Замки — фиксаторы 14 при этом открыты. Под держатель образца 16 закладывается образец горючего материала 17. В вилку 8 и паз поперечины 13 вставляются соответственно палец 9 и гайка 11 винта 10. Вра- - 3a щением винта 10 за штурвал 12 сжимают на необходимую величину пружины 15. Наличие упорного подшипника 7 предотвращает передачу крутящего момента на полусферу 4. Пружины 15 оказываются сжатыми между полусферой 4 и поперечиной 13. Далее блок II!mняя полусфера 4 — поперечина 13 передвигается вверх до упора в верхнюю полусферу

3 и жестко закрепляется на направляющих

2 с помощью замков — фиксаторов 14. Враще- @ нием в обратную сторону винта 10 за штурвал

12 отпускают гайку 11 до тех пор, пока не появится возможность вывести ее из паза поперечины 13. Вынимают палец 9 и убирают винт 10.

4$

Затем включают ПРМ 27 и подвергаемый испытаниям образец 17 нагревается энергией излучателя 26, Мощность излучения регулируется энергией ПРМ 27, а плотность теплового потока изменением фокусного расстояния отражателя 25. Образец 17 нагревается и разлагается с выделением газов и дыма.

Лучистая энергия излучателя нагревает не только поверхность образца, но и частично поверхность изоляции стенок. По мере заполнения камеры продуктами разложения большая часть энергии излучателя расходуется на их нагрев. Они в свою очередь в конвективном и лучистом теплообмене нагревают поверхность изоляции, идет быстрое повышение температуры газовоздушной среды. Органиэованньш таким образом процесс тепломассообмена имитирует аналоп1чный процесс в начальной стадии пожара, например, в жилом помещении.

Далее подается электропитание на ВБР 28.

Через заданный промежуток времени, например, 5 с, ВБР 28 генерирует высоковольтнь1й импульс на нижнюю свечу зажигания 6, через

5 с — на средн1ою свечу зажигания, через 5 с— на верхнюю свечу зажигания, затем на йиж1пою и т. д.

По мере достижения необходимой концент. рации углеводородов происходит воспламенение образовавшейся горючей смеси. Эффект воспламенения регистрируется: по переме1цешпо полусферы 4 вниз: на слух — 1!n резкому звуку, характерному "хлопку", инструмент:пы1О -- по пику иа ленте самопишущего прибора От датчика давления. Этот же импульс От датчика давления используется ВБР 28 д!!л ойределсния номера свечи, инициировавшей воспламененис.

Температура газовоздушной среды HQIIocрсдственно перед воспламсиенлем прищ. !естся эа температуру воспламенения. Одновре!!c!I,.о фиксируется концентрация основных 1.Орю «n:! составляющих (углеводородов, Окисл углерода) .

Прн повьш1сн1!и давления полусфера 4

ОтхОдит От пОлусфср1 3. Ве. !ичи .!;I !Исн!1;!, вызывающего сдвижку полусферь! 4. рггу:щруется предварнтель1п1м лоджатис; -.Огки!! 15, гго позволяет имитировать замкнуты Объемы помещений с разлнчцой пло1цады" Остек::с!!1!л. Отсутстствие предварительиого поджат!!я !!!1у:хи!! 15 ИОзволяет имитировать поь.c!öo! IIIë с !!рсделы:.Ой степенью Остсклення в в1ц1е, !!а!! р!!х! "j) o 1екл E!EIo!I стенки (!Iepe! opoa EI) . В с !у«ac !!рс, сльно! О сжатня пруло1н возь!Ож!!» Нх!Ит !ц!!я !!О, 1:!Ис1!Ня, ПОЛНОСТЬЮ ЛИШСННО! О ОКОН (!!ОДТ1,"ь!Ь!) .

Открытые в процессе разложения Образца 17 клапана 23 служат для имита.1ии тспломассообмена помещения (каюты) при Открытой двери с Остальными поь1сщс!1НР !и здания (судна) .

Величины температур 19, "0,. тепловых потоков 18, давлений 24 и состав газов фиксируются в течение всего процесса терморазложения образца 17.

После окончания опыта замки — !1!Икеаторы

14 освобождаются и попере гила 13 вместе с нижней полусферой 4 перемещается по направляющим 2 вниз до упора в раму 1.

Подобное конструктивное ре1цение позволяет осуществить свободный доступ внутрь устройства и тем существенно облегчить экспери979975

Поскольку промежуток времени между воспламеняющими импульсами может быть сокращен до, например 1 с, то представляется возможным достичь своевременного воспламенения имеено в тот момент, когда 5 создается необходимая концентрация и температура.

Применение предлагаемой конструкции позволяет существенно повысить достоверность результатов измерения температуры воспламе- 16 пения на начальной стадии пожара.

Учет замеренных величин температур и кОнцентрации газов позволит разработать рекомендации по применению материалов отделки и оборудования помещений таким образом,1% чтобы предотвратить общую вспышку или максимально увеличить продолж пельность начальной стадии пожара в помещении. Это, в свою очередь, увеличивает возможность для своевременной эвакуации людей и мобилизации20 средств борьбы с ножаром. Ограничение распространения пожара за пределы помещения приведет к снижению материальных потерь.

Устройство удобно в эксплуатации. Особен- 2 но эффективно применение данного устройства для моделирования условий воспламенения в судовых помещениях.

Формула изобретения

1. Устройство для оценки пожарной опасности твердых материалов, содержащее камеру, включающую источник излучения с регулятором мощности, свечи зажигания, держатель образца, дат.яки температуры и теплового потока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений температуры и концентраций газов за счет имитации процессов тепломассообмена и термораэложения в замкнутых помещениях в начальной стадии пожара, камера выполнена шарообразной в виде двух разъемных полусфер, причем источник излучения расположен в верху, а держатель образца — в низу камеры.

2. Устройство по н. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем,.что, с целью предохранения устройства от разрушения и имитации давления н реальных помещениях прн воспламенении, одна из полусфер снабжена откатно — прижимным мсханизмом.

Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе

1, ГОСТ 12.1.017 — 80. Пожаровэрывоопасность нефтепродуктов и химических органических производств.

2. Авторское свидетельство СССР N 635415, кл. G 01 и 25/50, 1972 (прототип).

979975

Составитель Г. Кулаков

Техред Т.Mamma

Корректор Л. Бокшан

Редактор А. Шандор

Тираж 887ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иаобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Заказ 9349/ЗЗ

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4