УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПОЛИГОН ДЛЯ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВАНИИ ИНЕРТНЫХ ПЕН И ВСПЕНЕННЫХ СУСПЕНЗИЙ ПО ТРУБОПРОВОДУ

Полезная модель полигона относится к противопожарной технике и может быть использована для получения основных параметров разрабатываемых напорных пеногенерирующих устройств получения водовоздушных и инертных пен и вспененных инертных суспензий.
Известен способ получения инертной пены при тушении пожаров, включающий перемешивание воды, пенообразователя, жидкого азота, генерирование пены и ее транспортирование к месту тушения пожара по трубопроводу (авт.свид. СССР №1317156, кл. Е 21 F, 5/00; 1985).
Недостатком известной технологической схемы является однородность трубопровода, имеющего одно местное сопротивление, связанное с поворотом трубопровода, а также наличие задвижек и редукционного клапана.
Цель полезной модели - универсализация лабораторного полигона за счет полной имитации шахтного трубопровода.
Это достигается тем, что разработанный и изготовленный в РосНИИГД универсальный лабораторный полигон для стендовых испытаний при транспортировании инертных пен и вспененных суспензий по трубопроводу, включающий напорную пеногенераторную установку, насосную станцию для подачи воды, пульпы и пенообразователя и компрессорную станцию для подачи сжатого воздуха, генерирование пены и ее транспортирование, при этом магистральный трубопровод полигона имеет полную имитацию шахтного трубопровода, а именно имеет все типы местных сопротивлений типа резкого расширения потоков, сужения, уклонных колен и т.д. и снабжен датчиками кратности и давления пены, а также датчиком температуры и расходомерами компонентов смеси и регулятором расхода воздуха, связанными пневмогидравлически с различными участками трубопровода, а также одна из труб
полигона выполнена из органического стекла для визуального контроля формирования пены или вспененной суспензии.
Предложенная совокупность отличительных признаков позволяет обеспечить полную имитацию шахтного трубопровода, что обеспечивает проведение предварительных (заводских) испытаний разрабатываемых средств по приготовлению и перекачиванию вспененных композиций (пены, вспененной пульпы и различных сложных вспененных суспензий).
На фиг.1 приведена пневмогидравлическая схема универсального лабораторного полигона для стендовых испытаний при транспортировании пен и вспененных суспензий; на фиг.2 - натурные участки пенопровода (фрагменты полигона, из материалов отчета о НИОКР).
Трубопроводы шахты имеют, как правило, местные сопротивления типов резкого расширения потоков, сужения уклонных колен, задвижек и т.д. Для экспериментальных исследований параметров движения пены был создан специальный полигонный стенд с полной имитацией шахтного трубопровода и общей длиной 480 метров. В процессе исследований на стенде использовались несколько пеногенераторов. В качестве основного пеногенератора была принята напорная пеногенераторная установка «Экран», преимущество которой заключается в ее универсальности за счет сменной пеногенераторной кассеты, дающей возможность осуществлять различные способы генерирования пены, в том числе и бессеточный.
Стенд имеет систему трубопроводов 1, 2, 6 с условным проходом 100 мм: наружный участок 128 м, внутренний длиной 121 м и оконечный участок длиной 31 м, имеющий в своем составе трубу из органического стекла длиной 3 м. Остальные позиции полигонного стенда имеют обозначения: 3 - пульт управления и контроля; 4 - универсальная напорная пеногенераторная установка «Экран»; 5 - насосная станция-дозатор, выполненная с использованием насоса НБЗ-120/40, частота вращения вала которого измерялась с помощью пятискоростной коробки передач машины ЗИЛ-157; 7 - пеноприемник; 8 - резервуар воды (пенообразующей смеси); 9 - емкость пенообразователя; 10 -
регулятор давления воздуха; 11 - компрессор ЗИФ-55; 12 - рампа баллонов. Датчики кратности пены, датчики давления и температуры, расходомеры компонентов указаны на схеме условными обозначениями.
Универсальный лабораторный полигон работает следующим образом.
Основная задача исследований заключалась в оценке правильности выводов по выбору оптимального соотношения твердого к жидкому в суспензии, рациональной добавки пенообразователя, а также солевых добавок, которые могут обеспечить наиболее высокие показатели качества пен. Основной показатель, характеризующий пенообразующую способность, определялся произведением величины кратности и стойкости пены:
кр
К - кратность пены; выражает степень увеличения объема пены по отношению к объему исходной жидкости;
v
v
50
50
С - стойкость пены; выражает время ее полного разрушения, условно принимается, что С=2τ, мин., где τ - время разрушения 50% объема пены, мин.
Исследованиями введено определение величины кратности пены с помощью автоматического измерителя кратности пены «Икрап», который позволяет измерять кратность пены в диапазонах относительных единиц 20-1000 с погрешностью измерения ±4%.
Режим работы пеногенератора на полигонном стенде устанавливался по соотношению скоростей подачи жидкой и газовых фаз. Пределы соотношения Т:Ж приняты от 1:10 до 1:1. Добавки ПАВ изменялись в пределах от 0,5 до 10%. В качестве антипирогенных (солевых) добавок исследовались различные виды, в том числе растворы жидкого стекла и рапы озера Кучук в концентрациях 5% к массе суспензии, бишофит природный и серия других веществ. Суспензии на основе глинистых или золошлаковых материалов готовились в баке с помощью шламового погружного насоса ШПН-2М конструкции РосНИИГД.
2
Перед подачей жидкой фазы на пеногенератор в бак 8 с суспензией добавлялся пенообразователь в нужном количестве, при этом дополнительный контроль полученной консистенции суспензии производился по величине ее плотности с помощью ареометра АБР-1. Условная вязкость растворов, используемых для приготовления' пенообразующих суспензий, определялась с помощью вискозиметра ВБР-1. Из бака суспензия подавалась плунжерным насосом с помощью насосной станции-дозатора 5, т.е. насосом НБЗ-120/40. Скорость подачи суспензии регулировалась с помощью пятискоростной коробки передач от 18 л/мин до 150 л/мин при максимальном давлении до 4,0 МПа (40 кгс/см), при этом расход жидкой фазы дополнительно контролировался по счетчику холодной воды типа УВК-40 по ГОСТ 6019-83. Расход воздуха регулировался по ротаметру.
Ряд исследований был проведен, когда в качестве жидкой фазы для генерирования пены исследовались суспензии двух видов: зольная суспензия на основе золошлакового материала из отходов Калтанской ГРЭС и глинистая суспензия Прокопьевского региона. Соотношение Т:Ж принималось от 1:10 до 1:1, производительность насоса при этом составляла 40 л/мин, подача воздуха - 650...700 л/мин. Замер расхода жидкой и газовой фаз производился стандартными сужающими устройствами по РД 50-213-80 с помощью диф-мамометров ДМ-3583 и прибора КВД 1-502.
50
Пены на основе ЗШМ имели постоянную величину кратности независимо от консистенции суспензии. Величина кратности составляла 63, а стойкость (τ) имела довольно стабильную тенденцию к увеличению от 315 до 430 минут. Исследования показали, что применение в качестве пенообразующей жидкости ЗШМ или глинистых суспензий позволяет улучшить стойкость пены по сравнению с водовоздушной пеной в 15-20 раз. Размещение датчиков давления и кратности пены на различных участках полигона, регулирование расхода компонентов пены, введение в исходные материалы различных добавок позволяет в широких пределах и местных сопротивлениях определить качество генерируемой суспензии на различных генераторах.
зультаты выполненных исследований показали, что потери напора на местных сопротивлениях незначительны, составляют не более 5% от потерь напора по длине трубопровода, что не превышает общей ошибки расчета параметров движения пены (суспензии).
Практическое использование универсального лабораторного полигона для стендовых испытаний при транспортировании пен и вспененных суспензий обеспечило разработку и экспериментальные испытания десятков созданных в РосНИИГД способов и средств для их осуществления по приготовлению и подаче пен и вспененных суспензий.