Устройство для определения огнегасящей концентрации при подаче мелкодисперсных составов сверху под давлением
DEVICE FOR DETERMINING FIRE EXTINGUISHING CONCENTRATION WHEN FEEDING FINE COMPOSITIONS FROM ABOVE UNDER PRESSURE

Заявляемое техническое решение относится к области создания лабораторного оборудования и приборов, используемых для определения физико-химических свойств мелкодисперсных огнегасящих составов.
Известен ряд установок: (Шрайбер Г., Порет П. Огнетушащие средства. Химико-физические процессы при горении и тушении. - М: Стройиздат, 1975 - 240 с.) для определения огнетушащей эффективности мелкодисперсных составов. Определение производили в лабораторных или в практических условиях.
1. Установка Фридриха. С помощью вращающегося диска скребка определенное количество порошка, предварительно отсеянного до среднего размера частиц 0,044 мм, подается на пламя (высотой 5 см, шириной 1,7 см) газа, представляющего собой смесь водорода, светильного газа и окиси углерода. Порошок подается в виде порошкового облака. Прежде, чем порошок достигнет пламени, он проходит через проволочное сито (ширина отверстия в свету 5,3 мм, толщина проволоки 1,6 мм). Количество порошка, достаточное для тушения пламени, считалось мерой огнетушащей эффективности.
Недостаток данного метода - определение массы навески, а не огнетушащей концентрации и использование водорода в условиях лаборатории. Не учитывалось действие конвективной колонки пламени.
2. Установка Питерса. Для проведения этого метода используется сосуд (промывная склянка объемом 300 мл), который заполняют испытываемым порошком (70 г). Потоком воздуха со скоростью 40 л/мин порошок подают на чашку диаметром 135 мм с 10 мл бензина. Огнетушащую эффективность определяют по числу возможных тушений указанным выше количеством порошка. Доказано, что между величиной частиц и огнетушащей эффективностью существует непосредственная связь.
Недостаток данного метода - влияние оператора на повторяемость результатов испытаний.
Установка Ли и Робертсона. Передвижной сосуд снабжен двумя тиглями диаметром около 2,5 см, которые медленно перемещаются под рассеивающим устройством. Один тигель служит для измерения массы использованного для тушения порошка, другой содержит горючее - горящий гептан. Наблюдение за процессом тушения осуществляется с помощью фотоэлемента.
Недостаток этого метода - определяется масса навески порошка, а не минимальная огнегасящая концентрация в объеме. Не учитывалось действие конвективной колонки пламени.
Известно устройство для определения огнегасящей концентрации при подаче мелкодисперсных составов в восходящую струю (патент РФ №2662012, МПК A62D 1/06 (2006.01), G01N 33/00 (2006.01), G01N 11/00 (2006.01), опубликовано 23.07.2018), которое выбрано в качестве прототипа.
В устройстве для определения огнегасящей концентрации при подаче мелкодисперсных составов в восходящую струю, состоящем из компрессора, ресивера, ротаметра, стеклянного кожуха, горелки, сосуда для регулировки уровня горючего в горелке, подача навески состава в восходящую струю производится с помощью электромагнитного пневмораспределителя, а время подъема состава определяется покадровой видеосъемкой с помощью высокоскоростной видеокамеры.
Испытания проводили на лабораторной установке из стекла с горелкой диаметром 10 мм. Мелкодисперсный огнегасящий состав в пламя подавался потоком воздуха, одновременно идущим и на окисление горючего. Последовательность операций следующая. Электромагнитный пневмораспределитель устанавливали в положение, когда поток воздуха из сопла движется вверх. Через окно вносили навеску порошкового состава. С помощью сосуда соединенного с горелкой гибким шлангом, регулировали необходимый уровень горючего. Кожух снимали со шлифа и жидкость зажигали. Вернув кожух на прежнее место, устанавливали требуемый расход воздуха по ротаметру. По шкале определяли высоту пламени и после этого открывали электромагнитный пневмораспределитель. Таким образом, струю воздуха, идущего на окисление горючего, направляли на навеску мелкодисперсного огнегасящего состава, которая уносилась в трубки, а потом в кожух. Подбирали минимальную навеску, при которой достигалось тушение. Время тушения составляло не более 1 с. Также велась высокоскоростная видеофиксация.
Недостатком данного устройства является то, что данные по минимальным огнегасящим концентрациям могут быть получены без учета воздействия конвективной колонки пламени на влетающий в очаг огнегасящий мелкодисперсный состав. Вследствие чего полученные данные могут использоваться для применения в реальных условиях пожара с большой натяжкой, так как в большинстве случаев на практике огнетушащие порошки в очаг пожара подаются сверху под давлением.
Целью изобретения является обеспечение достоверности и повторяемости результатов экспериментов по определению огнегасящей концентрации мелкодисперсного состава в объеме с учетом конвективной колонки пламени для повышения эффективности тушения при применении огнетушащих порошков в условиях пожаров.
Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в устройстве для определения огнегасящей концентрации при подаче мелкодисперсных составов сверху под давлением, состоящем из компрессора, вентиля, электромагнитного пневмораспределителя, ротаметра, металлической кюветы с аэратором порошка, распылителя порошка, металлического противня, высокоскоростной видеокамеры, применен принцип подачи огнегасящего мелкодисперсного состава сверху под давлением с учетом действия конвективной колонки пламени на струю состава, что позволяет получить действительные, а не минимальные огнегасящие концентрации, и приближает условия эксперимента к реальным условиям пожара.
Технический эффект заявляемого устройства заключается в том, что применение принципа подачи мелкодисперсного огнегасящего состава сверху под давлением дает возможность получения данных о действительной огнегасящей концентрации, а не о минимальной. Учитывая действие конвективной колонки пламени на струю огнегасящего мелкодисперсного состава, полученные данные о концентрациях можно использовать при расчетах для применения в реальных условиях пожара.
На фиг. 1 изображено устройство для определения огнегасящей концентрации при подаче мелкодисперсных составов сверху под давлением. На фиг. 2 - график тарировки ротаметра.
Устройство для определения огнегасящей концентрации при подаче мелкодисперсных составов сверху под давлением состоит из компрессора 1, вентиля 2, электромагнитного пневмораспределителя 3, ротаметра 4, металлической кюветы с аэратором порошка 5, распылителя порошка 6, металлического противня 7, высокоскоростной видеокамеры 8.
Устройство работает следующим образом.
Предварительно взвешенную навеску массой m1 мелкодисперсного огнегасящего состава загружали в металлическую кювету 5, представляющую собой трубку с внутренним диаметром 5 мм, аэратором и отверстием для загрузки порошка. В круглый противень 7, диаметром 70 мм и высотой борта 10 мм, заливали 10 см3 горючей жидкости. Далее зажигали, и давали свободно гореть в течение 30 с. По истечении этого времени от компрессора 1 через электромагнитный пневмораспределитель 3 воздух подавали в кювету 5 и затем порошково-воздушную смесь через распылитель 6 на очаг горения 7. Расход воздуха регулировали (перед засыпкой состава) с помощью ротаметра 4 и вентиля 2 и он составлял 9,5 л/мин. Расстояние от распылителя 6 до поверхности бензина - 300 мм. Процесс тушения снимали на высокоскоростную видеокамеру. Время выпуска порошка, время тушения, и высоту пламени определяли по видеозаписи.
Если навеска m1 не потушила очаг, брали большую массу навески и повторяли испытание. В том случае, если очаг был потушен, использовали метод последовательных приближений для определения искомой массы огнегасящего состава тс аналогично формулам, до достижения тушения в трех последовательных опытах.
Для определения огнетушащей концентрации необходимо определить объем пламени, время тушения, расход.
Расход q огнегасящего состава определяли:
где τв - время выпуска состава, с;
mc - масса навески состава, при которой достигалось тушение кг.
Объем пламени рассчитывали по формуле:
где R - радиус металлического противня, м;
h - высота пламени, м.
Масса состава mт, пошедшего на тушение:
где τт - время тушения, с.
Время тушения определялось по результатам покадровой видеосъемки.
Съемка велась на двух типах видеокамер: обычная (25 кадров в секунду) и высокоскоростная (500 кадров в секунду).
Огнетушащую концентрацию Сэ определяли как:
р
Применение электромагнитного пневмораспределителя исключает влияние оператора на опыт, так как время его срабатывания было постоянным (не более 0,1 с). Покадровая видеофиксация позволяет с точностью не менее 0,04 с (25 кадров в секунду) и 0,002 с (500 кадров в секунду) определять время τ и существенно повысить точность (повторяемость) опытов.