ГЕНЕРАТОР ГОРЯЩИХ И ТЛЕЮЩИХ ЧАСТИЦ ДЛЯ ПЛОХОВЕНТИЛИРУЕМЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

Полезная модель относится к области охраны окружающей среды, преимущественно, при проектировании средств локализации и тушения природных пожаров, и может быть использована для изучения проникновения обгоревших частиц в вентиляционные отверстия, уязвимости элементов кровли и других элементов зданий и сооружений.
Известна установка «NIST Dragon», разработанная в Национальном институте стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, USA), позволяющая генерировать тлеющие и горящие органические частицы, которые образуются в результате природных пожаров [1]. Установка имеет рабочую часть, в которой установлены две горелки, соединенные с регулируемым источником пропанового газа, вентилятор мощностью 1,5 кВт, работающий от бензинового электрогенератора, и гибкий рукав диаметром 15 см для создания потока воздуха в рабочей части. Установка оборудована огнеупорной сеткой, защищающей горелки от попадания частиц горючего материала.
Известен генератор горящих и тлеющих органических частиц меньшего масштаба «Continuous Feed Baby Dragon» для проведения экспериментальных исследований в лабораторных условиях [2]. Установка имеет рабочую часть из оцинкованной или нержавеющей стали толщиной 0,8 мм, приемный бункер для загрузки ПГМ, вентилятор мощностью 0,4 кВт, пропановую горелку, соединенную с источником горючего газа, гибкий шланг для подачи воздуха. Подача ПГМ в зону горения осуществляется специальным конвейером, не входящим в состав установки.
Общим недостатком описанных технических решений является отсутствие приемного бункера для природного горючего материала (ПГМ). Для дозагрузки ПГМ необходимо охлаждать корпус, т.к. внутри рабочей части температура достигает 1200°С, снимать верхнюю часть установки, что влечет увеличение трудозатрат. Кроме того, во время работы установки дым от сгорающих частиц ПГМ распространяется из проточной рабочей части установки внутрь помещения и в зону работы операторов, что ухудшает условия труда и создает угрозу для безопасной работы.
На основе конструкции «NIST Dragon» в Португалии разработан генератор горящих частиц «Firebrand Generator Device» [3]. Загрузка горючего материала для моделирования горящих и тлеющих частиц, производится периодически через специально выведенную воронку сбоку прибора.
Недостатком устройства является невозможность длительной непрерывной подачи ПГМ при моделировании так называемого «огненного дождя», представляющего собой падающие горящие и тлеющие частицы, и изучение его влияния на зажигание напочвенного покрова и горючих конструкционных элементов строений. Также во время работы установки дым и продукты горения, возникающие в рабочей части установки, распространяется внутри помещения, в том числе в зоне действия операторов, что создает угрозу для безопасной работы людей.
Известен генератор горящих частиц «Full scale continuous Firebrand Dragon» [4]. Генератор имеет устройство для непрерывной подачи горючего материала, соединенное с основным корпусом установки, рабочую часть, изготовленную из оцинкованной стали, центробежный вентилятор, бензиновый электрогенератор, гибкий рукав, соединенный с вентилятором, создающим поток горящих частиц, две пропановые горелки, соединенные медной трубкой с источником горючего газа с регулятором расхода. Горелки оборудованы огнеупорной сеткой, защищающей горелку от потухания вследствие попадания частиц горючего материала.
К недостаткам известного устройства следует отнести низкий ресурс работы рабочей части генератора, изготовленной из стали толщиной 0,8 мм, способной деформироваться или разрушаться при многоразовой или длительной эксплуатации при высокой температуре, сложность профилактических и ремонтных работ. Как и в представленных выше аналогах, характерным недостатком конструктивного исполнения является попадание газообразных продуктов сгорания ПМГ в зону работы оператора, а также распространение дыма в другие помещения здания, что создает угрозу для безопасной эвакуации людей.
В качестве прототипа выбран генератор горящих и тлеющих частиц по патенту RU №183063 U1, наиболее близкий заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков [5].
Известное устройство содержит раму, закрепленную на ней проточную рабочую часть, оборудованную топкой, газовой горелкой, системой поджига и измерительными окнами. Устройство имеет шнековый дозатор с электроприводом для подачи горючего материала в топку и центробежный вентилятор, соединенный своим выходом с проточной рабочей частью. Проточная рабочая часть выполнена из стальных труб толщиной не менее 4-5 мм, устойчивых к длительному высокотемпературному воздействию, а топка выполнена с футеровкой стенок высокотемпературным теплоизолятором.
Недостатком устройства является повышенное выделение дыма из канала, используемого для подачи частиц в топочную часть установки, а в дальнейшем и из приемного бункера, что делает невозможным ее использование в плохо вентилируемых помещениях. Конструктивное исполнение установки таково, что вентилятор, обеспечивающий поток горящих частиц, создает в проточной рабочей части генератора повышенное давление. Дым и другие продукты сгорания ПГМ через канал шнекового дозатора распространяются в экспериментальное помещения, в том числе в зону работы оператора, что создает угрозу для безопасной работы и эвакуации людей и должно приниматься во внимание при проектировании системы дымоудаления. Это обстоятельство делает невозможным использование генератора в лабораторных условиях, либо в помещениях с маломощными вентиляционными системами. Повышенное задымление является побочным и нежелательным эффектом также при работе в полунатурных и натурных условиях, так как не является целью исследований и вносит дополнительный «шум» при регистрации данных через измерительные окна.
Технической задачей является устранение эффекта повышенного выделения дыма через канал подачи частиц и через приемный бункер.
Поставленная задача решается изменением конструкции генератора горящих и тлеющих частиц, а именно, оборудованием приемного бункера генератора канальным вентилятором подавления дыма, имеющим неподвижное соединение с приемным бункером и сообщенным с его нижней частью.
Генератор горящих и тлеющих частиц для плохо вентилируемых помещений содержит раму, закрепленную на ней проточную рабочую часть, оборудованную топкой, газовой горелкой, системой поджига и измерительными окнами. Устройство имеет приемный бункер для загрузки природного горючего материала, шнековый дозатор с электроприводом для подачи горючего материала в топку и центробежный вентилятор, соединенный своим выходом с проточной рабочей частью. Проточная рабочая часть выполнена из стальных труб толщиной не менее 4-5 мм, устойчивых к длительному высокотемпературному воздействию, а топка выполнена с футеровкой стенок высокотемпературным теплоизолятором. В одном из конкретных воплощений рабочая часть генератора горящих и тлеющих частиц, включая топку, может быть выполнена из отрезков труб, соединенных между собой фланцами. В отличие от прототипа, приемный бункер генератора оборудован канальным вентилятором подавления дыма, выход которого сообщен с нижней частью приемного бункера ПГМ.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется рисунками фиг. 1, 2. На фиг. 1 показан общий вид генератора горящих и тлеющих частиц для плохо вентилируемых помещений. На фиг. 2 показан приемный бункер генератора и неподвижно соединенный с ним канальный вентилятор подавления дыма. Цифрами на рисунках обозначены: 1 - рама в сборе; 2 - корпус генератора (проточная рабочая часть); 3 - приемный бункер ПГМ; 4 - шнековый дозатор; 5 - вентилятор (воздуходувка); 6 - газовая горелка; 7 - рычаг подачи газа; 8 - канальный вентилятор подавления дыма, 9 - система поджига горючей смеси; 10 - шланг подачи газа; 11 - электропривод шнека дозатора; 12 - топка; 13 - выход горящих и тлеющих частиц, 14 - измерительные окна.
Заявленное устройство работает следующим образом. В приемный бункер 3 загружают ПГМ. Включается подача воздуха в проточную рабочую часть 2 на малых оборотах вентилятора 5 со скоростью потока воздуха не более 1 м/с. Отворачивается на 1,5-2 оборота вентиль подачи газа на баллоне (на схеме не показан), далее, нажимая на рычаг подачи газа 7 на горелке, осуществляют малую подачу горючего газа в проточную рабочую часть 2. Производится поджиг горючей смеси в топке 12 с помощью дистанционной системы поджига 9. После поджига увеличивают подачу горючего газа и прогревают внутреннюю полость топки 12 в течение 2-5 минут. Затем повышают обороты вентилятора и увеличивают скорость воздуха до 5-6 м/с. Рабочую температуру регулируют, изменяя расход горючего газа. Перед подачей горючего материала включают канальный вентилятор 8, работающий от сети 220 В. Затем включают электропривод шнека 11 и дозировано подают ПГМ из бункера 3 в топку 12. Канальный вентилятор 8 создает в канале шнекового дозатора 4 противоток воздуха, препятствуя поступлению дыма из проточной рабочей части 2 в приемный бункер ПГМ 3. Подачу воздуха от вентилятора 5 увеличивают до требуемого расхода, не допуская падения ПГМ на горелку. При необходимости подачу ПГМ из бункера в топку можно осуществлять вручную путем проворачивания вала шнека при отключенном питании электропривода 11.
Пример осуществления.
Непосредственно в проведении эксперимента задействовано не менее 3-х человек. Генератор горящих и тлеющих частиц для плохо вентилируемых помещений подготавливают к работе. Перед запуском необходимо поместить генератор на огневой площадке достаточных размеров в металлическом ангаре (возможна работа и на открытой местности), руководствуясь мерами противопожарной безопасности. Предусматривают средства пожаротушения: огнетушитель, емкость с водой, шланг подачи воды. Баллон с горючим газом устанавливают на расстоянии не менее 3 метров от установки, подсоединяют шланг подачи газа 10 к горелке 6. Оператор готовит площадку с образцами растительных материалов или иным объектом огневого воздействия для изучения процессов зажигания. Настраивают аппаратуру видео и фотосъемки, приборы регистрации данных, средства сбора обгоревших образцов. Раму 1 генератора заземляют, после чего на установку подают электропитание.
Оператор, ответственный за проведение экспериментов, производит поджиг горючей смеси, контролирует процесс через измерительные окна 14. Второй оператор занимается подачей горючего газа, регулировкой расхода газа и отключением его подачи. После прогрева топки и выхода генератора на рабочий режим первый оператор увеличивает обороты вентилятора 5. Одновременно с этим третий оператор включает канальный вентилятор 8 и электропривод 11 шнекового дозатора 4, наблюдает за дозированной подачей ПГМ в топку 2, где материал загорается в раскаленном потоке газа. Горящие и тлеющие частицы ПГМ вылетают через выход 13.
Технический результат заключается в том, что канальный вентилятор препятствует проникновению дыма через канал шнекового дозатора и через приемный бункер в плохо вентилируемое помещение и в зону работы операторов. Одновременно воздух аэрирует ПГМ и улучшает истечение из нижней части приемного бункера.
Список используемых источников:
1. Samuel L. Manzello, John R. Shields, Thomas G. Cleary / On the development and characterization of a firebrand generator / Fire Safety Journal 43 (2008), 258-268. http://dx.doi.org/10.1016/j.firesaf.2007.10.001.
2. Suzuki S. and Manzello, S.L., 2011. On the Development and Characterization of a Reduced Scale Continuous Feed Firebrand Generator. Fire Safety Science 10: 1437-1448. 10.3801/IAFSS.FSS.10-1437.
3. Oliveira R., Quesada C, Viegas D.X., Freitas E., Raposo J. Firebrand generator system applied to wildland-urban interface research / Advances in Forest Fire Research. Book chapter. Coimbra, Portugal, November 17 - 21. - Coimbra, Portugal, 2014. - P. 759-765. -http://dx.doi.org/10.14195/978-989-26-0884-6_84.
4. Samuel L. Manzello, Sayaka Suzuki, Experimentally Simulating Wind Driven Firebrand Showers in Wildland-urban Interface (WUI) Fires: Overview of the NIST Firebrand Generator (NIST Dragon) Technology, In Procedia Engineering, Volume 62, 2013, Pages 91-102, doi: 10.1016/j.proeng.2013.08.047.
5. Патент RU № 183063 U1, МПК F24B 1/00, опубл. 07.09.2018.