Способ определения термоогнезащитных характеристик средств индивидуальной защиты
METHOD FOR DETERMINATION OF THERMAL-FIREPROOF CHARACTERISTICS OF PERSONAL PROTECTIVE EQUIPMENT

Изобретение относится к области средств индивидуальной защиты и представляет способ определения термоогнезащитных характеристик средств индивидуальной защиты для различных категорий работающих, включая пожарных, и его техническую реализацию в виде испытательного стенда.
Известно, что уровень безопасности работы человека и степень его защищенности при воздействии опасных тепловых факторов окружающей рабочей среды определяется, в том числе и термоогнезащитными характеристиками используемых средств индивидуальной защиты (далее по тексту - СИЗ). К тепловым факторам относятся открытое пламя и искры, тепловой поток, повышенная температура окружающей среды.
Характеристиками, определяющими термоогнезащиту СИЗ, являются температура (падающий тепловой поток) и время начала термического разрушения СИЗ, приводящие к нарушению работоспособности изделия, предельно допустимые по физиологии тепловые параметры внутреннего пространства СИЗ, непосредственно контактирующего с телом человека (температура внутреннего пространства, проходящий тепловой поток) и время их достижения, ответная реакция организма человека, работающего в СИЗ при различных тепловых воздействиях.
Характеристики термоогнезащиты СИЗ зависят от свойств и взаимного расположения в многослойном пакете материалов и тканей, применяемых для изготовления СИЗ, воздушных зазоров между слоями, конструктивного исполнения СИЗ, распределения его элементов по телу человека, соответственно размерам.
Испытания отдельных образцов конструктивных материалов и элементов СИЗ не дают полной картины по всем характеристикам термоогнезащиты изделий. При проведении термических испытаний СИЗ с привлечением испытателей не исключаются субъективные оценочные факторы, обусловленные физическим и психологическим состоянием испытателя, его профессиональной подготовкой. Кроме того, не всегда возможно провести такие испытания, исходя из соображений безопасности, а также проблематично охватить весь размерный ряд СИЗ.
В связи с этим существует практическая необходимость получать объективную оценку СИЗ по характеристикам термоогнезащиты при полномасштабном физическом моделировании условий, максимально приближенных к практическим условиям воздействия на СИЗ тепловых факторов, с возможностью контролировать характеристики термоогнезащиты СИЗ, располагая конструктивные элементы СИЗ в рабочем положении на специально оборудованном полноразмерном манекене-трансформере, который позволяет изменять его антропометрические параметры, а также положение манекена и его составных частей относительно источников теплового воздействия.
tm
Известны испытательные стенды (манекенные системы) с различными, в том числе запатентованными названиями - «Термомен», «Пиромен», реализующие способ проверки огнезащитных свойств пожарной одежды и снаряжения по требованиям ISO13506:2008. Стенды включают в себя подвешенный на специальной штанге или на специальных стойках, изготовленный из негорючих материалов полноразмерный манекен человека с вмонтированными в него датчиками температуры (теплового потока) и расположенные вокруг манекена стойки с соплами для воздействия на манекен открытым пламенем (1. ThePyroManmanikin - найдено через интернет: URL: http://www.tx.ncsu.edu/tpacc/heat-and-flame-protection/pvroman.cfm: 2. The UCS Flame Manikin System - найдено через интернет: URL: http://www.ucsshoe.com/images/Flame Manikin System.pdf; 3. «New-ton» Articulated Thermal Manikin - найденочерезинтернет: URL:http://www.mtnw-usa.com/thermalsystem/pdf/Newton brochure.pdf; 4. New 13-zone «Simon» thermal manikin - найдено через интернет: URL: http://www.mtnw-usa.com/thermalsystem/pdf/Thermal.Newsletter7.pdf).
А также: патенты RU 2120813C1, 27.10.1998; RU 2121389, 10.11.1998; CN101881743, 10.11.2010; US 2023516, 10.12.1935; CN 202436648, 19.09.2012.
Известны патенты CN №101303339, G01N 25/00, G01N 33/36 (2006.01), опубликованные 2008.11.12.
Известна установка для проведения огневых испытаний дыхательных аппаратов (Европейский стандарт EN 137 «Защитное дыхательное устройство - автономный дыхательный аппарат открытого цикла со сжатым воздухом с полнолицевой частью. Требования, испытания, маркировка»). Манекен, входящий в состав стенда, представляет собой только верхнюю часть тела человека без рук и без ног, его конструкция позволяет проводить испытания только средств индивидуальной защиты органов дыхания и зрения. Недостатком установки является та особенность, что она предназначена для испытаний средств индивидуальной защиты при воздействии на них только открытым пламенем. Манекен неподвижно установлен на платформе. Все это существенно снижает испытательные возможности установки. К другим недостаткам относится тот факт, что во всех этих устройствах применяются манекены, вариативность размеров которых не предусмотрена, т.е. их антропометрические параметры неизменны, что не позволяет во всех случаях получать точные показатели параметров защитной одежды, т.к. показания температурных датчиков и датчиков теплового потока искажаются вследствие возможного несоответствия размеров защитной одежды и размеров манекена (на манекене малого размера защитная одежда большого размера собирается в складки также в местах расположения датчиков теплового потока, увеличивая иногда в разы толщину термоизоляции и тем самым занижаются показания датчиков. На манекене большого размера, облаченного в защитную одежду маленького размера, последняя натягивается на рукавах, животе, спине, плечевом поясе, уменьшая толщину защитной прослойки, или даже открывая части тела, что приводит к завышению показаний датчиков. Это также приводит к уменьшению воздушных зазоров между слоями защиты, что также изменяет значения проходящего теплового потока и показания датчиков.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип заявляемого технического решения, является система пламени манекена для проверки термоогнезащитных характеристик СИЗ при воздействии открытого пламени горелок на движущийся манекен, имитирующий идущего человека (CN101881743, G01N 25/22 (2006.01), опубликован 2010.11.10).
Данный способ осуществляется на стенде, представляющем собой огневую камеру, в верхней части которой, расположены направляющие с установленным на них шкивом, соединенным с вращающимся диском фиксированным кронштейном.
Вращающийся диск соединен с манекеном еще одним кронштейном. С двух сторон от манекена на одинаковом расстоянии, образуя коридор, установлены горелки. Длина коридора равна длине направляющих, по которым перемещается манекен во время испытаний.
Указанный способ имеет следующие недостатки:
- испытания проводятся только при воздействии открытого пламени;
- крепление манекена к верхней дорожке ограничивает возможности испытательной системы;
- невозможно проводить испытания средств защиты головы, различных типов средств индивидуальной защиты органов дыхания и зрения (СИЗОД);
- невозможно менять размеры манекена для испытаний СИЗ различного конструктивного исполнения и размеров.
Заявляемые способ и устройство для проверки термоогнезащитных характеристик средств индивидуальной защиты устраняет указанные недостатки.
Сущность заявляемого способа для определения термоогнезащитных характеристик средств индивидуальной защиты, находящихся в рабочем положении на манекене-трансформере, путем проведения испытаний на воздействие опасных тепловых факторов на средства защиты, причем при испытаниях манекена-трансформера изменяют его антропометрические параметры для исключения влияния факторов размеров средств индивидуальной защиты на показания датчиков при определении параметров их термоогнезащиты.
Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в устройстве для определения термоогнезащитных характеристик средств индивидуальной защиты, содержащем манекен-трансформер, в который вмонтированы датчики температуры и теплового потока, систему автоматического контроля и регистрации получаемых параметров, манекен-трансформер имеет возможность изменения антропометрических параметров в соответствии с размерами средств индивидуальной защиты, исключая влияние факторов несоответствия размеров манекена и средств индивидуальной защиты, а также имеет возможность изменения места расположения датчиков температуры и теплового потока для получения информации в контролируемых частях тела, при этом сменные элементы манекена с установленными в них датчиками могут быть повернуты на любой угол в плоскости их поворота для изменения места расположения датчиков температуры и теплового потока, и - проводить испытания средств индивидуальной защиты органов дыхания и зрения.
Применение указанных способа и устройства повышает точность, надежность и информативность испытаний.
На фиг. 1 представлен испытательный стенд для проверки термоогнезащитных характеристик средств индивидуальной защиты, а на фиг. 2 - манекен-трансформер с изменяющимися антропометрическими параметрами.
Испытательный стенд (фиг. 1) размещен в двух помещениях и состоит из испытательной камеры 1, изготовленной из негорючих материалов, размеры которой позволяют свободно перемещать манекен-трансформер и проводить эксперименты при различных параметрах окружающей среды и тепловых воздействиях, и комнаты оператора 2.
Помещения имеют общую стену со смотровым окном 3 для визуального наблюдения за ходом эксперимента.
Испытательный стенд включает в себя:
- манекен-трансформер 4 с изменяющимися антропометрическими параметрами человека, изготовленный из негорючих материалов с вмонтированными в него датчиками температуры и теплового потока, закрепленный на специальной стойке 5 и перемещаемый автоматически в нужном направлении, причем руки и ноги манекена соединены с туловищем шарнирно, что позволяет придавать им любое удобное для проведения эксперимента положение, а крепление манекена на стойке позволяет надевать на него любые виды СИЗ, включая средства защиты рук, ног, головы, органов дыхания и зрения. Причем манекен-трансформер может иметь, например, каркас, на который надеваются сменные элементы для подбора параметров манекена соответствующих конкретному размеру тела человека, а сменные элементы имеют, например, отверстия для монтажа датчиков температуры и теплового потока. Вращая вокруг собственной оси сменные элементы можно произвести нужную ориентировку и фиксацию датчика для получения информации в нужной части тела. Согласно ГОСТ Р 53264-2009 «Техника пожарная. Специальная защитная одежда пожарных. Общие технические требования. Методы испытаний.» размеры различных типов спецодежды пожарных, а следовательно рост манекена-трансформера должен быть 1580-1880 мм, с объемом грудной клетки 960-1120 мм, а окружность головы 560-620 мм, что должен обеспечить набор сменных элементов. Все управляющие механизмы изготовлены в огнезащищенном исполнении;
- передвигаемые радиационные тепловые панели 6 высотой не менее 2 м для создания регулируемого теплового потока, имеющие в боковых и верхней частях отражательные экраны, а с тыльной стороны теплоизоляционные накладки для уменьшения тепловых потерь;
- четыре передвигаемые стойки 7, на каждой из которых находятся по две газовых горелки, расположение которых можно менять по высоте и углу наклона, с соплами определенной формы, с системой элетроподжига и системой регулирования интенсивности подачи на манекен пламени;
- систему вентиляции 8, в том числе для создания конвективных потоков различной интенсивности в окружающей рабочей газовоздушной среде;
- регулируемые по высоте переносные стойки 9 с расположенными на них датчиками температуры и теплового потока для контроля за параметрами окружающей рабочей среды;
- интегральные датчики температуры и влажности, позволяющие определять характеристики термоогнезащиты СИЗ в зависимости от влажности окружающей среды, потоотделения человека и т.п.;
- систему экстренного тушения 10 в случае возникновения нештатных ситуаций.
В комнате оператора 2 расположены: пульт управления манекеном, тепловыми панелями, газовыми горелками и автоматическая система регистрации и контроля на персональном компьютере с помощью специальной программы получаемых данных по параметрам окружающей рабочей среды в испытательной камере и характеристик термо-огнезащиты СИЗ в табличном виде, графически и в виде цветовой информации на силуэте человека, времени проведения эксперимента.