УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ Российский патент 2000 года по МПК F27B17/02 G01N25/00 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний объектов, содержащих взрывчатые и токсичные вещества, на различные тепловые воздействия, включая пожары.

Известны установки для определения горючести материалов, содержащие огневую камеру с загрузочным окном, устройства нагрева и крепления объекта (см. А. Н. Баратов, А. Я.Корольченко, Справочник "Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов и средства их тушения", книга первая, Москва, "Химия", 1990 г, стр. 16, рис. 22).

Известна установка для исследования объектов при высоких температурах, выбранная в качестве прототипа, содержащая рабочую камеру с загрузочным окном, выполненным с возможностью его перекрытия, устройства для нагрева и крепления объекта (см. а. с. СССР N 274421, МПК6 G 01 N 3/18, опубл. 24.06.70, Бюл. N 21).

Недостатки этих установок:
- невозможность исследования комплексного воздействия на объект нагрева и средств тушения;
- невозможность быстрого снижения температуры нагрева из-за высокой тепловой инерционности рабочей камеры;
- небольшой ресурс, так как при высоких температурах происходит интенсивное выгорание рабочей камеры и устройства крепления объекта;
- невозможность испытания объектов в одной установке как с пламенем, так и без контактирования с ним;
- большой расход топлива.

Задачей предлагаемой установки является обеспечение возможности исследования объекта при высоких температурах, изменяющихся во времени, при воздействии на него пламени (или без воздействия), средств пожаротушения, уменьшение темпа выгорания рабочей камеры, снижение расхода топлива.

Технический результат: возможность испытаний объектов на комплексное воздействие температурных нагрузок, возникающих, например, при пожаре и его устранении, увеличение ресурса и экономичности установки.

Поставленная задача решается тем, что в установке для исследования объектов при высоких температурах, содержащей рабочую камеру с загрузочным окном, выполненным с возможностью его перекрытия, размещенные внутри рабочей камеры устройства для нагрева и крепления объекта, рабочая камера дополнительно содержит в верхней части вытяжную трубу, в нижней части люк, снабженные подвижными заслонками, запальное устройство, устройство подачи огнегасительного средства внутрь камеры, устройство для нагрева выполнено в виде топливного коллектора с вихревыми форсунками с испарителями. Устройство крепления объекта может быть выполнено с возможностью автономного принудительного охлаждения и снабжено замкнутым металлическим коробом, выполненным с возможностью размещения объекта внутри него. Устройство подачи огнегасительного средства может быть выполнено в виде дренчеров, связанных с внешней системой подачи воды, а снаружи камеры может быть установлен водный коллектор с форсунками.

От прототипа заявляемая установка для исследования объектов при высоких температурах отличается тем, что в ней рабочая камера дополнительно содержит в верхней части вытяжную трубу, в нижней части люк, снабженные подвижными заслонками, запальное устройство, устройство подачи огнегасительного средства внутрь камеры, устройство для нагрева выполнено в виде топливного коллектора с вихревыми форсунками с испарителями. Устройство крепления объекта может быть выполнено с возможностью автономного принудительного охлаждения и снабжено замкнутым металлическим коробом, выполненным с возможностью размещения объекта внутри него. Устройство подачи огнегасительного средства может быть выполнено в виде дренчеров, связанных с внешней системой подачи воды, а снаружи камеры может быть установлен водный коллектор с форсунками.

Наличие в верхней части рабочей камеры вытяжной трубы, в нижней части люка, снабженных подвижными заслонками, запального устройства и выполнение устройства для нагрева в виде топливного коллектора с вихревыми форсунками с испарителями позволяет обеспечивать на относительно безопасном топливе, например керосине, широкий диапазон температур от 200^oC до 1100^oC при высокой равномерности температур по объему рабочей камеры на любом режиме указанного диапазона, полное сгорание топлива, а следовательно, и экономичность, за счет тонкого распыления топлива, поддержания его горения испарителями и регулировки потока топочных газов заслонками, обеспечивающей оптимальное соотношение окислителя с топливом.

Установка в рабочей камере устройства подачи огнегасящих средств внутрь камеры, выполненного, например, в виде дренчеров, соединенных с внешней системой подачи средств тушения, например воды, позволяет обеспечить имитацию воздействия средств тушения на объект при пожаре и определить время и интенсивность охлаждения объекта средствами тушения, необходимые для исключения достижения предельных температур на заданных элементах объекта.

Установка снаружи рабочей камеры водного коллектора с форсунками и выполнение устройства крепления объекта с возможностью принудительного охлаждения позволяет повысить ресурс рабочей камеры и устройства крепления объекта (уменьшить темп их выгораний) за счет охлаждения их водой, а также снизить их тепловую инерционность.

Снабжение устройства для крепления объекта замкнутым металлическим коробом, выполненным с возможностью размещения объекта внутри него, позволяет исключить воздействие пламени на объект, что расширяет возможности установки, позволяя реализовать на ней режимы, имеющие место, например, при пожаре в соседних отсеках складов или транспортных средств.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 представлен разрез предлагаемой установки для исследования объектов при высоких температурах, на фиг. 2 и 3 - элемент А и вид Б с изображениями испарителя с вихревой форсункой.

В металлической рабочей камере 1 с загрузочным окном, выполненным с возможностью его перекрытия заслонкой 2, размещено устройство для крепления объекта 3, изготовленное в виде тележки из труб, по которым может циркулировать вода. На тележке может быть установлен замкнутый металлический короб 4, в котором размещен объект 5 в упаковке 6. Рабочая камера содержит вытяжную трубу 7 и люк 8 с подвижными заслонками 9, 10. Внутри камеры установлены дренчеры 11, соединенные с внешней системой подачи воды, запальное устройство 12 в виде пиропатрона, и топливный коллектор 13 с вихревыми форсунками 14 с испарителями 15, выполненными в виде нескольких колец проволоки из жаропрочной стали. Снаружи рабочей камеры может быть установлен водный коллектор 16 с форсунками 17. На элементах объекта 5 в полости между кожухом 4 и упаковкой 6, в рабочей камере установлены термопары для измерения температуры (не показаны).

Работает установка для исследования объектов при высоких температурах в следующем порядке. В топливный коллектор 13 подается под давлением жидкое топливо, например керосин, одновременно срабатывает запальное устройство 12, производится воспламенение топлива, и начинается процесс нагрева объекта. Путем изменения давления топлива, изменения скорости движения топочных газов заслонками 9, 10, а при необходимости установкой дополнительного топливного коллектора с раздельным включением обеспечивается заданный режим нагрева объекта, который может изменяться в интервале от 200^oC до 1100^oC в процессе эксперимента, причем темп изменения от минимума до максимума, и наоборот, не более 2-х минут.

При этом в зависимости от случая нагружения объект 5 может устанавливаться на устройство для крепления объекта 3 как в коробе 4, так и без него, как в упаковке 6, так и без нее.

Опыт показал, что керосин, распыляемый из форсунок в свободное пространство, горит неустойчиво. Введение в факел испарителя 15 обеспечивает устойчивое горение факела при давлениях в топливной системе от 0,01 МПа и выше, кроме того, испаритель обеспечивает более полное сгорание керосина, что совместно с регулировкой движения топочных газов заслонками 9, 10 позволяет создать оптимальное соотношение топлива с воздухом, что значительно повышает экономичность установки.

В процессе нагрева в полости тележки 3 циркулирует вода, а также может производиться орошение водой внешней поверхности рабочей камеры 1 с помощью форсунок 17 водного коллектора 16. При этом производится охлаждение тележки и рабочей камеры, за счет чего исключается потеря их прочности и увеличивается их ресурс, а также снижается тепловая инерционность установки, что позволяет в процессе эксперимента, при необходимости, повышать темп снижения температуры в рабочей камере.

После окончания времени нагрева прекращается подача топлива и начинается подача воды в дренчеры 11, темп подачи воды, ее направленность и степень дробления струи подбираются такими, чтобы имитировать реальные условия тушения пожара. При этом вместо дренчеров могут устанавливаться подходящие типы насадков пожарных стволов. Охлаждение объекта продолжается либо до окончания запаса средств тушения, имеющихся в реальном случае, либо до прекращения роста температуры заданных узлов объекта.

Таким образом, предложенная установка для исследования объектов при высоких температурах позволяет испытывать объекты на воздействие температурных нагрузок, возникающих при пожаре, включая и воздействие средств тушения, чего в прототипе получить невозможно. Кроме того, предложенное решение позволяет повысить ресурс и экономичность установки.

На предприятии изготовлен экспериментальный образец установки и проведены пробные опыты с объектом массой ≈2m и габаритами 1,5х1,5х2м, которые подтвердили работоспособность установки в диапазоне температур от 200^oC до 1100^oC и высокую экономичность (расход топлива при максимальных температурах не более 150 л керосина в час).

Установка содержит рабочую камеру с загрузочным окном, выполненным с возможностью его перекрытия, вытяжную трубу в верхней части и люк в нижней части, снабженные подвижными заслонками, запальное устройство, устройство для нагрева объекта, выполненное в виде топливного коллектора с вихревыми форсунками с испарителями, устройство для крепления объекта с автономным принудительным охлаждением, снабженное металлическим коробом, выполненным с возможностью размещения объекта внутри него. Кроме того, внутри рабочей камеры установлено устройство подачи огнегасительного средства внутрь камеры, выполненное, например, в виде дренчеров, связанных с внешней системой подачи воды, а снаружи камеры может быть установлен водный коллектор с форсунками. Установка позволяет испытывать объекты на комплексное воздействие температурных нагрузок, соответствующих возникающим при пожаре и его устранении. При этом увеличивается экономичность установки. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Установка для исследования объектов при высоких температурах, содержащая рабочую камеру с загрузочным окном, выполненным с возможностью его перекрытия, размещенные внутри рабочей камеры устройства для нагрева и крепления объекта, отличающаяся тем, что рабочая камера дополнительно содержит в верхней части вытяжную трубу, в нижней части - люк, снабженные подвижными заслонками, запальное устройство, устройство подачи огнегасительного средства внутрь камеры, устройство для нагрева выполнено в виде, как минимум, одного топливного коллектора с вихревыми форсунками с испарителями. 2. Установка для исследования объектов при высоких температурах по п.1, отличающаяся тем, что устройство для крепления объекта выполнено с возможностью автономного принудительного охлаждения. 3. Установка для исследования объектов при высоких температурах по п.1, отличающаяся тем, что устройство для крепления объекта снабжено замкнутым металлическим коробом, выполненным с возможностью размещения объекта внутри него. 4. Установка для исследования объектов при высоких температурах по п.1, отличающаяся тем, что снаружи рабочей камеры установлен водный коллектор с форсунками. 5. Установка для исследования объектов при высоких температурах по п.1, отличающаяся тем, что устройство подачи огнегасительного средства выполнено в виде дренчеров, связанных с внешней системой подачи воды.