СПОСОБ ПРОВЕРКИ ДЫМОВЫХ ПОЖАРНЫХ ИЗВЕЩАТЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК G08B29/00 

Изобретение относится к области пожарообнаружения, а точнее к проверке дымовых пожарных извещателей, способных производить раннее допламенное обнаружение возгорания по аэрозольным продуктам термического разложения твердых полимерных материалов, нагретых до температур на 100°С÷150°С ниже температур их самовоспламенения. Способ проверки дымовых пожарных извещателей и устройство для его осуществления позволяют выполнять проверку дымовых пожарных извещателей в строго регламентированных, повторяющихся с высокой точностью условиях, что дает возможность использовать изобретение для обеспечения сертификационных испытаний пожарных извещателей, их наладке и настройке при изготовлении.

Раннее обнаружение возгорания твердых полимерных материалов основано на известном явлении образования на границе раздела «нагретый полимер - воздух» высокодисперстных аэрозольных частиц, причем температура нагретого полимера существенно меньше температуры его самовоспламенения (см., например, Алексеев В.А., Смирнов В.В., Уваров А.Д. «Закономерности образования аэрозоля вблизи поверхности раздела нагреваемый полимер - газ». Коллоидный журнал, том №6 с/1059-1063, АН СССР, Москва, 1984 г.). Характерными особенностями образующихся частиц пиролитического аэрозоля для всех исследованных полимерных материалов являются:

- узкий диапазон высокодисперсных аэрозольных частиц от 0,01 до 0,1 мкм, в котором содержится до 80% образовавшихся частиц;

- повторяемость для одного и того же типа полимера спектра распределения частиц по размерам и одинаковой температурной зависимости выхода отдельных фракций частиц;

- наличие для каждого полимера присущей только данному полимеру температуры его нагрева, при которой интенсивность образования частиц пиролитического аэрозоля максимальна.

Таким образом, явление образования аэрозолей при низкотемпературном разложении полимеров (например, наиболее распространенных в электротехнике: полиэтилен, резина, поливинилхлорид и фторопласт) может быть использовано как для достоверного обнаружения ранней стадии возгорания, так и для создания устройств для проверки и настройки дымовых пожарных извещателей с применением простых тепловых генераторов высокодисперсного аэрозоля, наиболее приближенно имитирующего для пожарного извещателя условия начальной стадии возгорания (см., например, авт. св-во СССР №960877, кл. G08B 17/00, 1981 г., авт.св-во СССР №1170488, кл. G09B 25/00, 1983 г.).

Из патентной литературы известен способ проверки дымовых пожарных извещателей, основанный на учете заданной концентрации аэрозольных продуктов горения и термического разложения материалов, при котором в генераторе аэрозольных продуктов термического разложения материала генерируют аэрозольные продукты термического разложения, создают циркуляционный поток их смеси с воздухом в дымовой камере, создают в дымовой камере заданную концентрацию аэрозольных продуктов термического разложения материала, фиксируют достижение заданной концентрации датчиком концентрации, расположенным в дымовой камере, и по срабатыванию размещаемых в дымовой камере пожарных извещателей, в зависимости от настройки чувствительности пожарных извещателей, оценивают работу пожарных извещателей (см., например, авт. св-во СССР №1674199, кл. G08B 29/00, 1988 г.) - прототип предлагаемого изобретения по способу.

Из патентной же литературы известно устройство для проверки дымовых пожарных извещателей, содержащее дымовую камеру с устанавливаемым в ней пожарным извещателем, датчиком концентрации дыма, сообщаемыми с регистраторами срабатывания пожарных извещателей и прибором регистрации концентрации дыма, генератор дыма с устанавливаемым в нем образцом горючего материала и электронагревателем, вентилятор, источник электропитания и блок управления (см., например, авт. св-во №1179405, кл. G08B 29/00, 1984 г.).

Однако в известных способе и устройстве не представляется возможном создавать в дымовой камере строго определенные концентрации аэрозольных частиц дыма, подтверждаемые датчиком концентрации дыма - открытой ионизационной камерой, т.к. известно, что результат измерений этим способом сильно зависит от концентрации пылевых частиц в «чистом воздухе». Вследствие этого величина относительного изменения ионизационного тока

где I₀ - ток через ионизационную камеру с чистым воздухом;

I₁ - ток через камеру с дымом,

будет существенно отличаться от одного испытания к другому в зависимости от уровня запыленности в момент проведения испытаний. Другой причиной, не позволяющей точно настраивать дымовые пожарные извещатели раннего обнаружения возгорания, является случайный характер температурного режима нагрева образца твердого горючего материала. В связи с этим дисперсный состав образовавшегося дыма будет в каждом случае генерации аэрозольных частиц различным, а в диапазоне размеров этих частиц будут преобладать частицы с размерами крупнее 0,1 мкм, т.е. частиц, не характерных для начальной стадии возгорания.

Задачей настоящего изобретения является создание способа проверки дымовых пожарных извещателей и устройства для его осуществления, техническим результатом которого является повышение достоверности проверки настройки чувствительности дымовых пожарных извещателей и обеспечение повторяемости достигнутого технического результата.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе проверки дымовых пожарных извещателей, основанном на учете заданной концентрации аэрозольных продуктов горения и термического разложения материалов, при котором в генераторе аэрозольных продуктов термического разложения материала генерируют аэрозольные продукты термического разложения, создают циркуляционный поток их смеси с воздухом в дымовой камере, создают в дымовой камере заданную концентрацию аэрозольных продуктов термического разложения материала, фиксируют достижение заданной концентрации датчиком концентрации, расположенным в дымовой камере, и по срабатыванию размещаемых в дымовой камере пожарных извещателей, в зависимости от настроек чувствительности пожарных извещателей, оценивают работу пожарных извещателей, в соответствии с изобретением выбирают для проверки пожарного извещателя наиболее широко используемый в электротехнике электроизоляционный полимерный материал, рассчитывают массу образца этого полимера по формуле

где М - масса образца полимера, мг;

G₀ - массовая концентрация аэрозольных частиц в камере аэрозолей, мг/м³;

V - объем камеры аэрозолей, м³;

к - коэффициент перехода массы образца полимера в массу аэрозольных частиц;

0,8 - коэффициент, учитывающий потери аэрозольных частиц в результате оседания их на стенках камеры аэрозолей и воздуховода,

размещают в дымовой камере, выполняющей функцию камеры аэрозолей, поверенный радиоизотопный измеритель массовой концентрации аэрозолей, настраивают электрические параметры пожарного извещателя на чувствительность, обеспечивающую срабатывание извещателя при уровне сигнала от концентрации аэрозольных продуктов термического разложения полимерного материала, имеющей определенное значение, которое не менее чем в 4-6 раз превышает уровень сигнала от фоновой концентрации аэрозольных частиц, для чего образец полимера нагревают со скоростью не менее 20°С/мин в генераторе аэрозольных продуктов термического разложения полимера с функцией теплового генератора аэрозолей до температуры, обеспечивающей для данного полимера максимальную интенсивность образования аэрозольных частиц, при непрерывном перемешивании их с воздухом в камере аэрозолей создают определенную массовую концентрацию аэрозолей в камере аэрозолей, фиксируют достижение этой концентрации поверенным радиоизотопным измерителем массовой концентрации аэрозольных частиц и по срабатыванию в этот момент пожарного извещателя определяют точность его настройки, варьируя от опыта к опыту настройкой проверяемого пожарного извещателя, продолжают опыты до срабатывания пожарного извещателя при определенной фиксированной массовой концентрации аэрозольных продуктов термического разложения образца полимера, проветривая камеру аэрозолей после каждого опыта до фонового значения концентрации аэрозоля. При этом перемешивают воздух вентилятором в объеме дымовой камеры со скоростью в диапазоне от 0,2 м/с до 1,0 м/с.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для проверки дымовых пожарных извещателей, содержащем дымовую камеру с устанавливаемым в ней пожарным извещателем, датчиком концентрации дыма, сообщаемым с регистраторами срабатывания пожарных извещателей и пробором регистрации концентрации дыма, генератор дыма с устанавливаемым в нем образцом горючего материала и электронагревателем, вентилятор, источник электропитания и блок управления, в соответствии с изобретением дымовая камера выполнена с функцией камеры аэрозолей, а генератор дыма - с функцией теплового генератора аэрозолей, датчик концентрации дыма выполнен в виде поверенного радиоизотопного измерителя массовой концентрации аэрозольных частиц, тепловой генератор аэрозоля снабжен датчиком температуры, сообщенным с блоком управления, имеющим в своем составе программируемое устройство, обеспечивающее заданную температуру и скорость нагрева образца горючего материала в виде образца полимера, камера аэрозолей выполнена цилиндрической формы, а воздуховод - в виде трубы с установленным в ней генератором аэрозолей, вентилятором и регулятором направления потока смеси с заслонкой, выполненной с возможностью создания рабочего режима циркуляции смеси воздуха с аэрозольными частицами в камере аэрозолей или ее проветривания.

При этом дымовая камера аэрозолей выполнена объемом 1 м³, а на входе в камеру аэрозолей установлен фильтр с возможностью его вывода во время проверки дымовых пожарных извещателей и ввода его в камеру аэрозолей при ее проветривании.

Далее изобретение поясняется более подробно с использованием графического материала, где на чертеже схематично показано предлагаемое устройство для проверки дымовых пожарных извещателей.

Устройство для проверки дымовых пожарных извещателей содержит дымовую рабочую камеру аэрозолей (КА) 1 цилиндрической формы объемом 1 м³ для размещения в ней проверяемого дымового извещателя 2 и радиоизотопного измерителя массовой концентрации аэрозоля 3. К дымовой КА подсоединен воздуховод 4 в виде трубы, обеспечивающей в КА замкнутый рабочий режим циркуляции смеси аэрозольных продуктов с воздухом, а в самой трубе установлены генератор дыма - аэрозольных продуктов начальной стадии термического разложения полимерных материалов - тепловой генератор аэрозолей (ТГА) 5, вентилятор 6 и регулятор направления потока воздуха 7. В ТГА размещены электронагреватель 8, а на его нагревательной площадке образец полимера (имитатор начальной стадии возгорания) 9, который при нагревании в ТГА до определенной для данного полимера температуры, имеющей значение значительно выше температуры нормального его функционирования в конструкции, но и заметно ниже температуры, при которой конструкция самовоспламеняется, образует при этой температуре аэрозольные частицы, продукты термического разложения полимера, с максимальной интенсивностью.

Для наиболее распространенных в электротехнике полимерных материалов в таблице даны значения коэффициента К перехода массы полимера в массу аэрозольных частиц при температуре Т_max, обеспечивающей максимальную интенсивность образования аэрозольных продуктов термического разложения полимера.

Таблица№ п/пПолимерТ_max°К1Политетрафторэтилен5000,032Полиэтилен3000,153Резина2650,084Поливинилхлорид2700,3

Проверяемый пожарный извещатель (ПИ) 2 подсоединен к регистратору срабатывания ПИ 10 и к источнику электропитания 11, к которому также подключен вентилятор 6. К источнику электропитания и к блоку управления 12 подключен ТГА. Регулятор 7 выполнен с отверстиями 13, 14 и 15, расположенными по разные стороны заслонки 16, вращающейся на оси 17. Отверстия 13 и 15 совпадают с соответствующими отверстиями срезов воздуховода из КА в наружную вытяжную системы вентиляции 4. При положении заслонки, изображенной на схеме, обеспечивается рабочий режим циркуляции потока воздуха в КА. К отверстиям 14 регулятора 7 подсоединен трубопровод 18 сброса воздуха из КА в наружную вытяжную систему вентиляции. В блоке управления имеется также программируемое устройство 19 для задания температуры и скорости нагрева образца полимера, а на нагревательной площадке ТГА установлен датчик температуры 20. На вход КА установлен воздушный фильтр 21, который используется только в режиме проветривания КА, а перед испытанием ПИ снимается. Воздуховод при помощи вентилятора обеспечивает непрерывную циркуляцию и равномерное перемешивание воздуха в КА при проведении проверки пожарного извещателя. Перемещением положения заслонки обеспечивается либо рабочий режим циркуляции воздуха в КА, либо проветривание КА со сбросом во вне камеры и воздуховода смеси аэрозольных продуктов термического разложения полимера с воздухом. Результаты измерений массовой концентрации аэрозольных частиц радиоизотопным измерителем выводятся на регистрирующий прибор 22.

Непосредственно процесс проверки и настройки пожарного извещателя состоит в проведении определенных операций, первой из которых (после монтажа устройства) является настройка электрических параметров пожарного извещателя на чувствительность, обеспечивающую срабатывание извещателя при уровне сигнала от концентрации аэрозольных продуктов термического разложения полимерного материала, имеющей заданное значение, которое многократно, не менее чем в 4÷6 раз, превышает уровень сигнала от фоновой концентрации аэрозольных частиц, например 1 мг/м³. Затем производится определение необходимой для создания этой концентрации в КА массы образца полимерного материала. С этой целью выбирается полимерный материал, наиболее широко применяемый в электротехнике, например полиэтилен, или выбирают в качестве имитатора начальной стадии возгорания самый представительный из числа электроизоляционных материалов, используемых в помещении, защищаемом дымовым пожарным извещателем.

Необходимую массу образца полимерного материала рассчитывают по формуле:

где М - масса образца полимера, мг;

G₀ - массовая концентрация аэрозольных частиц, мг/м³;

V - объем дымовой камеры, м³;

к - коэффициент перехода массы образца полимера в массу аэрозольных частиц;

0,8 - коэффициент, учитывающий потери аэрозольных частиц в результате их оседания на стенках камеры аэрозолей и воздуховода.

Затем нагревают образец со скоростью нагрева не ниже 20°С/мин в ТГА до температуры для данного типа полимера, обеспечивающей максимальную интенсивность образования аэрозольных частиц при непрерывном перемешивании воздуха в объеме КА со скоростью потока не ниже 0,2 м/с, затем по достижении для данного полимера температуры нагрева фиксируют поверенным радиоизотопным измерителем массовой концентрации аэрозолей получение заданной массовой концентрации аэрозольных частиц в КА и фиксируют срабатывание ПИ, настроенного на эту концентрацию. В случае, если заданная массовая концентрация аэрозольных частиц достигнута, а срабатывание не произошло, то ПИ перенастраивается. Если же заданная массовая концентрация не достигается, то допускается изменять массу образца полимерного образца в пределах±10% от начальной массы. Полученная окончательная масса образца выбранного полимерного материала при дальнейших проверках ПИ остается неизменной, как и сам тип полимерного материала.

Необходимо отметить, что предлагаемый способ проверки может быть распространен на дымовые пожарные извещатели, не обладающие способностью перенастройки. Для таких ПИ данный способ проверки позволяет определить минимальную массовую концентрацию аэрозольных частиц дыма в воздухе, при которой происходит срабатывание данного извещателя. Например, для оптического извещателя дыма эти значения массовой концентрации будут существенно различаться в зависимости от типа полимерного материала. Полученное таким способом и с использованием предлагаемой установки значение массовой концентрации аэрозольных частиц, при которой происходит устойчивое (не менее 3-х раз подряд) срабатывание ПИ, может служить характеристикой чувствительности дымового ПИ.

Изобретение относится к области автоматики, а точнее к проверке и настройке пожарных извещателей раннего обнаружения возгорания твердых полимерных материалов. Техническим результатом является повышение достоверности проверки. В известном способе проверки дымовых пожарных извещателей выбирают для проверки наиболее часто используемый в качестве электроизолятора полимерный материал. Рассчитывают массу этого образца по формуле

где М - масса образца полимера, мг; G₀ - массовая концентрация аэрозольных частиц в камере аэрозолей (дымовой камере), мг/м³; V - объем камеры аэрозолей, м³; к - коэффициент перехода массы образца полимера в массу аэрозольных частиц; 0,8 - коэффициент, учитывающий потери аэрозольных частиц в результате оседания их на стенках камеры аэрозолей и воздуховода. Настраивают параметры устройства на чувствительность, обеспечивающую срабатывание извещателя при уровне сигнала от концентрации аэрозольных продуктов термического разложения полимера и имеющей определенное значение. При необходимости подстраивают чувствительность извещателя, добиваясь его срабатывания при определенной фиксированной массовой концентрации аэрозольных продуктов термического разложения образца полимера. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ проверки дымовых пожарных извещателей, основанный на учете заданной концентрации аэрозольных продуктов горения и термического разложения материалов, при котором в генераторе аэрозольных продуктов термического разложения материала генерируют аэрозольные продукты термического разложения, создают циркуляционный поток их в смеси с воздухом в дымовой камере, создают в дымовой камере заданную концентрацию аэрозольных продуктов термического разложения материала, фиксируют достижение заданной концентрации датчиком концентрации, расположенным в дымовой камере, и по срабатыванию размещаемых в дымовой камере пожарных извещателей в зависимости от настроек чувствительности пожарных извещателей, оценивают работу пожарных извещателей, отличающийся тем, что выбирают для проверки пожарного извещателя наиболее широко используемый в электротехнике электроизоляционный полимерный материал, рассчитывают массу образца этого полимера по формуле

где М - масса образца полимера, мг;

G₀ - массовая концентрация аэрозольных частиц в камере аэрозолей, мг/м³;

V - объем камеры аэрозолей, м³;

к - коэффициент перехода массы образца полимера в массу аэрозольных частиц;

0,8 - коэффициент, учитывающий потери аэрозольных частиц в результате их оседания на стенках камеры аэрозолей и воздуховода,

размещают в дымовой камере, выполняющей функцию камеры аэрозолей, поверенный радиоизотопный измеритель массовой концентрации аэрозолей, настраивают электрические параметры пожарного извещателя на чувствительность, обеспечивающую срабатывание извещателя при уровне сигнала от концентрации аэрозольных продуктов термического разложения полимерного материала и имеющей определенное значение, которое не менее чем в 4÷6 раз превышает уровень сигнала от фоновой концентрации аэрозольных частиц, для чего образец полимера нагревают со скоростью не менее 20°С/мин в генераторе аэрозольных продуктов термического разложения полимера с функцией теплового генератора аэрозолей до температуры, обеспечивающей для данного полимера максимальную интенсивность образования аэрозольных частиц, при непрерывном перемешивании их с воздухом в камере аэрозолей создают определенную массовую концентрацию аэрозолей в камере аэрозолей, фиксируют достижение этой концентрации поверенным радиоизотопным измерителем массовой концентрации аэрозольных частиц и по срабатыванию в этот момент пожарного извещателя определяют точность его настройки, варьируя от опыта к опыту настройкой проверяемого пожарного извещателя, продолжают опыты до срабатывания пожарного извещателя при определенной фиксированной массовой концентрации аэрозольных продуктов термического разложения образца полимера, проветривая камеру аэрозолей после каждого опыта до фонового значения концентрации аэрозоля.