СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ И ТУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2025 года по МПК A62C99/00 G01N25/50 B01L1/00 B01L99/00 

Изобретение относится к экспериментальному оборудованию, а именно к стендам для исследования процессов горения и тушения материалов.

Известен стенд для исследования процессов прекращения горения в условиях повышенного давления и содержания кислорода газовой среды [RU 2458719 C1, МПК A62C 99/00 (2010.01), G01N 25/50 (2006.01), опубл. 20.08.2012], содержащий прочный герметичный резервуар, реакционный цилиндр, модельный очаг горения, трубопроводы с арматурой для подачи компонентов газовой среды и огнетушащих веществ и для забора проб на анализ, а также аппаратуру для регистрации параметров газовой среды. Реакционный цилиндр имеет дистанционно управляемые двухстворчатую крышку горловины, лифт опускания и подъема модельного очага горения и устройство поджога очага горения, трубопроводы подачи газов и огнетушащих веществ, взятия проб на анализ компонентов газовой среды и систему видеонаблюдения пламени.

Однако наличие резервуара, реакционного цилиндра, модельного очага горения и лифта его опускания и подъема усложняет конструкцию устройства.

Известен стенд для исследования процессов горения и тушения пожаров [SU 1319872 A1, МПК A62C 39/00 (2006.01), опубл. 30.06.1987], выбранный в качестве прототипа, содержащий камеру с крышкой и днищем, средства создания очага пожара и его тушения. Стенд снабжен устройством контроля массы огнегасительного вещества, подаваемого на очаг пожара, средством контроля массы остатков непрореагировавшего вещества и сеткой для размещения очага пожара. Днище выполнено конусообразным с отверстием в нижней части, сетка размещена над днищем, а средство контроля массы остатков непрореагировавшего вещества размещено под отверстием днища. На стенке камеры выполнена вертикальная прорезь для установки с возможностью углового и продольного перемещения вдоль нее средства тушения очага пожара. Средство тушения выполнено в виде сопла, соединенного трубопроводом с емкостью для огнегасительного вещества. Сопло может быть установлено под разными углами подачи огнегасительного вещества от –45 до + 45º. Емкость снабжена выпускным клапаном и соединена с устройством контроля массы огнегасительного вещества. На боковой стенке камеры расположено устройство отбора проб газовой среды.

Данный стенд обеспечивает только визуальную возможность определения завершения процесса горения.

Техническим результатом заявленного нами изобретения является создание стенда для исследования процессов горения и тушения различных материалов.

Предложенный стенд для исследования процессов горения и тушения материалов так же, как в прототипе, содержит камеру сгорания с дверью на лицевой стороне, средство подачи огнетушащего вещества, соединенное трубопроводом с емкостью для огнегасительного вещества, снабженной выпускным клапаном, устройство отбора проб газовой среды и вентилятор.

Согласно изобретению, камера сгорания выполнена в виде стального параллелепипеда, который разделен на две части горизонтально расположенной колосниковой решеткой. Лицевая сторона камеры сгорания в верхней части снабжена дверью со смотровым окном, а в нижней части снабжена сплошной дверью. Внутри верхней части камеры сгорания на двух противоположных боковых стенках установлены соответственно первый и второй пламенные сенсоры. В центр верхней стенки камеры сгорания вмонтирована форсунка, по обе стороны от которой на равном расстоянии установлены первый и второй тепловые сенсоры. Внутри камеры сгорания в углах, расположенных по диагонали верхней стенки, установлены первый и второй дымовые точечные сенсоры, а в двух других противоположных углах установлены первый и второй радиоканальные дымовые сенсоры. Рядом с первым радиоканальным дымовым сенсором, расположенным со стороны передней стенки камеры сгорания, вмонтирована видеокамера. Шкаф управления содержит программируемый логический контроллер, подключенный к блоку питания. Пламенные, тепловые, дымовые точечные и радиоканальные дымовые сенсоры подключены к программируемому логическому контроллеру, к которому подключены индикаторные лампочки, каждая из которых соответствует одному из указанных сенсоров. Индикаторные лампочки размещены снаружи на дверце шкафа управления. Через боковую стенку верхней части камеры сгорания выведена труба в атмосферу. Через верхнюю стенку камеры сгорания в атмосферу выведен дымоход, внутри которого размещен вентилятор. В дымоход вмонтирован щуп газоанализатора. На конце дымохода установлен дефлектор. Форсунка первым трубопроводом через первый клапан и насос соединена с баком, наполненным огнетушащей жидкостью, вторым трубопроводом через второй клапан соединена с сосудом, наполненным огнетушащим порошком, к которому подсоединен компрессор. Форсунка третьим трубопроводом через третий клапан и редуктор соединена с баллоном, наполненным инертным газом. Вентилятор, первый, второй и третий клапаны, насос и компрессор подключены к программируемому логическому контроллеру, который соединен с персональным компьютером, к которому подключены видеокамера и газоанализатор.

В качестве огнетушащей жидкости использована вода или смесь воды с пенообразователем.

В качестве инертного газа использован диоксид углерода, или аргон, или азот, или их смесь.

В качестве огнетушащего порошка использован порошок Вексон-25, или Вексон-50, или Фоксон-430, или П-ФКЧС.

Предлагаемый стенд позволяет исследовать процессы горения и тушения различных материалов. По данным, полученным от сенсоров, видеокамеры и газоанализатора запрограммированная в персональном компьютере нейросеть способна определить вид пламени, горящий материал и средство, которым его следует тушить. Кроме того, с помощью предложенного стенда определяют объем огнетушащего вещества, необходимый для тушения различных видов горючих материалов, время их тушения, состав образующихся при горении дымовых газов. Результаты, полученные в ходе проведенных исследований, необходимы для использования в реальных пожаротушащих установках.

В отличие от прототипа, завершение процесса горения с помощью предложенного стенда определяют не только визуально, но и по составу дымовых газов, полученному с помощью газоанализатора.

На фиг. 1 показана камера сгорания.

На фиг. 2 представлена общая схема стенда для исследования процессов горения и тушения материалов.

На фиг. 3 показана схема подключения конструктивных элементов стенда к программируемому логическому контроллеру.

Стенд для исследования процессов горения и тушения материалов содержит камеру сгорания 1 в виде стального параллелепипеда размерами 1×0,8×2 м (фиг. 1), который разделен на две части горизонтально расположенной колосниковой решеткой 2 (фиг. 2): верхнюю и нижнюю. В передней стенке верхней части камеры сгорания 1 выполнена дверь 3 со смотровым окном 4. В передней стенке нижней части камеры сгорания 1 выполнена дверь 5.

Внутри верхней части камеры сгорания 1 на двух противоположных боковых стенках установлены соответственно первый 6.1 (ПС1) и второй 6.2 (ПС2) пламенные сенсоры. В центр верхней стенки камеры сгорания 1 вмонтирована форсунка 7, по обе стороны от которой на равном расстоянии от неё установлены первый 8.1(ТС1) и второй 8.2 (ТС2) тепловые сенсоры.

Внутри камеры сгорания 1 в расположенных по диагонали углах верхней стенки установлены первый 9.1 (ДТС1) и второй 9.2 (ДТС2) дымовые точечные сенсоры, а в двух других противоположных углах – первый 10.1 (РДС1) и второй 10.2 (РДС2) радиоканальные дымовые сенсоры. Рядом с первым радиоканальным дымовым сенсором 10.1 (РДС1), расположенным со стороны передней стенки камеры сгорания 1, вмонтирована видеокамера 11 (ВК).

В шкафу управления 12 расположен программируемый логический контроллер 13 (ПЛК), который соединен с блоком питания 14 (БП) (фиг. 3). Снаружи дверца шкафа управления 12 снабжена восемью индикаторными лампочками 15.1-15.8 (Л1-Л8), каждая из которых, соответствующая одному из указанных сенсоров, соединена с программируемым логическим контроллером 13 (ПЛК).

Пламенные 6.1 (ПС1) и 6.2 (ПС2), тепловые 8.1 (ТС1) и 8.2 (ТС2), дымовые точечные 9.1 (ДТС1) и 9.2 (ДТС2), радиоканальные дымовые 10.1 (РДС1) и 10.2 (РДС2) сенсоры подключены к программируемому логическому контроллеру 13 (ПЛК),

Видеокамера 11 (ВК) подключена к персональному компьютеру 16 (ПК), который соединен с программируемым логическим контроллером 13 (ПЛК).

Из верхней части камеры сгорания 1 через боковую стенку выведена труба 17 в атмосферу (фиг. 1). Через верхнюю стенку камеры сгорания 1 в атмосферу выведен дымоход 18, внутри которого размещен вентилятор 19 (В), подключенный к программируемому логическому контроллеру 13 (ПЛК). На конце дымохода 18 установлен дефлектор 20. В дымоход 18 вмонтирован щуп газоанализатора 21 (ГА), который подключен к персональному компьютеру 16 (ПК).

Форсунка 7 первым трубопроводом через первый клапан 22 (Кл1) и насос 23 (Н) соединена с баком, наполненным огнетушащей жидкостью 24 (БЖ), например, водой или смесью воды с пенообразователем. Форсунка 7 вторым трубопроводом через второй клапан 25 (Кл2) соединена с сосудом, наполненным огнетушащим порошком 26 (СП), к которому подсоединен компрессор 27 (К). В качестве огнетушащего порошка может быть использован порошок Вексон-25, или Вексон-50, или Фоксон-430, или П-ФКЧС. Форсунка 7 третьим трубопроводом через третий клапан 28 (Кл3) и редуктор 29 (Р) соединена с баллоном, наполненным инертным газом 30 (ГБ), например, диоксидом углерода, или аргоном, или азотом, или их смесью. Первый 22 (Кл1), второй 25 (Кл2), третий 28 (Кл3) клапаны, насос 23 (Н) и компрессор 27 (К) подключены к программируемому логическому контроллеру 13 (ПЛК) (фиг. 3).

В качестве пламенных сенсоров 6.1 (ПС1) и 6.2 (ПС2) использованы извещатели пожарные пламени серии ИП 330-101, в качестве тепловых сенсоров 8.1(ТС1) и 8.2 (ТС2) – извещатели пожарные тепловые серии ИП 101-1А-А1, в качестве дымовых точечных сенсоров 9.1 (ДТС1) и 9.2 (ДТС2) – извещатели пожарные дымовые оптико-электронные точечные серии ИП 212-141, в качестве радиоканальных дымовых сенсоров 10.1 (РДС1) и 10.2 (РДС2) – извещатели пожарные дымовые оптико-электронные радиоканальные серии ИП-212-05. Использованы: форсунка 7 для распыления порошков с углом распыла 90°, купольная видеокамера 11 (ВК) серии PX-IP-DB-GF20-P/A, вентилятор 19 (В) круглый канальный серии TUBE 160 XL Shuft, дефлектор 20 – турбодефлектор крышный Визионер ТД-160, газоанализатор 21 (ГА) – газоанализатор марки Тест-1, насос 23 (Н) – насос циркуляционный производительностью 1,5-2 л/мин. В качестве компрессора 27 (К) использован поршневой масляный компрессор серии QUATTRO ELEMENTI KM 24-200.

Открыв дверь 3 камеры сгорания 1, на колосниковую решетку 2 помещают твердый горючий материал: деревянные бруски, или линолеум, или картон, или электроприборы, например, электрические платы, микросхемы, кабели, или жидкий горючий материал, например, бензин, предварительно залитый в емкость размерами 300×200×80 мм (на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 не показано). Инициирование процесса горения горючего материала осуществляют с помощью горелки (на фиг. 1 - 3 не показана).

Воздух в камеру сгорания 1 поступает через трубу 17 в её боковой стенке, а дымовые газы из камеры сгорания 1 удаляют в атмосферу через дымоход 18 при включении вентилятора 19 (В) с помощью персонального компьютера 16 (ПК), который посылает сигнал на программируемый логический контроллер 13 (ПЛК). Дефлектор 20, благодаря порывам ветра, раскручивается и увеличивает силу тяги в дымоходе 18.

Начало процесса горения фиксируют в персональном компьютере 16 (ПК). В процессе горения на дверце шкафа управления 12 загораются лампочки 15.1-15.8 (Л1-Л8), сигнализирующие о срабатывании пламенных 6.1 (ПС1) и 6.2 (ПС2), тепловых 8.1(ТС1) и 8.2 (ТС2), дымовых точечных 9.1 (ДТС1) и 9.2 (ДТС2) и радиоканальных дымовых сенсоров 10.1 (РДС1) и 10.2 (РДС2). Время, за которое они сработали, фиксируют в персональном компьютере 16 (ПК). Данные от видеокамеры 11 (ВК) передают в персональный компьютер 16 (ПК). Состав дымовых газов в процессе горения материалов определяют с помощью газоанализатора 21 (ГА), показатели которого передают в персональный компьютер 16 (ПК). В персональном компьютере 16 (ПК) запрограммированная нейросеть по данным, полученным от видеокамеры 11 (ВК), определяет вид горения: тлеющий или открытый. Нейросеть по времени срабатывания пламенных 6.1 (ПС1) и 6.2 (ПС2), тепловых 8.1(ТС1) и 8.2 (ТС2), дымовых точечных 9.1 (ДТС1) и 9.2 (ДТС2) и радиоканальных дымовых 10.1 (РДС1) и 10.2 (РДС2) сенсоров и по составу дымовых газов определяет какой материал горит и каким огнетушащим веществом его следует тушить. Например, для тушения дерева, персональный компьютер 16 (ПК) посылает сигнал в программируемый логический контроллер 13 (ПЛК) для открытия первого клапана 22 (Кл1) и запуска насоса 23 (Н). Насос 23 (Н) подает огнетушащую жидкость из бака, наполненного огнетушащей жидкостью 24 (БЖ) в форсунку 7, которая распыляет ее по периметру камеры сгорания 1. При этом в персональном компьютере 16 (ПК) фиксируют время начала подачи огнетушащей жидкости и время, когда горение полностью прекратилось. После этого подают сигнал в программируемый логический контроллер 13 (ПЛК) для отключения насоса 23 (H) и закрытия первого клапана 22 (Кл1). Подачу огнетушащей жидкости в камеру сгорания 1 прекращают. Окончание процесса горения наблюдают визуально через смотровое окно 4 и определяют по увеличению содержания кислорода в составе дымовых газов. С помощью персонального компьютера 16 (ПК) определяют объем затраченной для тушения дерева огнетушащей жидкости по формуле:

V = Q⋅t,

где Q – производительность насоса 23 (Н);

t – длительность подачи огнетушащей жидкости.

При тушении бензина персональный компьютер 16 (ПК) посылает сигнал в программируемый логический контроллер 13 (ПЛК) для открытия второго клапана 25 (Кл2) и запуска компрессора 27 (К), с помощью которого в камеру сгорания 1 через форсунку 7 подают огнетушащий порошок из сосуда, наполненного огнетушащим порошком 26 (СП). При этом в персональном компьютере 16 (ПК) фиксируют время начала подачи огнетушащего порошка и время, когда горение полностью прекратилось. После окончания процесса горения программируемый логический контроллер 13 (ПЛК) посылает сигнал на отключение компрессора 27 (К) и закрытие второго клапана 25 (Кл2), что приводит к прекращению подачи огнетушащего порошка в камеру сгорания 1. По производительности компрессора 27 (К) и длительности подачи огнетушащего порошка определяют его объем, необходимый для тушения бензина.

При тушении электроприборов, например, кабелей, электрических плат, микросхем персональный компьютер 16 (ПК) посылает сигнал в программируемый логический контроллер 13 (ПЛК) для открытия третьего клапана 28 (Кл3), подающего инертный газ из баллона, наполненного инертным газом 30 (ГБ) в камеру сгорания 1 через форсунку 7. С помощью редуктора 29 (Р) фиксируют расход поданного газа. Также в персональном компьютере 16 (ПК) фиксируют время начала подачи газа и время, когда горение полностью прекратилось. После окончания горения в программируемый логический контроллер 13 (ПЛК) приходит сигнал на закрытие третьего клапана 28 (Кл3), и подачу инертного газа в камеру сгорания 1 прекращают.

После завершения горения золу и другие отходы, проходящие через колосниковую решетку 2 в нижнюю часть камеры сгорания 1, удаляют, открыв дверь 5.

Стенд позволяет исследовать процессы горения и тушения различных материалов. С помощью данного стенда определяют объем огнетушащего вещества, необходимого для тушения различных горючих материалов с разным размером очага, время тушения, а также состав дымовых газов для определения фактора вредности.

Изобретение относится к экспериментальному оборудованию, а именно к стендам для исследования процессов горения и тушения материалов. Стенд для исследования процессов горения и тушения материалов содержит камеру сгорания в виде стального параллелепипеда, который разделен на две части горизонтально расположенной колосниковой решеткой. Лицевая сторона камеры сгорания в верхней части снабжена дверью со смотровым окном, а в нижней части – сплошной дверью. Внутри верхней части камеры сгорания на двух противоположных боковых стенках установлены соответственно первый и второй пламенные сенсоры. В центр верхней стенки камеры сгорания вмонтирована форсунка, по обе стороны от которой на равном расстоянии установлены первый и второй тепловые сенсоры. Внутри камеры сгорания в углах, расположенных по диагонали верхней стенки, установлены первый и второй дымовые точечные сенсоры, а в двух других противоположных углах установлены первый и второй радиоканальные дымовые сенсоры. Рядом с первым радиоканальным дымовым сенсором, расположенным со стороны передней стенки камеры сгорания, вмонтирована видеокамера. Шкаф управления содержит программируемый логический контроллер, подключенный к блоку питания. Пламенные, тепловые, дымовые точечные и радиоканальные дымовые сенсоры подключены к программируемому логическому контроллеру, к которому подключены индикаторные лампочки, каждая из которых соответствует одному из указанных сенсоров. Индикаторные лампочки размещены снаружи на дверце шкафа управления. Через боковую стенку верхней части камеры сгорания выведена труба в атмосферу. Через верхнюю стенку камеры сгорания в атмосферу выведен дымоход, внутри которого размещен вентилятор. В дымоход вмонтирован щуп газоанализатора, на конце дымохода установлен дефлектор. Форсунка первым трубопроводом через первый клапан и насос соединена с баком, наполненным огнетушащей жидкостью. Вторым трубопроводом через второй клапан форсунка соединена с сосудом, наполненным огнетушащим порошком, к которому подсоединен компрессор. Форсунка третьим трубопроводом через третий клапан и редуктор соединена с баллоном, наполненным инертным газом. Вентилятор, первый, второй и третий клапаны, насос и компрессор подключены к программируемому логическому контроллеру. Программируемый логический контроллер, видеокамера и газоанализатор подключены к персональному компьютеру. Технический результат: обеспечение возможности исследовать процессы горения и тушения различных материалов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Стенд для исследования процессов горения и тушения материалов, содержащий камеру сгорания с дверью на лицевой стороне, средство подачи огнетушащего вещества, соединенное трубопроводом с емкостью для огнегасительного вещества, снабженной выпускным клапаном, устройство отбора проб газовой среды, вентилятор, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена в виде стального параллелепипеда, который разделен на две части горизонтально расположенной колосниковой решеткой, лицевая сторона камеры сгорания в верхней части снабжена дверью со смотровым окном, а в нижней части снабжена сплошной дверью, внутри верхней части камеры сгорания на двух противоположных боковых стенках установлены соответственно первый и второй пламенные сенсоры, в центр верхней стенки камеры сгорания вмонтирована форсунка, по обе стороны от которой на равном расстоянии установлены первый и второй тепловые сенсоры, внутри камеры сгорания в углах, расположенных по диагонали верхней стенки, установлены первый и второй дымовые точечные сенсоры, а в двух других противоположных углах установлены первый и второй радиоканальные дымовые сенсоры, причем рядом с первым радиоканальным дымовым сенсором, расположенным со стороны передней стенки камеры сгорания, вмонтирована видеокамера, при этом шкаф управления содержит программируемый логический контроллер, подключенный к блоку питания, а пламенные, тепловые, дымовые точечные и радиоканальные дымовые сенсоры подключены к программируемому логическому контроллеру, к которому подключены индикаторные лампочки, каждая из которых соответствует одному из указанных сенсоров, причем индикаторные лампочки размещены снаружи на дверце шкафа управления, через боковую стенку верхней части камеры сгорания выведена труба в атмосферу, а через верхнюю стенку камеры сгорания в атмосферу выведен дымоход, внутри которого размещен вентилятор, в дымоход вмонтирован щуп газоанализатора, а на конце дымохода установлен дефлектор, при этом форсунка первым трубопроводом через первый клапан и насос соединена с баком, наполненным огнетушащей жидкостью, вторым трубопроводом через второй клапан соединена с сосудом, наполненным огнетушащим порошком, к которому подсоединен компрессор, форсунка третьим трубопроводом через третий клапан и редуктор соединена с баллоном, наполненным инертным газом, вентилятор, первый, второй и третий клапаны, насос и компрессор подключены к программируемому логическому контроллеру, который соединен с персональным компьютером, к которому подключены видеокамера и газоанализатор.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что в качестве огнетушащей жидкости использована вода или смесь воды с пенообразователем.

3. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что в качестве инертного газа использован диоксид углерода, или аргон, или азот, или их смесь.

4. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что в качестве огнетушащего порошка использован порошок Вексон-25, или Вексон-50, или Фоксон-430, или П-ФКЧС.