Устройство для оценки пожарной опасности твердых материалов Советский патент 1982 года по МПК G01N25/50 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к исследованию пожарной опасности твердых материалов, а более конкретно к устройствам для определения температурного и концентрационного пределов воспламенения продуктов термического разложе ния (летучих) полимерных строительных материалов. Указанные показатели необходимы с целью определения способности материалов к воспламенению во всем объеме помещений (о&цей вспышке), которая наблюдается при пожаре. Известно испытательное устройство конструк ции ВНИИПО. Оно применяется для определения температуры воспламенения и самовоспламенения веществ и материалов, способных к пламенному горению. «.Конструктивно устройство представляет собой; цилиндрическую реакционную камеру, продуваемую Горячим воздухом с помощью специальной воздуходувки. В комплект устройства входят термозлектрические термометры я запальник. Для определения температуры воспламенения открывают реакционную камеру и подносят запальник к ранее поме ценном - в нее образцу. Минимальную температуру, которзто показала термопара перед открытием камеры при условш восшта111енення образца, и принимают за температуру рспяаменешш материала. Пр определсшш температу- , ры самовосш1аменет1я запаЛькик не подносится, а камера открывается с целью обнар окения miaMeiffloro горения образца 1. Однако в процессе испытаний летучие непрерывно уносятся с потоком воздуха из объема камеры, камера постоянно открывается, что способствует дополнительной ее вентиляции, отсутствует внутренний истопптк зажигания, образец материала испытывается в условиях теплового удара, так как вносится в печь, предварительно нагретую до температуры BOcnnaNfeнения (самовосш1ал1епения). У многих материалов на различных стадиях разложения имеют разный состав, поэтому в данном устройстве оценивается воспламеняемость на какой-то из сталий. В условиях начальной стад1то пожара идет накопление летучих в обьеме помещения. Поэтому устройство не может быть использовано для определения пределов воспламенения летучих. Наиболее близким texmreecKvnvi решением к предлагаемому является устройство для определения параметров воспламенения и горения материалов, состоящее из камеры, источника излуче1шя с регулятором мощности, свечей зажигания держателя образца, датчиков теплового потока и температуры, конфузора и трубы с венталятором. Проточная часть состоит из конфузора, на выходе которого установлен образец и цилинд рической камеры, к верхней части которой подсоединена вытяжная труба с вентилятором. Образец материала поставлен вертикально. ИсТОЧН1ПСИ теплового излучения расположены с двух сторон образца в горизонталыюй плоскос ти 2). В этом устройстве образец в течение всего опыта омывается холодным воздухом, поступающим из атмосферы, что не соответствует реальным условиям пожара, например, в замкнутых помещениях. Принудительная продзтзка камеры устраняет радиационную составляющую излз чения от горячих газов (продуктов разложения и горения), что также приводит к нару шению физического подобия между процессами в камере и в реальных условиях при пожаре. Продукты терморазложения образца постоянно выносятся из установки потоком свежего воздуха и, следовательно, на данной установке невозможен замер температуры воспламенения исследуемого вещества. Целью изобретения является повьпление точности измерения температзфы и концентраций газов за счет имитации процессов тепломассообмена, происходящих в .замкнутых помещениях в начальной стадии пожара. Поставле1шая цель достигается тем, что в устройстве для оценки пожарной опасности твердых веществ и материалов, содержащем камеру, источник излучения с регулятором мощности, свечи зажига1шя, держатель образца датчики,: температуры и теплового потока, камера вьшолнена щарообразной в виде двух разъемных полусфер, причем источник излучения расположен в верху, а образец в низу. Кроме того, с целью предохранения устройства от разрушения и имитации давления в реальных помещениях при воспламенении, одна из полусфер снабжена откатно-прижимньш1 механизмом. Для имитации условий тепломассообмена и терморазложения образца на установке реакционный объем последней должен быть замкнут. Это первое условие соответствия пожару в помещениях (каютах). Для большей уверенности в том, что зафиксированные условия (температура, газовый состав, плотность теплового потока) соответствуют таковым перед вспышкой, желательно, чтобы газ во всем объеме камеры имел одинаковый состав. Таким образом появляется требование равномерности концентрации по объему. Достичь равномерности концентрации, не привнося в объем камеры искусственных возмущений (мещалка, вент1тятор), проще всего используя тепловые, конвективные потоки. Итак, условие выполнения равномерности концентрации по объему конструктивно должно быть связано с организацией коксвективных потоков. Наиболее полно удовлетаоряет этим требованиям камера щарообразной формы с выделением энергии (тепла) внизу, на днище. При выделении тепла внизу нагретые порции газа, как более легкие, устремляются вверх и создают тем самым восходящие конвективные потоки. Форма шара (сферы) предопределяет отсутствие застойных зон и дает возможность конвективным потокам перемешивать весь объем камеры. Излучающая световую энергию лампа должна располагаться напротив образца. Поэтому при установке облучаемого обрапца материала внизу камеры лампа помещается вверху. Предлагаемое конструктивное решение позволяет достаточно хорошо имитировать процессы тепломассообмена и терморазложения, происходящие в замкнутых (полузамкнутых), помещениях. В прототипе же имитации процессов тепломассообмена и терморазложения в замкнутых помещениях нет. Таким образом, именно взаимосвязь двух признаков: 1) выполнение камеры шарообразной и 2) расположение источника излучения вверху, а образца внизу камеры позволяет достичь достаточно хорошей ими:гации процессов тепломассообмена и терморазложения в начальной стадии пожара в замкнутых (полузамкнутых) помещениях. При этом унифицируются условия испытаний :ia счет отсутствия застойных зон, что повыщает сопоставимость результатов измерений. На чертеже изображено устройство , общий вид. Устройство состоит из рамы 1 с жестко укрепленными на ней направляющими 2, верхней, закрепленной на иаправляюших 2, полусферы 3 и нижней подвижной полусферы 4. На полусферах смонтированы смотровые окна 5, служащие одновременно и для отбора проб газов и свечи зажигания 6. Снизу на полусфере 4 укреплен упорный подшипник . 7 с вилкой 8. В вилке 8 помеш,аются палец 9 винта 10. На винте 10 сидят гайка 11 и маховик 12. Гайка И расположена в пазу попере шны 13. Поперечина 13 с замками -фиксаторами 14 и пружинами 15 могут перемещаться по направляющим 2.

В нижней части полусферы 4 (на дие) установлен держатель образиа 16, образец 17 и в середине образца датчик теплового потока 18 с термопарой 19. В объеме полус4)ер размещены термопары 20. Часть термопар 20 установлена на слое теплоизоляции 21, которым покрыта внутренняя поверхность полусфер 3 и 4. В верхней части полусферы 3 и нижней части полусферы 4 смонтированы вентиляционные окна 22 и клапанами 23. В верхней полусфере 3 установлен датчик давления 24. На полусфере 3 cMoimipoBan отражатель с переме шым фокус1П)1М расстоянием 25 и источник излучения (лампа) 26. (Электропитание к источнику излучения 26 поступает от программного регулятора мощности (ПРМ) 27 а к свечам зажигания - от высоковольтного блока-распределителя (ВБР) 28.

Работа устройства протекает следующим образом.

В исходном положении полусфера 4 и поперечина 13 находятся в крайнем нижнем положении. Замки-фиксаторы 14 при этом открыты. Под держатель образца 16 закладывается образец горючего материала 17. В вилку 8 и паз поперечины 13 вставляются соответственно палец 9 и гайка 11 винта 10. Вра- щением винта ГО за штурвал 12 сжимают на необходимую величину пружины 15. Наличие упорного подшипника 7 предотвращает передачу крутящего момента на полусферу 4. Пружины 15 оказываются сжатыми между попусферой 4 и поперечиной 13. Далее блок т1жняя полусфера 4 - поперечина 13 передвигается вверх до упора в верхнюю полусферу 3 и жестко закрепляется на направляющих 2 с помощью замков-фиксаторов 14. Вращением в обратную сторону винта 10 за щтурвал 12 отпускают гайку 11 до тех пор, пока не появится возможность вывести ее из паза поперечины 13. Вынимают палец 9 и убирают винт 10.

Затем включают ПРМ 27 и подвергаемый испытаниям образец 17 нагревается энергией излучателя 26. Мощность излучения регулируется знергией ПРМ 27, а плотность теплового потока измеиением фокусного расстояния отражателя 25. Образец 17 нагревается и разлагается с выделением газов и дыма.

Лучистая знергия излучателя нагревает не только поверхность образца, но и частично поверхность изоляции стенок. По мере заполнения камеры продуктами разложения больщая часть знергии излучателя расходуется на их нагрев. Они в свою очередь в конвективном и лучистом теплообмене нагревают поверхность

изоляции, идет быстрое повышение температуры газов оздуашой среды. Организовшшьп таким образом процесс тепломассообмена имитирует а1Ш1ОП{чный процесс в началыюй стадии пожара, например, в жилом помещении.

Далее подается злектрошггание на ВБР 28. Через заданный промежуток времеш, например , 5 с ВБР 28 генерирует высоковольтный импульс на 1ШЖНЮЮ свечу зажигания 6, через 5 с - на среднюю свечу зажигания, через 5сна верх1пою свечу зажигания, затем на нижшото и т. д.

По мере достижения необходимой ко1щентрации углеводородов происходит воспламенение образовавшейся горючей смеси. Эффект воспламенения регистрируется: по перемещенгао полусферы 4 В1шз; на слух - по резкому звуку, характерному хлопку, инструментально - по пику ла ленте самопнш тцсго прибора от датчика давления. Этот же импульс от дзтчика давления исполюуется ВБР 2S определения номера свещ1, ишиишровашисй воспламенение.

Температура газовоздушной среды непосредственно перед воспламеьснием пр1Н И% астся за температуру воспламенения. Одноврсмеимо фиксируется концентрация осношгых горюшх составляющих (углеводородов, окиси углерода) .

При повышеюш давления пол сфсря 4 отходит от полусферы 3. Велнчи ; дав., вызывающего сдвижку полуа{))ы 4. регулируется предваритель П11М поджатисм 15, что позволяет имитировать замкнуть- поме-щений с различной площадью оетек:-;Снг,я. Отсутстствие предварительного под сап;Я iS позволяет имитировать поь ещенил с предельной степенью остекления в вядс, 1апрямер остекленной стенки (перегороаки). В случае предельного сжатия пружин возможна имитация ;10л :1испия полностью лишешзого окон (иодБалъО .

От крытые в процессе разложения обр.азца 17 клапана 23 для 1;мнтацни тепломассообмена помещения (каюты) нрн открытой двери с остальными помеще1шя н здания (судна).

Велич1шы температур 19, 20 , тепловых потоков 18, давлений 24 и состав газов фиксируются в течение всего процесса терморазложения образца 17.

После окончания опыта замкн-фикс-агоры 14 освобождаются и поперечина 13 вместе с нижней полусферой 4 перемещается по направляющим 2 вниз до упора в раму 1. Подобное конструктивное решение позволяет осуществить свободный доступ вн%трь устройства и тем существенно облегчить зксперименталып 1е работы. 797 Поскольку промежуток времени между воспламеняющими импульсами может быть сокращен до, например 1 с , то представляется возможным доспгчь своевременного воспламенения имеено в тот момент, когда создается необходимая концентрадия и температура. Применение предлагаемой констрзтсции позволяет существенно повысить достоверность результатов измерения температуры воспламенения на начальной стадии пожара. Учет замеренных величш температур и концентрации газов позволит разработать рекомендации по применению материалов отделки и оборудова шя помещений таким образом чтобы предотвратить общую вспьпику или максимально увеличить продолжительность начальной стадии пожара в помещении. Это, в свою очередь, увеличивает возможнос-п. для своевременной звакуации людей и мобилизаци средств борьбы с пожаром. Ограничение распространения пожара за пределы помещения .приведет к снижению материальных потерь. Устройство удобно в зксплуатации. Особен Но зффективно применение данного устройства для моделировшгая условий воспламенения и судовых помещениях. 5 Формула изобретения 1. Устройство для оценки пожарной опасности твердых материалов, содержащее камеру, включающую источник излучения с регулятором моищости, свечи зажигания, держатель образца, датчики температуры и тейпового потока, отличающееся тем, что, с целью повыщеиия точности измерений температуры и ковдентраций газов за счет имитации процессов тепломассообмена и терморазложения в замкнутых помещениях в начальной стадии пожара, камера выполнена шарообразной в виде двух разъемных полусфер, причем источник излучения расположен в верху, а держатель образца - в низу камеры. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем,, что, с целью предохранения устройства от разрушения и имитации давления в реальных помещениях при воспламенении, одна из полусфер сна&кена откатно-пр1 жимным мсханизмом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. ГОСТ 12.1.017-80. Пожаровзрывоопасность нефтепродуктов и химических органических производств. 2. Авторское свидетельство СССР № 635415, кл. G 01 N 25/50, 1972 (прототип).