Способ определения показателей пожароопасности материалов и устройство для его осуществления

 

Использование: для оценки пожарной опасности и определения характеристик воспламенения, горения твердого и жидкого топлива, твердых материалов. Сущность изобретения: нагревание и зажигание образца материала с помощью одновременного воздействия потока нагретого газа и лазерного излучения. Устройство содержит электрическую печь в виде трубы с соплом Ветошинского, снабжено воздуходувкой и лазером с ослабителем мощности и измерителем средней мощности. Держатель образца в рабочем положении размещен на выходе сопла. Луч лазера ориентирован на держатель образца. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области пожаровзрывобезопасности и может быть использовано для оценки пожарной опасности и определения характеристик воспламенения, горения твердого и жидкого топлива, твердых материалов.

Известен способ определения горючести твердых веществ и материалов по методу "огневая труба" [1] заключающийся в определении потери массы образца, помещенного в открытую вертикальную трубу, при поджигании его пламенем газовой горелки.

Способ не дает развернутой количественной характеристики материала, а позволяет только отнести его к той или иной группе горючести. Он не предусматривает варьирования условий зажигания.

Наиболее близкими к изобретению являются способ определения температуры воспламенения твердых веществ и материалов и устройство для его осуществления [2] Способ включает разогрев электропечи до заданной температуры (контролируется термопарами), помещение образца в нагретую печь, периодическое воздействие на поверхность образца пламенем газовой горелки, визуальная фиксация воспламенения образца, определение минимальной температуры, при которой в этих условиях воспламенение происходит.

Данному способу присущ тот же недостаток, что и методу "огневая труба" невозможность варьирования интенсивностью теплового воздействия при использовании в качестве источника зажигания газовой горелки. Кроме того, точность определения температуры воспламенения снижается из-за существующего градиента температуры по внутреннему пространству печи.

Целью изобретения является повышение достоверности определения показателей пожароопасности материалов, расширение функциональных возможностей при проведении испытаний одновременно в потоке нагретого газа и лазерного излучения, что осуществляется с помощью установки, электрическая печь которой выполнена в виде трубы с соплом Ветошинского и снабжена устройством для создания регулируемого потока, а также лазером с ослабителем и измерителем средней мощности, при этом держатель образца размещен на выходе сопла, а луч лазера ориентирован на держатель образца.

Совместное воздействие потока нагретого газа и лазерного излучения позволяет расширить функциональные возможности способа в части регулирования мощности источника зажигания. Одновременно возрастает достоверность результатов за счет точного дозирования потоков тепла, передаваемых образцу конвективным и лучистым теплообменом.

Регулируемые условия теплообмена образца с нагретым газом обеспечиваются выполнением электропечи в виде трубы с дозвуковым соплом Ветошинского, создающим на выходе П-образный профиль скорости регулируемого воздуходувкой газового потока. Держатель с образцом материала в рабочем положении фиксируется на оси сопла, что обеспечивает равномерность обдува. Луч лазера ориентирован на рабочее положение держателя с образцом, для регулирования лучистого потока лазер снабжен ослабителем мощности, в ходе испытания измеряется средняя мощность излучения, падающего на образец.

На чертеже представлено устройство для определения показателей пожароопасности материалов.

Устройство содержит воздуходувку 1 с автотрансформатором 2 и вольтметром 3, ротаметр 4, систему электронагревательных трубчатых печей 5,6, сопло 7, блок управления нагревом печей, включающий автотрансформаторы 8, 9, 10 и амперметр 11, блок регулирования температуры газа на выходе печей и ее записи, включающий электронный потенциометр 12 с термоэлектрическим преобразователем, милливольтметр 13 и тиристорное устройство 14, блок контроля температуры, включающий электронный цифровой прибор 15 с термоэлектрическим преобразователем, укрепленным на препаратоводителе 16, держатель-подвес 17 с образцом и геркон герметизированный переключатель 18 с электронным устройством 19, фотодиод 20 с электронным устройством 19, регистрирующий блок, включающий электронные счетчики 21, 22, лазерный блок, включающий лазер 23, ослабитель 24 мощности излучения и измеритель 25 средней мощности излучения, прикладную телевизионную установку 27, 28 с видеомагнитофоном 29.

Воздуходувка 1 подает поток газа комнатной температуры в аэродинамическую алундовую трубу печей через ротаметр 4.

Система электронагревательных трубчатых печей 5 и 6 имеет мощность 4,1 кВт, что позволяет создавать температуру внутри печей до 1250^оС. Электронагреватели изготовлены из проволоки, навитой на керамические цилиндры с определенным шагом, позволяющим поддерживать равномерное температурное поле. Питание печей осуществляется от сети переменного тока. В электронагревательную печь 5 вставлена алундовая труба с внутренним диаметром 22 мм. В печь 6 вмонтировано сопло 7 Ветошинского с выходным диаметром 22 мм.

Блок управления температурой печей обеспечивает плавное регулирование нагрева людей. В блок регулирования температуры и ее записи входят электронный потенциометр 12 на диапазон температур от 0 до 1100^оС совместно с термоэлектрическим преобразователем, спай которого помещается на срезе сопла печей, милливольтметр 13, предназначенный для измерения и двухпозиционного регулирования температуры, тиристорное устройство 14. Оно применяется в качестве исполнительного элемента в электрической цепи между милливольтметром и электронагревателями печей, поддерживает заданный тепловой режим в течение длительного промежутка времени.

Дополнительный контроль нагретого газа в точке ввода образца осуществляется электронным цифровым прибором 15 в комплекте с термоэлектрическим преобразователем, укрепленным на препаратоводителе 16, служащем для ввода спая термопреобразователя в любую точку потока.

Установка держателя-подвеса 17 с образцом в рабочее положение осуществляется посредством замыкания электрической цепи, с помощью геркона 18, время срабатывания которого (0,5-2)10^-3 с и отпускания (0,1-0,7)10^-3 с, т.е. намного меньше, чем у якорных электромагнитных реле, включается часть схемы электронного устройства 19, от которого импульсы с частотой 50 Гц поступают в регистрирующий блок.

Регистрирующий блок включает в себя программный реверсивный счетчик 21, который служит для измерения периода индукции, т.е. времени до появления пламени у поверхности образца, частицы или капли.

Фотодиод 20 при попадании светового потока, превышающего установленный минимум, выключает часть схемы электронного устройства 19 и включает формирователь импульсов этого устройства 19, импульсы от которого поступают в следующий регистрирующий блок, который включает в себя электронно-счетный частотомер 22, фиксирующий момент появления пламени и время горения образца.

Телевизионная установка 27, 28 прикладного назначения в комплекте с видеомагнитофоном 29 применяется для визуального наблюдения и при необходимости для записи на пленку физических процессов, происходящих при воспламенении образца.

К устройству подведена вытяжная система.

Исследования могут проводиться с образцами (частицами) кубической (сферической, цилиндрической и др.) формы со стороной куба (2-10)10^-3 м, в которые вставлены тонкие иглы, проволока (нихром, серебро) для крепления в держателе-подвесе.

Для проведения эксперимента включается установка и задается расход воздуха (газа), который во всех опытах дает постоянную скорость нагретого потока. Скорость выбирается такой, чтобы избежать срыва пламени с образца, частицы, капли.

Устанавливают с помощью блока управления необходимый тепловой режим нагрева печей, а с помощью милливольтметра определенную температуру. Пол достижении на выходе сопла печи стационарного температурного потока, определяемого по постоянству показаний двух термопреобразователей (расхождение показаний не превышает 2,5%), убирают препаратоводителем один из термопреобразователей и всегда в ту же точку в центре потока вводят подвес с образцом. В этот момент срабатывает геркон и сигналы из электронного устройства начинают поступать в счетчик.

При (само)воспламенении образца часть светового потока от пламени попадает на фотодиод. Если интенсивность светового потока превышает установленный минимум, то первый же импульс из электронного устройства выключает канал счета времени предпламенного процесса, периода индукции и поступает на вход электронно-счетного частотомера. Начинается отсчет времени горения образца. По окончании горения исследуемого образца фотодиод затемняется, и отсчет времени горения прекращается.

Температура воспламенения образца в потоках определяется так же, как это рекомендовано [2] но при данных условиях испытаний.

Применение данных способа и устройства дает возможность кроме определения показателей пожароопасности материалов: температур (само)воспламенения, периода индукции, индекса распространения пламени, скорости выгорания, мощности лазерного излучения, приведшего к зажиганию, и т. д. изучить поведение образца при одновременном нагреве в потоке газа и в лучистом потоке различной мощности, изучать пиролиз, суммарную теплоту газификации, абляционную стойкость, лазерное инициирование и пр.

Формула изобретения

1. Способ определения показателей пожароопасности материалов, заключающийся в нагревании и зажигании образца материала и измерении температурных и временных характеристик его зажигания, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения и расширения функциональных возможностей, нагревание и зажигание образца осуществляют с помощью одновременного воздействия потоком нагретого газа и лазерного излучения.

2. Установка для определения показателей пожароопасности материалов, содержащая электрическую печь, держатель образца и регистрирующие приборы, отличающаяся тем, что, с целью повышения достоверности определения и расширения функциональных возможностей, электрическая печь выполнена в виде трубы с соплом Ветошинского и снабжена устройством для создания регулируемого потока воздуха, а также лазером с ослабителем и измерителем средней мощности, при этом держатель образца размещен на выходе сопла, а луч лазера ориентирован на держатель образца.

РИСУНКИ

Рисунок 1