CC BY
35
ТУШЕНИЕ ПОЖАРОВ
УДК 614.844.1
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОШКОВЫХ СОСТАВОВ НА ИХ ОГНЕТУШАЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ СПОСОБЕ ПОЖАРОТУШЕНИЯ
Представлены результаты экспериментальных исследований по изучению влияния свойств огнетушащих порошков, применяемых в импульсных модулях порошкового пожаротушения, на их огнетушащую способность. На основании данныхлабораторныхэкспериментов определены требования ксвойствамогнетушащего порошка, оптимизированного для модулей порошкового пожаротушения импульсного действия. Ключевые слова: огнетушащие порошки, импульсные модули порошкового пожаротушения.
Импульсный способ подачи огнетушащих порошков — довольно новый, перспективный, динамически развивающийся вид порошкового пожаротушения, который обладает определенными преимуществами, такими как:
• малая инерционность установок, построенных на основе импульсных модулей, за счет чего имеется возможность ликвидации пожара в его "зародышевой" стадии, тем самым уменьшается возможный материальный ущерб, а также вред здоровью и жизни людей и животных;
• низкая металлоемкость, невысокая стоимость установок;
• высокая эффективность импульсных порошковых модулей (относительно низкий требуемый удельный расход порошка) за счет высоких скоростных характеристик газопорошковой струи, истекающей из них.
Однако, по мнению авторов, существует возможность дальнейшего повышения эффективности импульсных порошковых модулей за счет научно-обоснованной оптимизации технологических свойств огнетушащих порошков. Данное предположение было высказано в работах [1,2]. Для достижения указанной цели были проведены лабораторные эксперименты, задачи которых сводились к следующим основным положениям:
1. Определение влияния технологических свойств порошков на их огнетушащую способность при импульсном способе тушения.
2. Нахождение зависимости огнетушащей способности порошков от их технологических свойств
и параметров подачи с учетом взаимодействия газопорошковой струи с восходящими конвективными потоками над модельным очагом пожара.
3. Обоснование свойств огнетушащих порошков для применения их в импульсных модулях.
Планирование эксперимента
Исследования проводились в лабораторных условиях путем постановки полного факторного эксперимента.
В источниках [3, 4] показано, что основными свойствами огнетушащих порошков, влияющими на их огнетушащую способность, являются: содержание в химическом составе фосфорных солей, удельная поверхность, гранулометрический состав. Исходя из этого, для наиболее полного исследования поставленных вопросов определяли следующие варьируемые факторы эксперимента:
• Х1 — массовое содержание фосфорных солей в химическом составе огнетушащего порошка (в пересчете на Р2О5). Автором работы [4] показано, что на механизм огнетушащего действия порошкового состава именно гомогенное и гетерогенное ингибирование оказывает решающее действие. Наряду с этим способность фосфорно-аммонийно-го порошка к ингибированию определяется содержанием в его составе фосфорных солей. Поэтому увеличение в химическом составе порошка доли фосфорных солей должно привести к повышению его огнетушащей способности [5].
• Х2 — удельная поверхность огнетушащего порошка. При увеличении данного параметра возрас-
тают площадь поверхности взаимодеиствия частиц порошка с активными центрами пламени (при гетерогенном ингибировании), а также скорость испарения частиц порошка (что повышает скорость гомогенного ингибирования), следовательно, должна возрастать и огнетушащая способность порошковых составов [4].
• Х3 — содержание в композиции ультрамелких частиц порошка. Очевидно, что при увеличении дисперсности порошка возрастает его огнетушащая способность. Однако такая закономерность будет справедлива до определенного, критического диаметра частиц порошка. Принимаем за критический диаметр частицы порошка йкр минимальный ее диаметр, при котором частица за счет своих показателей инерции не будет отбрасываться восходящими конвективными потоками и проникнет в зону горения. Можно предположить, что при увеличении в составе полидисперсного порошка доли частиц, имеющих диаметр ниже критического, большая их часть не проникнет в зону горения, следовательно огнетушащая способность такого порошка должна снижаться. Проведенные предварительно опыты показали, что при импульсных условиях применения порошка йкр < 25 мкм. Так как в нашем распоряжении имеются сита с минимальным диаметром ячеек 25 мкм, то значение данного фактора, т.е. содержание в составе порошка частиц, диаметр которых ниже критического, с помощью ситового анализа мы определить не сможем. Этот фактор мы можем оценить только косвенно, по удельноИ поверхности самоИ мелкоИ фракции (< 25 мкм). Как известно из источника [6], удельная поверхность порошка связана со средним размером его частиц соотношением:
й _ 60000
йсР _ Брт
(1)
• Х4 — начальная скорость газопорошковой струи. Согласно расчетным данным при увеличении начальной скорости частиц порошка снижается йкр. Следовательно, большая часть частиц проникнет в зону горения и огнетушащая способность га-зопорошковоИ струи будет возрастать. К тому же авторы работы [7] повышение огнетушащеИ способности порошка при увеличении скорости по-рошковоИ струи объясняют следующим: при прохождении частицы порошка в пламени вокруг нее образуется зона, внутри котороИ горение отсутствует. У движущеИся частицы эта зона несколько вытянута в сторону, противоположную движению, и чем быстрее перемещается частица, тем более вы-тянутоИ становится зона, где пламя еще не успело сомкнуться, и, следовательно, тем большиИ участок пламени будет потушен частицеИ за одно и то же время.
Выходное значение огнетушащеИ способности У оценивалось двумя способами:
1) по минимальноИ массе порошка, способноИ ликвидировать горение единицы площади ЛВЖ (г/м2). В лабораторноИ установке значение У определялось отношением массы навески порошка к площади очага горения;
2) по минимальноИ огнетушащеИ концентрации, определяемоИ датчиком концентрации огнету-шащего порошка, устроИство которого описано ниже. УказанныИ датчик располагался в зоне предполагаемого горения модельного очага. На рис. 1 представлены показания датчиков при подаче уста-новкоИ навески порошка массоИ 200, 300 и 400 мг. Можно видеть, что при подаче навески огнетуша-щего порошка массоИ 200 мг создаваемая концентрация достигала 210 г/м3, 300 мг — 250 г/м3,400 мг — 290 г/м3. По полученным данным строился график зависимости создаваемоИ концентрации подаваемого порошка от его массы (рис. 2).
где йср — средниИ диаметр частицы, мкм;
Б — удельная поверхность, см2/г;
рт — истинная плотность вещества, г/см3.
Определение йср проводилось следующим образом:
- отбиралась фракция порошка < 25 мкм;
- определялась удельная поверхность Б этоИ фракции;
- по формуле (1) находился средниИ диаметр частиц фракции < 25 мкм.
Очевидно, что при увеличении удельноИ поверхности фракции < 25 мкм уменьшается средниИ диаметр частиц порошка и, соответственно, большая их часть будет иметь диаметр ниже критического, т.е. в определенных условиях не будет проникать в зону горения.
0,4 0,6 0,8 1,0 1,: Время, с
Рис. 1. Показания датчика концентрации огнетушащего порошка, расположенного в предполагаемоИ зоне горения модельного очага
Таблица 1. Диапазоны варьирования факторов
200 300 400
Масса подаваемой навески порошка, мг
500
Рис. 2. Зависимость создаваемой концентрации подаваемого порошка от его массы
Рис. 3. Схема объекта исследования
Таким образом, определив минимальную массу навески порошка, способную ликвидировать горение очага, по рис. 2 можно найти минимальную огнетушащую концентрацию применительно к конкретной лабораторной установке.
По методике, описанной в монографии [8], строится план полного факторного эксперимента.
Схематичная модель объекта исследования в виде "черного ящика" представлена на рис. 3.
Диапазоны варьирования факторов, приведенные в табл. 1, выбраны исходя из геометрических размеров экспериментальной установки, а также технологических особенностей и возможностей изготовления порошка конкретным производителем.
Середина диапазона варьирования фактораХ1:
X + X
X (0) _ _ i min i max
2
Интервал варьирования фактора Xi:
Л _ X - X (0) _ X (0) - X
i i max i i i min •
Кодированное обозначение фактора X,:
X,. - X<0>
X; _
Л i
(2)
(3)
(4)
Фактор Кодированное обозначение
-1 0 +1
Хъ % 15 35 45
X2, см2/г 4400 5100 5800
X3, см2/г 6800 7800 8800
X4, м/с 9,4 16,5 23,6
Таблица 2. План факторного эксперимента
№ опыта № образца огнетушащего порошка Варьируемые факторы
X1 X2 X3 X4
1 1 0 -1 -1 -1
2 1 0 -1 -1 0
3 1 0 -1 -1 +1
4 4 0 -1 0 -1
5 4 0 -1 0 0
6 4 0 -1 0 +1
7 2 0 -1 +1 -1
8 2 0 -1 +1 0
9 2 0 -1 +1 +1
10 9 0 0 -1 -1
11 9 0 0 -1 0
12 9 0 0 -1 +1
13 5 0 +1 -1
14 5 0 +1 0
15 5 0 +1 +1
16 3 0 +1 0 -1
17 3 0 +1 0 0
18 3 0 +1 0 +1
19 6 0 +1 +1 -1
20 6 0 +1 +1 0
21 6 0 +1 +1 +1
22 7 -1 0 -1 -1
23 7 -1 0 -1 0
24 7 -1 0 -1 +1
25 8 +1 0 -1
26 8 +1 0 0
27 8 +1 0 +1
В табл. 2 представлен план полного факторного эксперимента в кодированных обозначениях. На основании табл. 2 было разработано техническое задание для завода-изготовителя на выпуск экспериментальных образцов огнетушащих порошков. Их свойства были заданы по определенным соответствующими нормами методикам и представлены в табл. 3.
Обоснование методики определения огнетушащей способности порошков
При практическом применении средств порошкового пожаротушения их огнетушащая способность будет зависеть как от свойств самого порош-
Таблица 3. Свойства экспериментальных образцов огнетушащих порошков
Свойства Номер образца
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Р2О5, % 34,72 35,18 35,27 34,82 34,73 35,04 14,56 45,03 35,15
Удельная поверхность, см2/г 4385 4418 5837 4388 5788 5792 5094 5080 5059
Удельная поверхность фрак- 6779 8827 7760 7846 6830 8837 6803 6796 6765
ции < 50 мкм, см2/г
Кажущаяся насыпная плотность, кг/м3:
неуплотненная 847 646 846 792 725 800 735 649 667
уплотненная 1282 892 1231 1163 1282 1187 1020 909 962
Содержание фракции, %:
>100 мкм 9,1 7,2 10,9 8,3 0 11,3 0 0 0
100-63 мкм 6,5 4,9 3,8 2,2 6,4 5,2 8,7 5,8 7,6
63-50 мкм 4,6 9,9 2,3 2,3 2,8 2,1 7,7 8,1 6,9
50-25 мкм 24,1 34,5 11,3 39,0 11,2 20,2 13,7 17,4 15,0
< 25 мкм 55,7 43,5 71,7 48,2 79,6 61,2 69,9 68,7 70,5
ка, так и от условий его подачи, а также от газодинамических характеристик очага горения. Исходя из задач настоящего исследования, для проведения экспериментов необходимо использовать лабораторную установку, позволяющую оценивать огне-тушащую способность порошковых составов с учетом взаимодействия газопорошковой струи с восходящими над очагом горения конвективными потоками.
При использовании лабораторного метода, описанного в монографии [16], поток частиц порошка подается в зону горения снизу. При этом исключаются потери частиц порошка. Данным методом оценивается ингибирующая способность порошковых составов без учета возможности частиц порошка противодействовать восходящим потокам продуктов сгорания. По методике, регламентируемой действующими нормативными документами [17], огнету-шащая способность порошковых составов определяется путем моделирования процесса тушения из ручных огнетушителей. Характеристики газопорошковых струй, истекающих из ручных огнетушителей радикально отличаются от создаваемых импульсными модулями порошкового пожаротушения.
Таким образом, из широкого спектра известных в настоящее время лабораторных установок авторы выбрали установку, внешний вид и схема которой изображены на рис. 4 [8]. Преимущество данной установки состоит в том, что порошок на тушение модельного очага подается сверху, как и в большинстве случаев практического применения автоматических установок порошкового пожаротушения. Следовательно, моделируется процесс взаимодействия двух струй: газопорошковой и восходящих над очагом горения потоков газов. При этом можно в некоторой степени определить, какие образцы ог-
Рис. 4. Общий вид (а) и схема (б) лабораторной установки по определению огнетушащей способности порошков: 1 — воздуходувка; 2 — газовый вентиль; 3 — газовый трехходовой электроклапан; 4 — газовый ротаметр; 5 — металлическая кювета; 6 — распылитель порошка; 7 — металлический противень
нетушащего порошкового состава лучше преодолевают воздействие восходящих над очагом горения потоков. К тому же в данной установке порошок на тушение модельного очага пожара подается ква-зимгновенно, что наиболее приближенно моделирует работу импульсных порошковых систем.
Таблица 4. Результаты лабораторных экспериментов
Рис. 5. Датчик концентрации огнетушащего порошка
Рис. 6. Регистрирующий прибор "Микролаб"
Методика лабораторного эксперимента
Работа на установке осуществлялась в следующей последовательности. Навеска огнетушащего порошка загружалась в металлическую кювету 5 (см. рис. 4, б), представляющую собой трубку с внутренним диаметром 5 мм и отверстием для загрузки порошка. В круглый противень 7 диаметром 70 мм и с высотой борта 10 мм заливалось 10 см3 октана. Далее октан зажигался и свободно горел в течение 60 с. По истечении этого времени от воздуходувки 1 через трехходовой электроклапан 3 воздух подавался в сосуд 5, затем порошково-воздуш-ная смесь через распылитель 6 поступала на очаг горения 7. Расстояние от распылителя до поверхности октана составляло 400 мм.
Эксперименты проводились, согласно плану, при трех значениях расхода воздуха, который регулировался с помощью ротаметра 4 и вентиля 2. Таким образом изменялась начальная скорость газопорошковой струи, значение которой определялось по формуле:
WH = Qe /SHac,
(5)
где Qe — расход воздуха, определяемый по ротаметру (см. рис. 4), м3/с;
SHac — площадь выпускного отверстия насадка, м2, составляла 7,0710-6 м2.
№ опыта № образца огнетушащего порошка Варьируемые факторы Огнетушащая способность, г/м2
Х1 Х2 Х3 Х4
1 1 0 -1 -1 123,43
2 1 0 -1 0 97,44
3 1 0 -1 +1 77,95
4 4 0 0 -1 123,43
5 4 0 0 0 97,44
6 4 0 0 +1 58,47
7 2 0 +1 -1 129,92
8 2 0 +1 0 103,94
9 2 0 +1 +1 58,47
10 9 0 0 -1 -1 116,93
11 9 0 0 -1 0 90,95
12 9 0 0 -1 +1 71,46
13 5 0 +1 -1 -1 116,93
14 5 0 +1 -1 0 84,45
15 5 0 +1 -1 +1 58,47
16 3 0 +1 0 -1 123,43
17 3 0 +1 0 0 84,45
18 3 0 +1 0 +1 51,97
19 6 0 +1 +1 -1 136,42
20 6 0 +1 +1 0 84,45
21 6 0 +1 +1 +1 45,47
22 7 -1 0 -1 -1 142,91
23 7 -1 0 -1 0 110,43
24 7 -1 0 -1 +1 90,95
25 8 +1 0 -1 -1 110,43
26 8 +1 0 -1 0 77,95
27 8 +1 0 -1 +1 51,97
Эксперименты осуществляли при расходах воздуха 10,7и4 л/мин, что соответствовало начальной скорости газопорошковой струи 23,6, 16,5 и 9,4 м/с соответственно. В реальных установках порошкового пожаротушения скорость газопорошковой струи может регулироваться изменением давления перед насадком. Соответствующие зависимости экспериментально определены в работе [10].
Для измерения концентрации огнетушащего порошка, а также определения скорости газопорошковой струи использовались датчики концентрации огнетушащего порошка, которые состоят из инфракрасного излучателя и фотодиода, жестко закрепленных на металлическом основании (рис. 5). При изготовлении датчиков за основу взято устройство, описанное в статье [11]. Принцип работы датчиков основан на ослаблении сигнала инфракрасного излучателя, падающего на фотодиод, с учетом затененности, создаваемой проходящим через них потоком дисперсных частиц. Данные датчики работают с вторичным прибором "Микролаб" (рис. 6).
DO
Таблица 5. Показатели огнетушащей способности образцов огнетушащего порошкового состава
Свойства Номер образца
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Огнетушащая способность, г/м2, при: W„ = 23,6 м/с 77,95 58,47 51,97 58,47 58,47 45,47 90,95 51,97 71,46
W„ =16,5 м/с 97,44 103,94 84,45 97,44 84,45 84,45 110,43 77,95 90,95
W„ = 9,4 м/с 123,43 129,92 123,43 123,43 116,93 136,42 142,91 110,43 116,93
Я 120
е
о и
ю о и о s
и
Е о
110
100
90
80
1 1
♦ Ряд 1 -----Полиномиальная
15 20 25 30 35 40 45 Содержание фосфорных солей (в пересчете на Р205), %
Рис. 7. Обобщенный график зависимости огнетушащей способности порошка от содержания фосфорных солей
4200 4400 4600 4800 5000 5200 5400 5600 5800 Удельная поверхность, см2/г
Рис. 8. Обобщенный график зависимости огнетушащей способности порошка от его удельной поверхности
Более подробное описание устройства и способа калибровки датчиков концентрации огнетушащего порошкового состава приведено в работе [12].
Результаты экспериментов и их обработка
Результаты экспериментов сведены в табл. 4 и 5. Их обработка производилась с помощью экспериментальных планов 2-го порядка с использованием компьютерной программы "STATGRAPHICS Plus 5.0" и пакета для анализа Microsoft Excel.
Рассмотрим влияние на огнетушащую способность каждого фактора в отдельности.
1. Содержание фосфорных солей в химическом составе порошка практически не зависит от его гранулометрического состава. Поэтому оценим влияние данного фактора на выходное значение по показателям огнетушащей способности образцов № 7-9 с приблизительно одинаковым гранулометрическим составом, но разным содержанием фосфорных солей. После обработки получены следующие зависимости 2-го порядка для различных значений скоростей:
• WH = 23,6 м/с:
y = - 0,032x2 + 0,649x + 88,51; (6)
• WH =16,5 м/с:
y = - 0,010x2 - 0,430x + 119,3; (7)
• Жн = 9,4 м/с:
у = 0,021х2 - 2,380х +173,7. (8)
Из формул (6) - (8) видно, что при повышении в химическом составе содержания фосфорных солей огнетушащая способность порошков увеличивается во всем диапазоне скоростей газопорошковой струи. Следовательно, данные зависимости можно обобщить и, таким образом, получить зависимость огнетушащей способности порошка от содержания в его составе фосфорных солей (рис. 7):
у = - 0,007х2 - 0,720х + 127,2. (9)
2. Зависимость огнетушащей способности порошка от удельной поверхности оцениваем по образцам № 1,5 и 9, имеющим одинаковый химический состав и удельную поверхность фракции < 25 мкм. Получены следующие зависимости 2-го порядка:
• для Жн = 23,6 м/с:
у = 1,55-10-6х2-0,043х + 252,2; (10)
• для Жн = 16,5 м/с:
у = 2,75-10-У-0,298х + 895,4; (11)
• для Жн = 9,4 м/с:
у = 2,11-10"5*2 - 0,238х + 780,4. (12)
♦ 3,84 м/с Полиномиальная (3,84 м/с)
-*- Ряд 1 -----Полиномиальная 140 — —■— 3,38 м/с ---Полиномиальная (3,38 м/с)
—а— 2,92 м/с .......Полиномиальная (2,92 м/с)
8,5 10,5 12,5 14,5 16,5 18,5 20,5 22,5 24,5 Начальная скорость газопорошковой струи, м/с
Рис. 9. Обобщенный график зависимости огнетушащей способности порошка от начальной скорости газопорошковой струи
Из уравнений (10) - (12) видно, что для образцов огнетушащих порошков, имеющих одинаковый химический состав и долю частиц диаметром ниже критического, возрастание их огнетушащей способности при повышении удельной поверхности для различных скоростей имеет одинаковый характер. Обобщая уравнения (10)-(12), получаем усредненную зависимость огнетушащей способности порошков от их удельной поверхности (рис. 8):
у = 1,67-10х - 0,193х + 642,7.
(13)
3. При изучении зависимости огнетушащей способности от начальной скорости газопорошковой струи для всех образцов огнетушащих порошков видно, что при увеличении скорости струи огнетушащая способность возрастает для всех образцов. Обобщая, получаем зависимость, графически представленную на рис. 9:
у = 0,02866х - 5,317х + 172,3.
(14)
Влияние удельной поверхности фракции < 25 мкм, т.е. доли частиц порошка, имеющих диаметр ниже критического, на огнетушащую способность оцениваем по усредненным показаниям групп образцов порошков: №№ 1,2,4 и 3,5,6, которые имеют приблизительно одинаковые показания удельной поверхности и содержания в химическом составе фосфорных солей. Данные зависимости представлены на рис. 10.
На рис. 10 видно, что при различных скоростях газопорошковой струи вид зависимости огнетушащей способности образцов порошка от удельной поверхности фракции < 25 мкм будет различаться. Так, при высоких скоростях увеличение удельной поверхности фракции < 25 мкм ведет к возрастанию огнетушащей способности порошка, при низких скоростях — к ее снижению.
Для более полного представления процесса взаимодействия газопорошковой струи с конвек-
7000 7500 8000 8500 9000 Удельная поверхность фракции <25 мкм, см2/г
Рис. 10. Зависимость огнетушащей способности порошка от удельной поверхности фракции < 25 мкм при различных скоростях подачи
тивными потоками, определим максимальную скорость восходящих потоков над модельным очагом пожара по методике, приведенной в статье [13], и сравним ее со скоростью подаваемой газопорошковой струи.
Согласно [13, 14] максимальная скорость восходящих потоков определяется по формуле:
Ж = 1,8501/5, (15)
где Q — тепловая мощность пожара.
Высота, на которой скорость восходящих потоков достигает максимального значения, вычисляется следующим образом:
г = 0^ 2/5. (16)
Тепловая мощность пожара может быть определена по массовой скорости выгорания горючего т, низшей теплоте сгорания Qн и площади пожара 5:
Q = (17)
Подставляя в формулы (15) - (17) справочные данные [15] по октану и характеристики лабораторной установки, вычисляем: на высоте 2 = 0,22 м скорость восходящих потоков над модельным очагом пожара достигает значения Ж = 3,12 м/с.
Для нахождения скорости газопорошковой струи на высоте 0,22 м от модельного очага пожара (0,18 м от распылителя) необходимо провести эксперименты по определению скорости струи на различных расстояниях от распылителя. Для этого на определенных расстояниях от распылителя 1, как
к к к и
Рис. 11. Схема лабораторной установки по определению огнетушащей способности порошков: 1 — распылитель порошка; 2 — датчик концентрации; 3 — металлический противень
показано на рис. 11, размещаем датчики концентрации огнетушащего порошка.
При прохождении газопорошковой струей датчиков №№ 1 и 2 фиксируется соответственно время т1 и т2. Период опроса датчиков составляет 10-3 с, что значительно меньше времени прохождения дисперсными частицами расстояния между двумя датчиками. Таким образом, обеспечивается высокая точность полученных результатов. Скорость газопорошковой струи определяется по отношению расстояния между датчиками / к интервалу времени Дт = т2 - х1:
Жсп1р = //Дт. (18)
Результаты экспериментов приведены на рис. 12 и в табл. 6.
Из рис. 12 получаем зависимости мгновенной скорости газопорошковой струи от расстояния до распылителя:
• для подачи 4 л/мин:
у = - 9,75х2 + 2,44х + 3,399; (19)
• для подачи 7 л/мин:
у = - 16,75х2 + 5х + 4,429; (20)
• для подачи 10 л/мин:
у = -31,5х2+11,76х + 4,160. (21)
По формулам (19) - (21) и графикам рис. 13 определяем скорость газопорошковой струи нарас-
—♦— 4 л/мин Полиномиальная (4 л/мин)
■ 7 л/мин ---Полиномиальная (7 л/мин)
5,5 г —А— 10 л/мин ......Полиномиальная (10 л/мин)
0
1
О
5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5
= -16, 75л2 + 5х + 4,4294
р=—-
У = -31,! х2 +11,7) « + 4,160 7
у = -9 75л2 + 2/ Ах + 3,39 99^^
0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 Расстояние от распылителя, м
Рис. 12. Скорость газопорошковой струи
Таблица 6. Скорость газопорошковой струи на различных расстояниях от распылителя
Подача, Расстояние Скорость газопорош-
л/мин от распылителя, м ковой струи, м/с
0,15 3,57
4 0,25 0,35 3,33 3,13
0,45 2,50
0,15 4,76
7 0,25 0,35 4,76 4,00
0,45 3,33
0,15 5,26
10 0,25 0,35 5,00 4,55
0,45 3,03
0 18
стоянии 0,18 м от распылителя Ж ст1р и отношение этой скорости к скорости восходящих потоков Ж:
• для подачи 4 л/мин:
Жс0тР8= 3,53 м/с; Жс0тр8/Ж =1,131;
• для подачи 7 л/мин:
= 4,79 м/с; Ж^Р/Ж = 1,535;
0,18
стр
стр ,
для подачи 10 л/мин:
Ж,
0,18
: 5,25 м/с; Ж тР/Ж = 1,683.
Таким образом, после обработки экспериментальных данных получаем следующие зависимости огнетушащей способности от удельной поверхности фракции < 25 мкм:
для диапазона Ж,*/Ж = 1,131-1,333:
у = 0,00000306319х - 0,041х + 260,6; (22)
• для диапазона Ж,*/Ж = 1,333-1,609:
у = 0,00000155778х2 - 0,022х + 173,6; (23)
• для диапазона Ж,*/Ж = 1,609-1,683:
у = 0,00000485875х2 - 0,084х + 414,7. (24)
Обобщая зависимости (9), (13), (14) и (22) - (24), получаем математическую модель объекта исследования:
• для диапазона Ж,*/Ж = 1,131-1,333:
У = - 0,007239X2 - 0,7206X1 + 1,672 • 10 X22 -- 0,1932X2 + 3,063 • 10 -6 Х32 - 0,04149X3 + + 0,02866X42 - 5,317X4 + 887,497; (25)
для диапазона Ж,р /Ж = 1,333-1,609:
У = -0,007239X!2 - 0,7206X1 + 1,672 • 10-5 X2 -
- 0,1932X2 + 1,558 • 10 -6X32 - 0,02276X3 +
+ 0,02866X4 - 5,317X4 + 832,578; (26)
для диапазона Ж,*/Ж = 1,609-1,683:
У = -0,007239X!2 - 0,7206X1 + 1,672 • 10-5 X2 -
- 0,1932X2 + 4,859 • 10 -6 X32 - 0,08398X., +
+ 0,02866X42 - 5,317X4 + 1103,45. (27)
Выводы и предложения
Отметим основные результаты работы: 1. При повышении в химическом составе порошка содержания фосфорных солей возрастает его огнетушащая способность, причем при приближении содержания Р2О5 к 45% влияние данного фактора на огнетушащую способность становится еще более значимым (см. рис. 7). Поэтому, по мнению авторов, в импульсных модулях целесообразно использовать огнетушащий порошок с содержанием в своем составе 43-48% фосфорных солей (в пересчете на Р2О5).
2. При повышении удельной поверхности порошка возрастает его огнетушащая способность. Однако повышать удельную поверхность порошка целесообразно за счет уменьшения доли крупных фракций (> 25 мкм).
3. Введено понятие "критический диаметр частиц порошка", ниже которого такие частицы будут отбрасываться конвективными потоками, не приникая в зону горения. Поэтому увеличение удельной поверхности, т.е. уменьшение размера частиц, целесообразно до определенного для данной скорости газопорошковой струи значения. Дальнейшее уменьшение размера частиц порошка приведет к снижению огнетушащей способности.
Анализируя зависимости (25) - (27), можно сформулировать следующие оптимальные требования к порошку для импульсных установок:
1) максимально возможное содержание в химическом составе фосфорных солей;
2) наибольшая удельная поверхность за счет снижения в его составе доли фракции > 25 мкм;
3) удельная поверхность фракции < 25 мкм должна составлять:
• для диапазона Ж,*/Ж = 1,131-1,333 —
6000-6500 см2/г;
• для диапазона Ж,*/Ж = 1,333-1,609 —
7000-8000 см2/г;
• для диапазона Ж,*/Ж = 1,609-1,683 —
8500-9000 см2/г.
Это соответствует, согласно выражению (1), следующим значениям среднего диаметра частиц фракции < 25 мкм: 5,7; 4,57 и 3,81 мкм.
Следует обратить внимание, что данные требования получены исходя из наиболее высокой огнетушащей способности порошка. Авторами не проводилась проверка таких эксплуатационных параметров образцов порошков, как слеживаемость, текучесть, гидрофобные свойства, что может послужить целью дальнейших научных исследований.
Результаты данной работы основаны на лабораторных опытах и требуют подтверждения в полигонных условиях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сабинин, О. Ю. Огнетушащие порошки. Проблемы. Состояние вопроса / О. Ю. Сабинин, С. М. Агаларова // Пожаровзрывобезопасность. — 2007. — Т. 16, № 6. — С. 63-68.
2. Долговидов, А. В. Автоматические средства подачи огнетушащих порошков /А. В. Долго-видов, О. Ю. Сабинин // Пожаровзрывобезопасность. — 2008. —Т.17,№ 1.—С. 62-67.
3. Краснянский, М. Е. Порошковая пожаровзрывозащита/М. Е. Краснянский. —Донецк: [б. и.], 1994. — 152 с.
4. Баратов, А. Н. Огнетушащие порошковые составы / А. Н. Баратов, Л. П. Вогман. — М. : Стройиздат, 1982. — 72 с.
5. Ксандопуло, Г. И. Химия газофазного горения /Г. И. Ксандопуло, В. В. Дубинин. — М. : Химия, 1987. — 240 с.
6. Симбирцев, Н. А. Основы технологии подготовки дисперсных материалов при переработке энергетических конденсированных систем. Часть 1. Изучение свойств и подготовка дисперсных материалов/Н. А. Симбирцев, Ю. М. Милехин, В. М. Меркулов [и др.]. — М. : [б. и.], 2006. — 192 с.
7. Подгайный, В. П. Экспериментальное исследование закономерностей тушения горючих веществ и материалов огнетушащими порошками / В. П. Подгайный, И. И. Зозуля, Н. И. Ко-пыльный [и др.] // Пожаротушение. — М. : ВНИИПО, 1986. — С. 170-180.
8. Адлер, Ю. И. Введение в планирование эксперимента / Ю. И. Адлер. — М. : Металлургия, 1968. — 155 с.
9. Волкова, В. К. Лабораторная установка для исследования огнетушащей эффективности порошковых составов / В. К. Волкова, Л. П. Вогман, В. Г. Михайлов [и др.] // Пожарная техника и тушение пожаров. — М. : ВНИИПО, 1974. — Вып. 12. — С. 74-77.
10. Прохоров, В. П. Исследование подачи огнетушащих порошков в автоматических установках пожаротушения : дис. ... канд. техн. наук. — М. : ВИПТШ МВД СССР. 1980. — 210 с.
11. Масенников, В. В. Установка для определения концентрации огнетушащего аэрозоля / В. В. Масенников, Л. Г. Неводниченко, Б. П. Друженец [и др.] // Пожаровзрывобезопасность.
— 1995. — Т. 4, № 2. — С. 42-45.
12. Грачев, В. А. К вопросу измерения концентрации дисперсных частиц в нестационарном двухфазном потоке огнетушащего вещества / В. А. Грачев, О. Ю. Сабинин, М. В. Гуреев // Вестник Академии Государственной противопожарной службы. — 2007. — № 7. — С. 91-95.
13. Вайсман, М. Н. Порошковое пожаротушение / М. Н. Вайсман, В. А. Кущук // Юбилейный сборник трудов Всероссийского научно-исследовательского института противопожарной обороны. — М. : ВНИИПО, 1997. — С. 414-426.
14. Сох, G. / G. Сох and R. Chitty // Combustion and Flame. — 1980. — Vol. 39. — P. 191-209.
15. Баратов, А. Н. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : справочное изд. — В 2-х кн. / А. Н. Баратов, А. Я. Корольченко, Г. Н. Кравчук [и др.]. — М. : Химия, 1990. — Кн. 2. — 384 с.
16. Горшков, В. И. Тушение пламени горючих жидкостей/В. И. Горшков. — М. : Пожнаука, 2007.
— 268 с.
17. ГОСТ 26952-86. Порошки огнетушащие. Общие технические требования и методы испытаний. —Утв. Госстандарт СССР 30 июня 1986 г. ; ввод. вдействиес 1 июля 1988 г. — М. : Изд-во стандартов, 1986.
Материал поступил в редакцию 12.08.08.
© Сабинин О. Ю., 2008 г. (тел. +7 (499) 271-15-92).
