CC BY
20
Тушение пожаров
УДК 614.84.664
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ И РЕЖИМА РАБОТЫ ПЕНОГЕНЕРИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА НА ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ ВЫСОКОКРАТНОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ПЕНЫ
С. С. Воевода*
Академия Государственной противопожарной службы МЧС России
Рассмотрено влияние на процесс пенообразования таких характеристик пеногенератора, как плотность орошения сетки (сеток), дисперсность капель, формы факела распыла пено-образующего раствора, расстояния от сопла пеногенератора до сетки (сеток), геометрические характеристики самой сетки, а также при использовании пакета сеток — их взаимное расположение.
Цель настоящей работы заключалась в выявлении влияния конструкции и режима работы пе-ногенерирующего устройства на процесс образования высокократной противопожарной пены. Были изучены следующие аспекты:
• влияние расстояния от сопла распылителя до пакета сеток;
• влияние плотности орошения пакета сеток пе-нообразующим раствором;
• влияние количества и порядка расположения сеток в пакете;
• влияние размера ячеек в сетках;
• влияние скорости воздуха
Ранее была определена зависимость кратности пены от скорости воздушного потока, проходящего через пакет сеток при постоянной и переменной плотности орошения, а также зависимость максимальной кратности пены и критической скорости пенообразования от величины ячейки сетки [1].
Предварительные испытания проводили с использованием растворов индивидуального вещества sodium octylsufte при концентрации 2% масс. Контроль кратности пены осуществлялся прибором ИКРАП. В зависимости от целей исследования пенообразование проводили при расходе раствора от 0,03 до 0,6 см3/с. Нижний предел расходараство-ра определялся ценой деления жидкостного ротаметра, а верхний обуславливался экономией испы-
туемого образца и работоспособностью утилизатора пены, получаемой в результате эксперимента.
Испытания проводились в следующей последовательности. Предварительно при двух расходах жидкости (0,25 и 0,5 см3/с) было изучено влияние расстояния от форсунки распылителя до пакета сеток на максимальную кратность получаемой пены и критическую скорость пенообразования. Для данной конструкции пеногенератора наилучшие значения контрольных параметров достигались при расстоянии от форсунки распылителя до пакета сеток 52 ± 2 мм.
Этот факт объясняется тем, что проекция телесного угла факела распыла раствора практически полностью совпадает с проекцией рабочей поверхности первой сетки пакета. В процессе исследования установлено, что подъем форсунки распылителя ведет к обеднению раствором центральной части рабочей поверхности сетки, а уменьшение расстояния между форсункой и сетками ведет к обеднению периферийной области рабочей поверхности сеток. В обоих случаях срыв процесса пенообразования происходил раньше, чем при выбранном оптимальном расстоянии. Таким образом, выбранное расстояние сохранялось при проведении дальнейших исследований.
При низкой скорости воздушного потока над сетками создается некоторый избыток раствора, ко-
Автор выражает огромную благодарность своему учителю — докт. техн. наук, профессору А. Ф. Шароварникову, ведущему специалисту в области обеспечения противопожарной защиты объектов топливно-энергетического комплекса страны, за анализ и критику результатов работы.
*
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 3'2004
торый обеспечивает устойчивое пенообразование. Формирование смачивающей и пенной пленок идет по всей рабочей поверхности сетки. При этом воздух, идущий на пенообразование, полностью используется при формировании пены (коэффициент использования воздуха В = 1). При таком режиме работы процесс пенообразования идет устойчиво, а зависимость кратности пены от скорости воздушного потока (начальный участок графика) носит линейный характер. С увеличением скорости воздушного потока (а значит, и с его расходом) все больше раствора расходуется на образование пены. При достижении скорости воздуха таких значений, когда образование пенных пленок не обеспечивается необходимым количеством раствора, на рабочей поверхности сетки образуются участки с недостаточным количеством жидкости. Таким образом, появляются участки с пониженным гидравлическим сопротивлением, через которые проходит часть воздуха, не поглощенного пеной. Режим пе-нообразования становится нестабильным, в пене появляются воздушные пустоты — "каверны", кратность пены перестает нарастать, а затем начинает снижаться. Графически это выглядит наличием линейных и нелинейных участков на графике, а также наличием точки перегиба на нелинейном участке, которая соответствует значению максимальной кратности пены. Нормаль, проведенная из точки перегиба на ось абсцисс, дает значение критической скорости воздушного потока [1,2].
Максимальная кратность пены Ктах и критическая скорость воздушного потока укр определяются экспериментально, а коэффициент использования воздуха В определяется расчетным методом из соотношения:
B =
V
"vk
f
= K
Vi
vk
(i)
где В — коэффициент использования воздуха;
— объем пены при критическом режиме пе-
нообразования;
V¡к — объем воздуха, пошедшего на пенообразование, при критической скорости воздушного потока;
Ктах — максимальная кратность полученной пены;
— объем раствора, израсходованного на получение пены.
В результате проведения экспериментов было установлено, что максимум кратности пены достигается при низких значениях расхода пенообразу-ющего раствора. Однако при работе установки в таком режиме процесс пенообразования недостаточно стабилен, поэтому исследования проводили как минимум при двух значениях расходов раствора
W hfl
2 ®
к "V
Й с
? fS ° к о
a is
^ ь
S а
500
400
300
200
100
0,04 0,16 0,36 0,64 Площадь ячейки сетки, х10
1,00
1,44
РИС.1. Зависимость максимальной кратности пены от площади квадратной ячейки сетки при испытании 2% раствора sodium octylsulfate
800
700
600
500
400
& И
300
200
100
0 0,054 кг/(м2-с) € 0,09 кг/(м2-с) Q 0,36 кг/(м2-с)
0 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 Скорость воздуха, м/с
РИС.2. Зависимость кратности пены от скорости воздушного потока, проходящего через пакет сеток пеногенератора, при различной плотности орошения сеток
0,03 и 0,1 см3/с, что соответствует плотности орошения рабочей поверхности сеток 0,054 и 0,18 кг/(м2 • с).
При расходе раствора 0,03 см3/с изучено влияние размера ячеек сетки на процесс пенообразова-ния. Количество сеток в пакете обычно равнялось трем. При увеличении их числа ухудшались параметры пенообразования, а их уменьшение снижало гидравлическое сопротивление пакета сеток, что ухудшало точность регулировки воздуха, идущего на пенообразование. На рис. 1 представлен график, отражающий зависимость максимальной кратности пены от размера ячеек сетки. Ранний срыв процесса пенообразования наиболее заметен при использовании сеток с величиной ячейки 0,08x0,08 мм. Сетки с размером ячейки 0,75x0,75 мм позволяли достигать наибольшей кратности пены. Дальнейшее увеличение размеров ячеек приводило к преждевременному срыву процесса пенообразования.
В этих опытах пакет состоял из трех сеток с одинаковым размером ячеек, но при проведении дальнейших экспериментов было выявлено, что процесс пенообразования стабильнее идет при использовании в пакете различных сеток.
0
ТУШЕНИЕ ПОЖАРОВ
В ходе исследований было установлено, что кратность получаемой пены можно регулировать как изменением расхода раствора, так и изменением расхода воздуха, которые определяют соответственно плотность орошения сеток и скорость воздушного потока, проходящего через эти сетки. С учетом этого были проведены эксперименты с целью выявления зависимости кратности пены от скорости воздушного потока при различной плотности орошения пакета сеток, для выявления оптимальной плотности орошения. Результаты экспериментов представлены графически (рис. 2).
Кривые имеют характерное линейное начало, проходят через максимум, далее, с увеличением
скорости воздушного потока, следует спад кратности. Чем выше расход раствора, а соответственно, и плотность орошения пакета сеток, тем меньше максимальное значение кратности получаемой пены. Кроме того, с увеличением плотности орошения максимум кратности пены однозначно смещается в область высоких скоростей воздушного потока. Наибольшую кратность пены удавалось получить при малых скоростях воздуха, проходящего через сетки.
Таким образом, описано влияние конструкции и режима работы пеногенерирующего устройства на процесс образования высокократной противопожарной пены в лабораторных условиях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шароварников А. Ф. Противопожарные пены. Состав, свойства, применение. — М.: Знак, 2000.
2. ШароварниковА. Ф., Казаков М. В. Изучение процесса пенообразования в генераторах с принудительной подачей воздуха // Пожарная техника и тушение пожаров. — М.: ВНИИПО, 1979. — С. 114.
Поступила в редакцию 20.01.04.
