Автореферат (1172923), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Исследуемые смеси готовили непосредственно в предварительно отвакуумированном реакционном сосуде по парциальным давлениям.Для формирования сферического пламени источник зажигания (пережигаемаянихромовая проволочка) установлен в центре сосуда.9Развивающееся при горении смеси давление регистрировали с помощьюбыстродействующего датчика давления с постоянной времени не более 10 -3 с.Сигнал с датчика подавался на аналого-цифровой преобразователь и далеена компьютер.В качестве горючих газов использовали метан и водород, в качествефлегматизаторов – трифторметан (CF3H), пентафторэтан (C2F5H) и перфторбутан (C4F10). Окислительная среда представляла собой смесь азота и кислородас содержанием О2 15; 20,6 (воздух) и 25 %(об.).Максимальное давление взрыва, максимальную скорость нарастаниявзрыва и нормальную скорость горения определяли путем обработки замеренных зависимостей «давление – время» в соответствии с методиками, представленными в ГОСТ 12.1.044-89*.Отдельный раздел второй главы посвящен детальной оценке погрешностей измеряемых величин.Третья глава «Разработка методики оценки искробезопасностиконструкционных материалов» посвящена разработке и апробации методикиоценки искробезопасности конструкционных материалов.Проанализированы нормативные документы, регламентирующие требования пожарной безопасности к искробезопасности конструктивных материалов и методам ее оценки.
Отмечено, что требования к искробезопасности конструкционных материалов содержатся как в «Правилах противопожарногорежима в Российской Федерации», так и в отраслевых правилах пожарной безопасности. Выявлено, что стандартизированная методика испытаний на искробезопасность имеется лишь для материалов электрооборудования и не можетнапрямую быть использована для конструкционных материалов. В литературеописана методика оценки искробезопасности конструкционных материалов,разработанная в ФГБУ ВНИИПО МЧС России и носящая рекомендательныйхарактер. Эта методика, прошедшая апробацию в течение ряда лет, взятаза основу для создания метода оценки искробезопасности конструкционныхматериалов в целях разработки проекта соответствующего государственногостандарта.
На рисунке 2 приведена принципиальная схема экспериментальнойустановки, реализующей рассматриваемую методику.Опыты проводят следующим образом. Исследуемый образец и вращающийся диск (далее по тексту – испытываемая пара) закрепляют в реакционномсосуде с необходимой силой притяжения. Закрывают крышку реакционногососуда и осуществляют герметизацию ввода вала электродвигателя в реакционный сосуд.
Вакуумируют реакционный сосуд и по парциальным давлениямсоставляют исследуемую горючую смесь. Ослабляют уплотнение вала электродвигателя, включают его и фиксируют время (tз) до момента зажигания смеси,которое регистрируют визуально и по показаниям манометра. Если зажиганиесмеси не происходит в течение 1 мин., регистрируют отсутствие зажиганияи воспламеняют смесь с помощью контрольного источника зажигания (электрическая искра).10Рисунок 2 – Принципиальная схема установки по исследованиюискробезопасности конструкционных материалов:1 – реакционный сосуд; 2 – прозрачная крышка; 3 – исследуемый образец;4 – держатель; 5 – прижимной механизм; 6 – диск; 7 – электродвигатель;8 – передаточный механизм; 9 – манометр; 10 – вакуумный насос;11 – вакууметр; 12 – свеча зажигания; 13 – понижающий трансформатор;14 – баллон с горючим газомПовторяют процедуру испытаний для каждого состава горючей смесине менее 2–5 раз, определяя среднее время задержки зажигания (tср з).
Определяют число соударений в единицу времени N по формуле:N = 2nk,(1)где n – число оборотов диска в единицу времени, с-1; k – число сегментовна диске, обуславливающих ударное соприкосновение образцов (k = 4).Вычисляют вероятность зажигания Р для испытываемой пары конструкционных материалов (исследуемого образца и вращающегося диска) по формуле:P = 1/(tср з N).(2)Рекомендуемая частота вращения диска составляет около 7000 об/мин.Следует отметить, что отличительной чертой предложенной установкиявляется форма диска, с четырех сторон которого были удалены сегменты,в результате чего было достигнуто механическое воздействие в виде быстрочередующихся ударов, сопровождающихся трением образцов.На рисунках 3, 4 представлены типичные зависимости вероятности зажигания от концентрации горючего газа в воздухе для водорода и метана.11Рисунок 3 – Зависимость вероятности зажигания водородовоздушных смесейот концентрации Н2 в воздухе при соударениях образцов из малоуглеродистойстали и высокоуглеродистой термообработанной сталиРисунок 4 – Зависимость вероятности зажигания ацетиленовоздушных смесейот концентрации ацетилена в воздухе при соударениях образцовиз малоуглеродистой стали12Как следует из рисунка 3, максимальная вероятность зажигания реализуется для бедных водородовоздушных смесей в соответствии с литературнымиданными.
Интересной особенностью обладают экспериментальные данныедля ацетилена, для которого максимальная вероятность зажигания реализуетсяне для бедных, а для богатых смесей. До сих пор такого эффекта в литературене описано. Данная особенность обусловлена, вероятно, склонностью ацетиленовых пламен к сажеобразованию и кинетикой этого процесса, существенноотличающегося от химической кинетики горения водорода и других углеводородов.
Влияние вида конструкционных материалов на вероятность зажиганияпроявляется, в частности, высокой теплопроводностью материалов (чем вышетеплопроводность, тем ниже вероятность зажигания).Показано, что зажигающая способность искр удара и трения не коррелирует со стандартной температурой самовоспламенением горючих газов. Однакопрослеживается связь с минимальной энергией зажигания (чем ниже минимальная энергия зажигания, тем выше вероятность зажигания фрикционнымиискрами).Из проведенных исследований следует вывод, что говорить об искробезопасности того или иного конструкционного материала можно лишь с указаниемтого, с каким другим материалом может происходить соударение или трениеи по отношению к какой парогазовой смеси оценивается искробезопасность.При этом минимальная энергия зажигания горючих газов и паров может бытьиспользована как сравнительный параметр.
Путем проведенного анализа экспериментальных данных выявлено, что в качестве величины вероятности зажигания, условно разделяющей искробезопасные и неискробезопасные материалы,может быть выбрана величина 10-4.Четвертая глава «Экспериментальное исследование влияния фторированных углеводородов на характеристики горения околостехиометрическихсмесей водорода и метана в различных окислительных средах» посвященаизложению результатов экспериментальных исследований влияния фторированных углеводородов на характеристики горения околостехиометрическихсмесей метана и водорода в окислительных средах с различным содержаниемкислорода.На рисунках 5, 6 представлены зависимости максимального давлениявзрыва (ΔРмах) от содержания фторированых флегматизаторов (Cd) для смесейН2 – воздух и СН4 – воздух, из которых видно, что при относительно малыхконцентрациях флегматизаторов величина ΔРmax слабо зависит от Сd, имеянебольшие максимумы.
В случае химически инертных флегматизаторовс мольными теплоемкостями, близкими к мольным теплоемкостям изученныхфторированных углеводородов, наблюдалось бы заметное уменьшение ΔРmaxкак функции Сd, в нашем же случае наблюдается эффект промотированиягорения. Однако, если мы рассмотрим зависимость максимальной скоростинарастания давления взрыва и нормальной скорости горения от Cd, картинабудет совершенно иная (рисунки 7, 8).13Рисунок 5 – Зависимость максимального давления взрыва водорода в воздухеΔРmax от содержания флегматизаторов CdРисунок 6 – Зависимость максимального давления взрыва метана в воздухеΔРmax от содержания флегматизаторов Сd14Рисунок 7 – Зависимость максимальной скорости нарастания давления взрыва(dР/dt)max для горения метана в воздухе от содержания флегматизатора CdРисунок 8 – Зависимость нормальной скорости горения водорода в воздухе Suот содержания флегматизатора CdЗависимости, представленные на рисунках 7, 8 могут быть интерпретированы как проявление эффекта ингибирования.15Таким образом, наличие эффектов промотирования или ингибированиязависит не только от вида горючего и флегматизатора и их концентраций,но и от параметра, по которому оценивается эффект (в нашем случае это,с одной стороны, максимальное давление взрыва и, с другой стороны, максимальная скорость нарастания давления взрыва и нормальная скорость горения).Качественно близкие результаты получены и при горении в окислительных средах с содержанием кислорода 15 и 25 %(об.) (рисунки 9, 10).Рисунок 9 – Зависимость максимальной скорости нарастания давления взрыва(dР/dt)max для горения метана в окислительной среде с концентрациейкислорода 25 %(об.) от содержания флегматизаторов CdРисунок 10 – Зависимость нормальной скорости горения Su метана от содержанияфлегматизаторов при концентрации кислорода в окислительной среде 15 %(об.)16Для качественного объяснения полученных результатов воспользуемсярезультатами опубликованных в литературе работ V.I.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
