Диссертация (1172924), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Из представленного определения видно, что этопонятие тесно связано с понятием зажигающей способности искр удара и трения.В связи с вышесказанным наличие указанного выше технического регламентаподтверждает высокую актуальность работ, направленных на создание методикииспытаний конструктивных материалов на искробезопасность.94Методика [137] предназначена для оценки искробезопасности твердыхматериалов при трении или соударении по отношению к газопаровоздушнымсмесям и основана на анализе литературных источников, проделанном в работах[138, 139].
Экспериментальная установка, реализующая методику, состоитиз следующих основных частей:– реакционного сосуда, который представляет собой вертикальный цилиндриз нержавеющей стали с внутренним диаметром 380±5 мм, рассчитанныйна давление 1 МПа. Реакционный сосуд снабжен штуцерами для присоединениягазовых магистралей, ввода источника зажигания, датчика давления и манометра;– смотрового окна для визуального наблюдения за распространениемпламени в реакционном сосуде;– держателя исследуемого образца;–электродвигателяипередаточногомеханизма,обеспечивающеговращение диска;– системы газоприготовления;– трубопроводы с вентилями;– вакуумметр и манометр;– вакуумный насос;– искровой источник зажигания, используемый для контрольного зажиганиягазовой смеси в случае, если не произошло ее воспламенение от фрикционныхискр.Порядок проведения опытов описан в разделе 3.2 настоящей работы.Таким образом, представленный выше анализ показал, что в настоящеевремя отсутствуют общепринятые международные или национальные стандартыразвитых стран, регламентирующие методы испытаний конструкционныхматериалов на фрикционную искробезопасность.
В Российской Федерацииимеетсястандарт[134],применимыйлишьдляматериаловоболочеквзрывозащищенного электрооборудования. В то же время методика [137],применимая и для других видов материалов, хорошо зарекомендовала себя напрактике. Поэтому представляется целесообразным совершенствование этой95методики на основе имеющегося международного и отечественного опытаи создание на базе усовершенствованной методики проекта национальногостандарта, регламентирующего порядок проведения испытаний материаловна фрикционную искробезопасность.3.2 Основные положения методики испытаний конструкционныхматериалов на искробезопасностьВ связи с выше изложенным, при разработке стандартизированного методаиспытаний конструкционных материалов на искробезопасность представляетсянеобходимым взять за основу методику [137], которая во многом учитываеткак методы стандарта [134], так и методы, используемые зарубежнымиисследователями.На основании проведенного в первой главе настоящей работы анализа былсделан вывод, что при количественной оценке опасности воспламенения смесейфрикционными искрами следует исходить не из величины энергии ударника илидеталей оборудования, а из скорости и массы соударяющихся предметов в видеинструмента, элементов технологического оборудования.Анализ экспериментальных данных показывает, что образование искр прииспользовании ударного инструмента наблюдается при скоростях 10–16 м/си выше, а вращающегося инструмента при скоростях, превышающих 10–20 м/с,приэтоммеханическоевзаимодействиепривращении,какправило,характеризуется быстро чередующимися ударами.Указанные факторы послужили исходными данными при созданииустановки по оценке искробезопасности материалов, схема которой приведенана рисунке 3.1.96Рисунок 3.1 – Принципиальная схема экспериментальной установкипо исследованию искробезопасности конструкционных материалов:1 – емкость; 2 – передаточный механизм; 3 – электродвигатель;4 – прижимной механизм; 5 – держатель; 6 – исследуемый образец;7 – крышка; 8 – свеча; 9 – исследуемый образец в виде диска с вырезаннымисегментами; 10 – понижающий трансформатор; 11 – манометр;12 – вакуумметр; 13 – вакуумный насос; 14 – вентиль;15 – баллон с горючим газомУстановка состоит из стальной цилиндрической емкости (1) с внутреннимдиаметром 380 мм и высотой 800 мм (объем ≈ 90 л).
Емкость закрыта с нижнейстороны и имеет с верхней стороны круглое отверстие диаметром 160 мм,закрываемое крышкой (2), крепящейся на 8 болтах. Исследуемый образец (3)крепится на подвижном держателе (4), и посредством прижимного механизма (5)достигается его плотный контакт с диском (6).
Вращение диску передается отэлектродвигателя (7), расположенного на внешней стенке емкости с помощьюпередаточного механизма (8). Данное конструктивное решение позволяетисключить влияние искр, образующихся при трении щеток о якорь двигателя.Газопаровоздушная смесь задается в реакционном сосуде по парциальнымдавлениям газовых компонентов по вакуумметру (11). Разряжение в сосудесоздается вакуумным насосом (10). Воспламенение регистрируется с помощью97манометра (9), датчика давления с вторичной аппаратурой (АЦП). В случаеотсутствия зажигания газовоздушной смеси производится контрольное зажиганиеисследуемой газопаровоздушной смеси путем пережигания нихромовой проволочки диаметром 0,3 мм и длиной 4 мм на свече (12) подачей напряжения 42 Вс понижающего трансформатора (13).Пробные эксперименты проводились с диском, имеющим правильнуюформу.
На данной стадии экспериментальных исследований зажигания горючейгазовой смеси даже в случае водорода добиться не удалось.На второй стадии экспериментов на диске с четырех сторон были удаленысегменты, тем самым было достигнуто механическое воздействие в виде быстрочередующихся ударов, сопровождающихся трением образцов. В этой серииэкспериментов было достигнуто зажигание газопаровоздушных смесей.Образец исследуемого материала имел форму пластины с размерами140257 мм.
Для увеличения кинетической энергии соударения на образецдополнительно была помещена стальная пластина размером 50259 мм.Суммарная масса соударяющегося образца составляла около 300 г. Вращающийся диск имел диаметр 100 мм и толщину 10 мм. С четырех сторон с дискасрезан сектор с основанием 40 мм. Масса диска составляла 630 г. Диск вращалсяс угловой скоростью до 11000 об/мин. Данная угловая скорость позволялаобеспечить скорость соударения исследуемых материалов до 55 м/с.Опыты проводили следующим образом.
Исследуемый образец и вращающийся диск (далее по тексту – испытываемая пара) закрепляют в реакционном сосуде с необходимой силой (20 Н) прижатия исследуемого образцак диску. Закрывают крышку реакционного сосуда и осуществляют герметизациюввода вала электродвигателя в реакционный сосуд. Вакуумируют реакционныйсосуд до остаточного давления не более 0,5 кПа. По парциальным давлениямсоставляют горючую газовую смесь. Ослабляют уплотнительную шайбу длясвободного вращения вала электродвигателя.
Включают электродвигатель ификсируют время tз до момента зажигания газовой смеси, которое регистрируютвизуально и по показаниям манометра. Если воспламенение смеси не происходит98в течение 1 мин., регистрируют отсутствие зажигания и воспламеняют смесьс помощью контрольного источника зажигания (электрическая искра). Повторяютпроцедуру испытаний для каждого состава горючей смеси не менее 2–5 раз,определяя среднее время задержки зажигания tсрз.
Определяют число соударенийв единицу времени N по формуле:N = 2nk,где(3.1)n – число оборотов диска в единицу времени, с-1; k – число сегментовна диске, обусловливающих ударное соприкосновение образцов (k = 4).ВычисляютвероятностьзажиганияPдляиспытываемойпары(исследуемого образца и вращающегося диска) по формуле:P = 1/(tсрзN).(3.2)На рисунке 3.2 представлена полученная зависимость частоты вращениядиска от массы груза, осуществляющего прижатие образцов.
При массе груза2000 г, использованной в дальнейших экспериментах, частота вращениясоставляла около 7000 об./мин., что и было использовано при обработкеэкспериментальных данных.Рисунок 3.2 – Зависимость частоты вращения диска от массы груза,осуществляющего прижатие образцов993.3 Результаты экспериментальных исследований по зажиганиюпарогазовых смесей искрами удара и тренияРезультатыэкспериментовпредставленывтаблице3.1.Наиболеехарактерные экспериментальные данные представлены также на рисунках 3.3и 3.4.Таблица 3.1 – Экспериментальные данные по исследованию искробезопасностиконструкционных материаловМатериал1Материал2Горючийгаз илипарКонцентрациягорючегогаза илипара ввоздухе,%(об.)9,010,011,0СтальмалоуглеродистаяСтальвысокоуглеродистаятермообработаннаяВодород12,013,013,5НаличиезажиганияПромежутоквременидозажигания, с++ˉ+++++++++++++++++++++++++9,08,02 раза4,52,53,03,02,02,01,04,53,51,51,21,82,02,03,03,03,53,53,02,06,04,03,07,02,5Вероятностьзажигания1,8∙10-47,7∙10-411,5∙10-411,6∙10-47,4∙10-45,6∙10-4100Продолжение таблицы 3.1Материал1Материал2Горючийгаз илипарКонцентрациягорючегогаза илипара ввоздухе,%(об.)НаличиезажиганияПромежутоквременидозажигания, с+++++++++1 раз10,07,06,07,06,010,09,06.04,06,0-5 раз<0,7∙10-57,0-5 раз<0,7∙10-58,0-5 раз<0,7∙10-51,0-5 раз<0,7∙10-52,0-5 раз<0,7∙10-53,0-5 раз<0,7∙10-510,0-5 раз<0,7∙10-512,0-5 раз<0,7∙10-514,0-5 раз<0,7∙10-56,0-5 раз<0,7∙10-57,0-5 раз<0,7∙10-58,0-5 раз<0,7∙10-514,015,0СтальмалоуглеродистаяСтальмалоуглеродистаяСтальмалоуглеродистаякорродированнаяСтальмалоуглеродистаякорродированнаяСтальвысокоуглеродистаятермообработаннаяСтальвысокоуглеродистаятермообработаннаяАлюминийАлюминийМетанПарыбензинаАИ-92ВодородМетанВероятностьзажигания2,5∙10-43,4∙10-5101Продолжение таблицы 3.1Материал1СтальмалоуглеродистаякорродированнаяСтальхромистаяСтальхромистаяСтальмалоуглеродистаяСтальмалоуглеродистаяСтальмалоуглеродистаяМатериал2АлюминийСтальвысокоуглеродистаятермообработаннаяСтальвысокоуглеродистаятермообработаннаяНержавеющаястальНержавеющаястальНержавеющаястальГорючийгаз илипарПарыбензинаАИ-92МетанПарыбензинаАИ-92ВодородМетанПарыбензинаАИ-92Концентрациягорючегогаза илипара ввоздухе,%(об.)НаличиезажиганияПромежутоквременидозажигания, сВероятностьзажигания1,0-5 раз<0,7∙10-52,0-5 раз<0,7∙10-53,0-5 раз<0,7∙10-56,0-5 раз<0,7∙10-57,0-5 раз<0,7∙10-58,0-5 раз<0,7∙10-51,02,0-5 раз<0,7∙10-5<0,7∙10-53,0-5 раз<0,7∙10-510,0-5 раз<0,7∙10-512,0-5 раз<0,7∙10-514,0-5 раз<0,7∙10-56.0-5 раз<0,7∙10-57,0-5 раз<0,7∙10-58,0-5 раз<0,7∙10-51,0-5 раз<0,7∙10-52,0-5 раз<0,7∙10-53,0-5 раз<0,7∙10-5102Продолжение таблицы 3.1Материал1АлюминийАлюминийЛатуньЛатуньМатериал2АлюминийАлюминийЛатуньЛатуньГорючийгаз илипарВодородПары СУГВодородПары СУГКонцентрациягорючегогаза илипара ввоздухе,%(об.)НаличиезажиганияПромежутоквременидозажигания, сВероятностьзажигания12,0-3 раза<1,2∙10-515,0-3 раза<1,2∙10-518,0-3 раза<1,2∙10-521,0-2 раза<1,8∙10-524,0-2 раза<1,8∙10-527,0-2 раза<1,8∙10-530,0-2 раза<1,8∙10-53,0-3 раза<1,2∙10-55,0-3 раза<1,2∙10-57,0-3 раза<1,2∙10-515,0-3 раза<1,2∙10-518,0-3 раза<1,2∙10-53,0-2 раза<1,8∙10-55,0-2 раза<1,8∙10-57,0-2 раза<1,8∙10-58,0++2,02,010,7∙10-4++++++++++2,01,02,011,010,03,02,057,048,04,016,5∙10-418,0-2 раза<1.8∙10-424,0-2 раза<1.8∙10-430,0-2 раза<1,8∙10-410,012,0СтальмалоуглеродистаякорродированнаяСтальмалоуглеродистаяВодород15,05,5∙10-46,1∙10-4103Продолжение таблицы 3.1Материал1Материал2Горючийгаз илипарКонцентрациягорючегогаза илипара ввоздухе,%(об.)НаличиезажиганияПромежутоквременидозажигания, с++++++++++++2,03,02,015,049,012,021,07,01,06,04,02,015,0++2,53,07,9∙10-420,0-2 раза<1,8∙10-55,0++++9,03,02,02,07,8∙10-47,5++3,53,06,6∙10-410,0++2,03,08,9∙10-412,5++1,01,021,4∙10-415,0++2,52,016,1∙10-45,07,5СтальмалоуглеродистаяСтальмалоуглеродистаяАцетилен10,012,5СтальмалоуглеродистаяСтальмалоуглеродистаяАцетиленВероятностьзажигания8,9∙10-43,7∙10-412.5∙10-48,1∙10-4Примечания:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
