Диссертация (1172943), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

Основная абсолютная погрешностьизмерений скорости движения воздуха v анемометра ТК ПКМ в диапазонеот 1 до 20 м/c равна ± (0,1 + 0,05∙v) м/с [142].Взаимное расположение установки для создания ветрового воздействияи ВПЭ при проведении экспериментов представлено на рисунке 3.10.Рисунок 3.9 – Анемометр ТКА-ПКМ (50)а)б)Рисунок 3.10 – Расположение установки для создания ветрового воздействияи ВПЭ: а – поперечное; б – фронтальноеРезультаты экспериментов показали, что движение воздуха со скоростью5 м/c не оказывает влияние на пленочное течение воды по поверхности щита ВПЭ.С целью определения возможности применения ВПЭ на СНЭ объектов нефтепродуктообеспечения были проведены огневые испытания экрана в лабораторииИнститута комплексной безопасности в строительстве Национального исследовательского Московского государственного строительного университета [131], [132].Необходимо отметить, что при проведении испытаний использовалось поверенное измерительное оборудование.96Создание теплового потока, падающего на ВПЭ, обеспечивалось в вертикальной огневой печи для испытания строительных конструкций на огнестойкость(далее – огневая печь) (рисунок 3.11) [125].

Выбор огневой печи для проведенияиспытаний был обусловлен возможностью регулировки плотности теплового потока, падающего на обогреваемую поверхность щита, путем изменения расходаприродного газа, подаваемого на горелки. Кроме того, использование в качественагревательных элементов газовых горелок исключало крупномасштабные турбулентные пульсации пламени, характерные для пожара пролива нефтепродуктов,что позволяло обеспечить стационарность тепловых потоков в огневой печи[126], [127].Дляизмеренияприменялисьтемпературыкабельныевовнутреннемтермоэлектрическиепространствепреобразователипечи(ТЭП)КТХА 0.2.02-938-к1-Н-Т310-3-2200/2000 первого класса точности с диапазономизмерения температуры от минус 40 до 1100С [138].Рисунок 3.11 – Внутреннее пространство огневой печи:размещение ТЭП и работа газовых горелок97С целью создания температурного режима, необходимого для равномерногонагрева стен печи, ее внутреннее пространство закрывалось ограждающейконструкцией из пенобетонных блоков, в проем которой устанавливался ВПЭ(рисунок 3.12).Для имитации пожара в открытом пространстве между краями экранаи границей проема ограждающей конструкции предусматривался зазор шириной10 см, который обеспечивал перенос тепла за ВПЭ в результате конвективныхтечений продуктов сгорания.

Указанный зазор позволил создать наиболее жесткие условия проведения эксперимента, так как температура в огневом пространстве печи при падающем тепловом потоке на обогреваемую поверхность экрана,равном 100 кВт/м2, превышала 800 oC.2314Рисунок 3.12 – Монтаж ВПЭ в проем ограждающей конструкции огневой печи:1 – ВПЭ; 2 – ограждающая конструкция;3 – зазор шириной 10 см; 4 – противень для сбора воды98Подача воды в трубопровод лафетного ствола осуществлялась через рукавную линию от переносной мотопомпы.

При проведении огневых испытанийвместо лафетного ствола устанавливалась заглушка, а окно для его размещенияполностью закрывалось заслонкой. Регулировкой производительности мотопомпы подбирался расход, равный 1,25 л/c, который обеспечивал с помощью перфорированного трубопровода создание сплошной водяной пленки на обогреваемойповерхности щита.Для сбора воды, стекающей со щита, в проеме ограждающей конструкциибыл установлен противень с быстроразъемным соединением (рисунок 3.12),от которого вода через рукавную линию отводилась в канализацию.При проведении огневых испытаний для измерения плотности тепловогопотока применялись приемники теплового потока (ПТП) ПТП-2001 с диапазономизмерения от 1 до 100 кВт/м2, чувствительностью от 82 до 94 (мкВ∙м2)/кВти погрешностью измерений ± 4,8 % [136].Для регистрации теплового потока, падающего на обогреваемую сторонуВПЭ, в ограждающей конструкции по периметру проема были просверленычетыре сквозных отверстия, в которые устанавливались ПТП и крепились так,чтобы принимающая поверхность приемника лежала в одной плоскости с внутренней поверхностью ограждающей конструкции.

Для регистрации тепловогопотока с необогреваемой стороны ВПЭ ПТП устанавливались на штативена расстоянии 0,5 м от щита. Указанное расстояние было принято исходя из позиции ствольщика на пожарной вышке при работе с лафетным стволом.Для регистрации температуры необогреваемой поверхности щита применялись кабельные ТЭП КТХА 0.2.02-937-к1-О-С321-3-500/500 первого классаточности с диапазоном измерения от минус 40 до 500 C [138], которые былизакреплены с помощью термостойкого скотча.Схема установки ПТП и ТЭП представлена на рисунке 3.13.99Рисунок 3.13 – Схема установки ПТП и ТЭПТаким образом, все датчики, используемые при проведении огневых испытаний ВПЭ, в зависимости от их назначения можно разделить на четыре группы(таблица 3.4).Таблица 3.4 – Группы датчиков в зависимости от их назначенияНазваниегруппыТЭП 1ТЭП 2ПТП 1ПТП 2Измеряемый параметрТемпература во внутреннем пространстве печиТемпература необогреваемой поверхности ВПЭПлотность теплового потока, падающегона обогреваемую сторону ВПЭПлотность теплового потока, падающегона ствольщикаКол-водатчиковв группе9544Регистрация сигналов, передаваемых ПТП, осуществлялась с помощьюцифровыхмультиметровMY60вдиапазонеизмеренияот 0 до 200 мВ и погрешностью измерений ± 0,5 % ± 1 [137].напряжения100Регистрация сигналов, передаваемых ТЭП, производилась с помощью щитасбора данных с выводом графиков температуры на монитор компьютерав режиме реального времени.Размещение измерительного оборудования представлено на рисунке 3.14.Рисунок 3.14 – Размещение измерительного оборудования:1 – мультиметры; 2 – тепловизор;3 – цифровая видеокамера; 4 –щит сбора данныхИспытания проводились при следующих параметрах окружающей среды:- температура воздуха 10,2 C;- атмосферное давление 99,0 кПа;- относительная влажность воздуха 64 %.В ходе проведения огневых испытаний мощность горелок последовательноувеличивалась до достижения плотности теплового потока, падающего на обогреваемую поверхность щита, 100 кВт/м2, что определялось верхней границей диапазона измерения ПТП.

Общее время теплового воздействия на ВПЭ составило80 мин.101Температурные поля на необогреваемой поверхности экрана регистрировались тепловизором NEC ThermoTrаcer TH 7800 с диапазоном измерения температуры от минус 20 до 1000 C и погрешностью измерения ± 2,0 % ± 2,0 C. Степеньчерноты поверхности нержавеющей стали 12Х18Н10Т, применяемой для изготовления щита, определялась экспериментально исходя из условия равенства значений температур, полученных в результате измерения тепловизором и ТЭП [128].Численное значение степени черноты в интервале измеренных температур составило 0,55.

Типичная термограмма и оптическое изображение, зарегистрированныетепловизором, представлены на рисунке 3.15.Рисунок 3.15 – Типичная термограмма и оптическое изображение,регистрируемые тепловизором (единицы измерения шкалы температуры,представленной на рисунке, – градусы Цельсия)График изменения среднеобъемной температуры среды во внутреннемпространстве огневой печи представлен на рисунке 3.16 [129], [131], [132].Необходимо отметить, что при пожаре пролива нефтепродукта на СНЭ температура газовой среды вблизи ВПЭ будет ниже.

Указанное обстоятельство обусловлено тем, что на реальном объекте пожар происходит в открытом пространстве,а зона пламенного горения расположена значительно дальше.1021000Температура, ºC800600400200001020304050Время испытания, мин607080Рисунок 3.16 – Среднеобъемная температура в вертикальной огневой печипри проведении огневых испытанийТак как для каждой рассматриваемой группы датчиков (таблица 3.2)зависимость их показаний от конкретных мест установки выражалась слабо, былопроизведено осреднение полученных данных в каждой группе датчиков.Графики зависимости осредненных значений температуры и плотности тепловогопотока от времени представлены на рисунках 3.17-3.19.30Температура, ºC2520151001020304050Время испытания, мин6070Рисунок 3.17 – Зависимость осредненной температурынеобогреваемой поверхности ВПЭ от времени80103Плотность теплового потока, кВт/м210080604020001020304050Время испытания, мин607080Рисунок 3.18 – Зависимость осредненной плотности теплового потока,Плотность теплового потока, кВт/м2падающего на обогреваемую сторону ВПЭ, от времени654321001020304050Время испытания, мин607080Рисунок 3.19 – Зависимость осредненной плотности теплового потока,падающего на ствольщика, от времениВ связи с тем, что осредненная температура необогреваемой поверхностиэкрана не превышала 26 C, а осредненная плотность теплового потока, падающаяна ствольщика, достигала 5 кВт/м2, было предположено, что значительное влияние на показания приемников теплового потока, расположенных с необогревае-104мой стороны экрана, оказывают нагретые продукты сгорания, поступающиев рабочую зону ствольщика через зазор между краями экрана и границей проемаограждающей конструкции огневой печи.Для проверки данной гипотезы была определена осредненная плотностьтеплового потока излучения необогреваемой поверхности экрана по законуСтефана-Больцмана (рисунок 3.20) [130]:E  εσ0T 4 ,(3.1)где  – экспериментально определенная степень черноты, 0,55;0 – постоянная Стефана-Больцмана, 5,67∙10-8 Вт/(м2∙К4);Плотность теплового потока, кВт/м2T – осредненные значения температуры, полученные группой датчиков ТЭП 2, К.0,250,240,230,220,210,2001020304050Время испытания, мин607080Рисунок 3.20 – Зависимость осредненной плотности теплового потока излучениянеобогреваемой поверхности экрана от времениАнализ графиков, представленных на рисунках 3.19 и 3.20, позволил установить, что лучистый тепловой поток от необогреваемой поверхности экрана составляет около 5 % от суммарного теплового потока, падающего на ствольщика.Основным параметром, характеризующим эффективность работы ВПЭ,является коэффициент ослабления теплового потока, который представляет собойотношение осредненных плотностей теплового потока, падающего на обогреваемую сторону экрана и ствольщика [133]–[135].105Поскольку при пожаре на реальном объекте, например, при порывах ветра,возможен заброс высоконагретых продуктов сгорания в рабочую зону ствольщика,находящегося за экраном на пожарной вышке, было принято решение построитьдва графика для коэффициента ослабления теплового потока ВПЭ: с учетом конвективного течения продуктов сгорания за экраном и без него (рисунок 3.21) [131].k450400350300250200150100500без учета конвективноготечения продуктовсгорания за экраномс учетом конвективноготечения продуктовсгорания за экраном0102030405060708090 100qпад, кВт/м2Рисунок 3.21 – Коэффициент ослабления плотности теплового потокаАнализ графиков, представленных на рисунке 3.21, позволил сделать вывод,что коэффициент ослабления теплового потока k в случае отсутствия воздействияконвективных течений высоконагретых продуктов сгорания в рабочей зонествольщика пропорционален плотности теплового потока, падающего на обогреваемую сторону экрана, и описывается формулой (3.2) с величиной достоверностиаппроксимации 0,996:k  4,143qпад  14,449 ,(3.2)где qпад – плотность теплового потока, падающего на обогреваемую сторону экрана, кВт/м2.Коэффициент ослабления теплового потока с учетом воздействия конвективных течений высоконагретых продуктов сгорания практически не зависелот плотности теплового потока, падающего на обогреваемую сторону экрана,а его среднее арифметическое значение составило 22.106Внешний осмотр экрана, произведенный после завершения огневых испытаний (рисунок 3.22), позволил установить отсутствие деформаций его конструктивных элементов, однако по контуру щита наблюдались цвета побежалости,характеризующие высокий нагрев, обусловленный неустойчивым течениемводяной пленки в этих зонах.

Характеристики

Список файлов диссертации