Методика экперимента Теоретические сведения о тушении пламени в зазоре
Согласно теории пределов распространения пламени, гашение его в узких каналах обусловлено отрицательным тепловым балансом зоны реакции.
В узких каналах потери тепла через стенки вызывают снижение температуры в зоне реакции и уменьшение скорости распространения пламени. При уменьшении диаметра канала увеличивается отношение поверхности теплообмена к объему зоны реакции. Когда потери тепла достигают критической величины, распространение пламени делается невозможным.
Пламегасящее действие узких каналов зависит в основном только от природы горючей смеси и не зависит от материала поверхности канала. На принципе гашения пламени в узких каналах основано действие щелевых огнепреградителей и взрывозащита в электрооборудовании исполнения "i". Гасящий (тушащий) канал образуется узким зазором между фланцами и другими деталями электрооборудования, соединяющими внутренний объем аппарата с внешней средой. Величину тушащего зазора определяют экспериментально для каждой горючей смеси. В зависимости от величины тушащего зазора устанавливается категория взрывоопасной смеси.
Тушащий зазор может быть рассчитан по следующей формуле:
(5)
где: Ре - критерий Пекле, характеризующий физические свойства процессов переноса тепла путем конвекции (числитель) и теплопроводности (знаменатель).
УН - нормальная скорость распространения пламени, м/ч.
туш - диаметр (ширина) тушащего канала.
СР - удельная теплоемкость исходной смеси, Дж/кг.
- плотность исходной смеси.
- теплопроводность исходной смеси, Дж/м.ч.К.
На пределах гашения пламени критерий Пекле постоянен и равен Ре=65. Таким образом, приняв это основу, можно оценить величину тушащего зазора туш. Точное значение тушащего канала определяется экспериментом
.
Описание лабораторного стенда
Стенд типа СТ-17 предназначен для исследования процесса тушения пламени в зазоре и может быть использован в производственных целях.
Основные технические характеристики стенда
1. Тип стенда - настольный
2. Объем одной полости, л - 1,0
З. Пределы тушащего зазора, мм - 0 - 1,3
4. Длина щели, мм - 25
5. Цена деления величины зазора на диске, мм - 0,05
6. Количество делений на диске - 20
7. Напряжение питания, В - 220
8. Электродвигатель ГОСТ 16 264-70 типа УЛ-О3 мощностью 10 Вт и частотой вращения 5000 об/мин.
9. Масса, кг - 35
Стенд состоит из корпуса 1 (смотри схему стенда) толстостенного сосуда, рассчитанного на давление в 100 кгс/см2, системы зажигания горючей смеси, системы для продувания полостей сосуда 2 и предохранительного щитка 3.
Бомба имеет две полости 4 и 5, каждая объемом в 1 л. В перегородке 6, которая разделяет сосуд, установлена втулка 7 с коническим отверстием. В отверстии расположена коническая пробка 8 с резьбой на хвостовике 9. Своей резьбой хвостовик входит в гайку 10, а гайка в свою очередь снабжена диском 11 с нанесенными на его поверхность делениями 12.
Выхлопной штуцер 13 имеет пластинку 14 для закрепления разрывной мембраны 15. Под пластинку 14 закладывают листок плотного, но не прочного материала, например, кальку, бумагу – разрывную мембрану.
перегородка 6 делит сосуд на две полости 4 и 5, каждая из которых посредством клапана 16 может быть соединена с трубопроводом 17 вентилятора 2.
Полость 4 имеет два, а полость 5 один выступ предназначение которых – увеличить поверхность испарения, а следовательно, сократить время испарения залитой взрывоопасной жидкости.
Рис.1. Схема и передняя панель стенда ОТ-17.
1-корпус бомбы; 2-вентилятор; 3-предохранительный щиток; 4-полость, имитирующая электроустановку; 5- полость, имитирующая помещение; 6-перегородка; 7-втулка; 8-коническая пробка; 9-хвостовик; 10-гайка; 11-диск; 12-деления; 13-выходной штуцер; 14-пластинка; 15-разрывная мембрана; 16-клапан; 17-трубопровод; 18-выступ; 19-стержень; 20-конечный выключатель; 21-фрикционная шайба; 22-кнопка вентилятора; 23-кнопка включения питания; 24-кнопка выключения питания; 25-кнопка зажигания в полости 4; 26- кнопка зажигания в полости 5.
При заливке очередной порции взрывоопасной жидкости в камеры 4 и 5 необходимо отодвинуть щиток 3, при этом стержень 19 и конечный выключатель 20, с целью безопасности обслуживания, обесточивают систему зажигания.
Фрикционное торможение щитка в приподнятом состоянии обеспечивается фрикционными шайбами 21.
Открытие клапанов 16 для продувания камер 4 и 5 производится вручную, т.е. нажатием на кнопку 22. При этом нажатии открываются клапаны в обе камеры, и одновременно включается вентилятор 2 посредством микропереключателя.
На передней панели стенда изображен схематически рисунок с основными узлами установки и расположены органы управления. Включение питания осуществляется кнопкой 23, отключение кнопкой 24. Включение зажигания в первой камере производится кнопкой 25, а во второй для контрольного взрыва, кнопкой 26. Кнопка 22 служит для продувки камер.
При работе на стенде задача заключается в определении зазора, при котором горение смеси в полости 4 не вызывает воспламенение смеси в полости 5. Такой зазор и называется тушащим и обозначается туш.
Зажигание горючей смеси производится искровым разрядом между электродами свечи, на которые подается высокое напряжение.
Тушащий зазор туш определяется для исследуемой горючей смеси со схемотехнической концентрацией Сст, которая рассчитываются по формуле:
Сст=100/А+В+С, (6)
где: А, В, С - стехиометрические коэффициенты горючего вещества, кислорода и азота соответственно определяемые из уравнения окисления (горения); например, для ацетона имеем:
А.С3Н6О+В.О2+СN2=Д.2НО+Е.СО+С.N2 (7)
С=3,76*В.
Объем (мл), заливаемый в каждую полость горючей жидкости для получения стехиометрической смеси, рассчитывается по уравнению:
(8)
где: М-молекулярный вес (для ацетона М=58,08);
УП-объем каждой полости, л (для ОТ-17 УП=1,0 л);
УГ-М-объем грамм-молекулы, л (принять УГ-М=24,05л);
Ж-удельная плотность, г/л (для ацетона Ж=790.8 г/л).
Установление зазора производится поворотом гайки 10, при этом пробка 8 выводится на определенный размер, образуя концентрический зазор, измеряемый по шкале диска 12.