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 «d». 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. Величина тушащего зазора может быть рассчитана по следующей формуле:

, (9)

где – критерий Пекле, характеризующий физические свойства процессов переноса тепла путем конвекции (числитель) и теплопроводности (знаменатель);

–нормальная скорость распространения пламени, м/ч;

–диаметр (ширина) тушащего канала, м;

–удельная теплоемкость исходной смеси, Дж/кгּК;

–плотность исходной смеси, кг/м³;

–теплопроводность исходной смеси, Дж/мּчּК.

На пределах гашения пламени критерий Пекле постоянен и равен . Таким образом, приняв это за основу, можно оценить величину тушащего зазора. Точное значение тушащего канала определяется экспериментом.

Описание лабораторного стенда

Стенд типа ОТ-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.

3. 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 – 21.

7. Напряжение питания, В – 220.

8. Электродвигатель типа УЛ-03 мощностью 10Вт и частотой вращения 5000 об/мин.

9. Масса, кг – 35.

Экспериментальный стенд (см. рис. 1) состоит из толстостенного сосуда (бомбы) 1, рассчитанного на давление 10 МПа (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, назначение 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 – выхлопной 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 поднять щиток 3, при этом стержень 19 и конечный выключатель 20, с целью безопасности обслуживания, обесточивают систему зажигания. Фрикционное торможение щитка в приподнятом положении обеспечивается фрикционными шайбами 21.

Открывание клапанов 16 для продувания камер 4 и 5 производится вручную, т.е. нажатием на кнопку 22. При этом включается вентилятор 2 посредством микропереключателя.

На передней панели стенда изображен схематический рисунок с основными узлами установки и расположены органы управления. Включение питания осуществляется кнопкой 23 (рис. 1), 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 воспламенения смеси в полости 5. Такой зазор называется тушащим и обозначается .

Зажигание горючей смеси производится искровым разрядом между электродами свечи, на которые подается высокое напряжение.

Тушащий зазор определяется для исследуемой горючей смеси со стехиометрической концентрацией.

Объем (мл), заливаемый в каждую полость горючей жидкости для по-

лучения стехиометрической смеси, рассчитывается по формуле:

, (10)

где – молекулярный вес (для ацетона);

–объем каждой полости, л (для ОТ-17 л);

–объем грамм-молекулы, л (принять л);

–удельная плотность, г/л (для ацетона г/л).

Установление зазора производится поворотом гайки 10, при этом пробка 8 выводится на определенный размер, образуя концентрический зазор, измеряемый по шкале диска 12.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

1. При работе на стенде необходимо строго придерживаться общих требований электробезопасности, поскольку стенд питается от сети переменного тока напряжением 220 В.

2. При выполнении эксперимента запрещается прикасаться к токоведущим частям или контактам электрической схемы.

3. Чтобы исключить ожоги продуктами сгорания, необходимо работать с исправной блокировкой и пользоваться защитным экраном.

4. Во время производства взрыва запрещается производить какие-либо операции в зоне мембран.

5. Во избежания воздействия продуктов сгорания не допускается производить эксперимент при неудовлетворительной вытяжке воздуха из помещения.

6. При обнаружении каких-либо неисправностей в процессе работы стенда немедленно отключить установку от сети и сообщить об этом преподавателю.

7. По окончании эксперимента нажать кнопку 3 на передней панели и

выдернуть шнур питания из сети.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ