СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ГОРЮЧЕСТЬ И УСТАНОВКА ПО ОЦЕНКЕ ГОРЮЧЕСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к технике проведения экспериментального исследования пожарной опасности строительных, отделочных, облицовочных и других материалов, требующих при их применении классификационной оценки по группе горючести.

Это необходимо, при определении склонности указанных материалов к развитию горения, путем воздействии на них локальных стандартных источников зажигания с целью прогнозирования поведения материала в условиях возникновения и развития пожара.

Известно, что горючесть как один из показателей пожарной опасности считается обязательной пожарно-технической характеристикой любого строительного материала и определяет область его безопасного использования (Федеральный закон №123-ФЗ от 22.07.2008 г. «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», п.5, статьи 13).

Известна установка (патент Российской Федерации №2410144).

В этой установке устройство горелки позволяет частично решить вопрос стабилизации теплового импульса зажигания, воздействующего в ходе эксперимента на образец испытуемого материала, что достигается подачей в горелку уже приготовленной вне установки смеси горючее-воздух. Последнее достигается за счет исключения перекрытия проходного сечения воздушных отверстий горелки продуктами горения, так как они вынесены за пределы установки, а газовоздушная смесь готовится вне установки. Тем не менее это не исключает перекрытие проходного сечения самих сопловых отверстий, расположенных на замкнутом контуре этой горелки, от падающих расправленной или твердой фракции испытываемых образцов.

Недостатком известного технического решения является то, что предложенная конструкция горелки при ее эксплуатации требует наличие дополнительной установки приготовления смеси воздух - горючий газ в достаточном количестве и подачи этой смеси в горелку извне. Следует учесть и то, что приготовленная вне установки газовоздушная смесь является взрывоопасной (является смесью окислителя и горючего газа) и требует специального взрывозащищенного оборудования для ее приготовлении и подачи в горелку, которое может осуществиться лишь при ее определенном нагнетании (сжатии). Это в свою очередь также потенциально опасно.

В дополнение к этому конструкция горелки установки представляет собой замкнутый трубчатый контур (коллектор) с равномерно расположенными сопловыми отверстиями. При работе горелки образуется непрерывный замкнутый контур пламени. Но, учитывая, что испытуемые, в данном случае, четыре образца согласно ГОСТ 30247-94 закреплены не плотно друг к другу, а так, чтобы между их боковыми торцами оставались отверстия в виде щели (шириной около 4 см) на всю длину образца (около 100 см), то пламя горелки, попадающее в эти отверстия от угловых фрагментов горелки, не воздействует непосредственно на экспонируемую поверхность образца материала, а будет иметь возможность, попадая в щели, огибать образец и воздействовать на него с тыльной стороны, поджигая ее, или неэффективно теряя тепло, уносится в периферийную область восходящим потоком воздуха в камере сгорания, что противоречит принципу самого испытания.

Кроме этого существенным недостатком названной установки, является то, что она должна иметь три регулируемых в ходе проводимых регламентом испытаний параметра по расходу газовых сред (горючий газ, воздух, газовоздушная смесь).

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является установка, используемая для определения группы горючести строительных материалов в соответствии с ГОСТ 30247-94 «Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть», метод II, принятая за прототип.

Горелка установки имеет четыре самостоятельных сегмента с общим коллектором-распределителем поступающего горючего газа. При этом смешение газа с воздухом происходит внутри горелки каждого сегмента за счет поступления воздуха извне через калиброванные отверстия в газоподводящем патрубке к каждому из четырех сегментов горелки.

Достоинством данной конструкции является то что, она имеет один параметр регулировки газовой горелки - расход газа. Количество воздуха устанавливается автоматически и достигается конструктивно путем выбора сечения воздушных отверстий (метод калибровки) в газоподводящем патрубке, на стадии изготовления и метрологической аттестации горелки, и заданного избыточного давления воздуха в камере сгорания за счет принудительной вентиляции, что в свою очередь не требует дальнейшей регулировки этого параметра при ее эксплуатации.

Однако такая конструкция установки имеет ряд недостатков. Наиболее существенным недостатком является возможная не стационарность работы горелок из-за возможного перекрытия проходного сечения их отверстий забора воздуха и выхода газовоздушной смеси осыпающимися продуктами сгорания и расплава от образцов материала в ходе испытаний и образования из-за этого изменений состава воздушно-газовой смеси. Неравномерность состава газовой смеси с воздухом может быть обусловлена так же ламинарным характером истечения газа и воздуха по подводящим патрубкам. Вследствие этого воздух, вошедший через воздухозаборные отверстия в газоподводящий патрубок горелки, не успевает равномерно перемешаться с газом за время прохождения его от отверстия всасывания до момента выхода из отверстия среза горелки. Такая неравномерность в подаче состава газовоздушной смеси может привести к снижению или увеличению теплового импульса воздействия на один из четырех одновременно испытываемых образцов материала. Так, если отверстия одного из сегментов горелок окажутся частично перекрытыми твердыми (плав, зола и т.д.) продуктами сгорания, то возникнет дополнительное возмущающее сопротивление для прохождения газовоздушной смеси, поступающей в этот сегмент горелки. Причем другие сегменты в тот же момент получат большую порцию газовоздушной смеси, так как общее количество газа, поступающее в горелку, поддерживается в ходе испытаний постоянным. Это в свою очередь может привести к неконтролируемому перераспределению интенсивности теплового воздействия на образцы в ходе испытания и искажению результатов самих испытаний.

Целью изобретения является совершенствование конструкции установки по определению групп горючести материалов для обеспечения стабилизации режима горения газовоздушной смеси и устранения причин возмущения в перераспределении расходов газо-водушной смеси между сегментами горелки

Указанная цель достигается тем, что в способе испытания строительных материалов на горючесть, заключающемся в размещении в сегментных зонах камеры сжигания испытываемых образцов, в подготовке методом эжекции газовоздушной смеси из горючего газа и воздуха в каждом канале система подготовки названной смеси и подаче ее с последующим сжиганием в горелке в каждой сегментной зоне камеры сжигания и оказанием теплового воздействия на каждый образец в соответствием с проводимым регламентом испытаний, в каждом канале система подготовки газовоздушной смеси создает камеру переменного объема для смешения горючего газа и воздуха, в которой производят дополнительную турбулизацию потоков названных газов, а над воздухозаборными отверстиями горелки устанавливают защитный сетчатый экран и - дополнительный защитный сетчатый экран на выходе газовоздушной смеси из горелки под углом, обеспечивающим самопроизвольное очищение ячеек названного экрана от падающих расправленной или твердой фракций испытываемых образцов.

В установке определения группы горючести строительных материалов, состоящей из камеры сжигания, системы подготовки и системы подачи газовоздушной смеси в горелку в каждой сегментной зоне камеры сжигания, газоотводной трубы, вентиляционной системы для удаления продуктов горения, держателей испытываемых образцов и горелки, состоящей из сегментов, например из четырех, в каждом канале системы подготовки газовоздушной смеси смонтировано устройство дополнительного смешения потоков горючего газа и воздуха, состоящее из патрубка, внутри которого смонтирована вставка, имеющая возможностью регулирования ее положения по высоте и фиксации этого положения, причем в центре вставки выполнено сквозное калиброванное отверстие, а на патрубке смонтирован накладной цилиндр с отверстиями, соосными с воздухозаборными отверстиями патрубка, при этом накладной цилиндр выполнен с возможностью осевого вращения относительно патрубка с последующей фиксацией выбранного положения названного цилиндра, причем внутренний канал патрубка между дном вставки и крайним срезом отверстия патрубка, расположенного ближе к горелке, образуют камеру переменного объема для смешения горючего газа и воздуха, а над воздухозаборными отверстиями каждого патрубка смонтирован горизонтальный защитный сетчатый экран, и - дополнительного защитный сетчатый экран на выходе газовоздушной смеси из горелки под углом, обеспечивающим самопроизвольное их очищение за счет сползания и сдувания.

Создание камеры переменного объема для смешения горючего газа и воздуха в каждом канале системы подготовки газовоздушной смеси позволяет осуществить одновременно инжекционный подсос воздуха и турбулентный режим смешения струи горючего газа, вытекающего из отверстия в центре с малым сечением с большой скоростью. Причем при соударении потоков горючего газа и воздуха, всасываемого через отверстие большего сечения воздухозаборного отверстия, истекающего с малой линейной скоростью, приводит к эффекту завихрения струй (турбулентный режим) и обеспечивает лучшее перемешивание, и постоянство состава смеси по всему сечению газоподводящего патрубка.

Монтаж устройства дополнительного смешения потоков горючего газа и воздуха в каждом канале системы подготовки газовоздушной смеси позволяет подготовить более качественную смесь горючего газа и воздуха, что приводит в дальнейшем к требуемой полноте сгорания указанной смеси в камере сгорания.

Создание в каждом канале при подготовке газовоздушной смеси камеры переменного объема для смешения горючего газа и воздуха позволяет произвести дополнительную турбулизацию потоков названных газов. Это приводит к более интенсивному перемешиванию названных газов, что, в конечном счете, способствует равномерному тепловому импульсу воздействия на каждый из испытываемых образцов.

Оптимизация параметров смешения горючего газа и воздуха осуществляется за счет следующих элементов:

вставки, имеющей возможностью регулирования ее положения по высоте и фиксации этого положения;

накладного цилиндра, выполненного с возможностью осевого вращения относительно патрубка с последующей фиксацией выбранного положения названного цилиндра, при этом при осевом вращении накладного цилиндра происходит изменение проходного сечения канала, образованного отверстиями в накладном цилиндре, выполненными в исходном положении соосными с воздухозаборным отверстиями патрубка. Тем самым регулируется как инжекционный подсос воздуха в устройстве дополнительного смешения потоков горючего газа и воздуха, так и обеспечивается эффективный турбулентный режим перемешивания газа и воздуха, подаваемых в горелку каждой сегментной зоны камеры сжигания, а система фиксации исключает их разбалансировку в ходе испытаний.

Известно (Краткая химическая энциклопедия, т.2, стр.268, М. - «СЭ», 1963 г.), что коэффициент инжекции, рассчитанный, как отношение массы инжектируемого газа (воздуха) к массе инжектирующего газа (горючего газа), определяет состав газовоздушной смеси, подаваемой в горелку. Он зависит от степени сжатия инжектируемого потока, а также от физических свойств газов в обоих потоках. Учитывая, что степень сжатия в данном случае будет определяться только расходом горючего газа, который подается в горелку через сквозное калиброванное отверстие вставки и поддерживается в ходе испытаний постоянным, а также то, что диаметр калиброванного отверстия в центре вставки и диаметр газоподводящего патрубка, а также другие размеры горелки постоянны, а сечение воздухоподводящего отверстия отрегулировано и зафиксировано, а также то, что состав горючего газа и воздуха не изменяется, коэффициент инжекции будет оставаться постоянным для данного устройства горелки. Следовательно, будет обеспечиваться и стабильный режим подачи по составу газовоздушной смеси в ходе проводимых испытаний и равномерность ее подачи в каждый из сегментов горелки.

Установка над воздухозаборными отверстиями горелки защитного сетчатого экрана позволяет создать эффективную защиту от перекрытия проходного сечения последних в случае падения расплавов и другой твердой фракции от горящих образцов.

Установка дополнительного защитного сетчатого экрана на выходе газовоздушной смеси из горелки под углом, обеспечивающим самопроизвольное очищение ячеек названного экрана от падающих расправленной или твердой фракций испытываемых образцов, позволяет за счет их сползания и сдувания (скатывания) с наклонной поверхности экрана (эффект газово-воздушной подушки) обеспечить стабильность режима горения газовоздушной смеси и повысить эффективность защиты выходных отверстий горелки. Кроме этого, в случае проникновения через ячейки экрана мелких частиц твердой фракции испытываемых образцов, они сгорают в пламени горелки.

На фиг.1 изображена установка определения группы горючести строительных материалов (общий вид, вид спереди), реализующая заявляемый способ; на фиг.2 - вид установки сверху (разрез А-А); на фиг.3 - источник зажигания (газовая горелка) из четырех сегментов, вид спереди (выделенный фрагмент Б, фиг.1); на фиг.4 - источник зажигания (газовая горелка) из четырех сегментов, вид сверху (выделенный фрагмент В, фиг.2); на фиг.5 - фрагмент газоподводящего патрубка горелки в месте установки вкладыша с вертикальным сквозным калиброванным отверстием и накладным регулирующим цилиндром с отверстиями, соосными воздухозаборным отверстиям газоподводящего патрубка и возможностью фиксации установленного сечения.

Установка по определению группы горючести строительных материалов (фиг.1 и 2) состоит из следующих основных элементов: камера сжигания 1, системы подготовки и система подачи газовоздушной смеси в горелку 2 каждой сегментной зоны 3 камеры сжигания 1, газоотводной трубы 4, вентиляционной системы 5 для удаления продуктов горения, держателей 6 испытываемых образцов 7. Горелка 2 состоит из сегментов 8, например из четырех (фиг.3 и 4).

В каждом канале 9 системы подготовки газовоздушной смеси смонтировано устройство 10 дополнительного смешения потоков горючего газа и воздуха, состоящее из патрубка 11, внутри которого смонтирована вставка 12, имеющая возможностью регулирования ее положения по высоте и фиксации этого положения с помощью винта 13, причем в центре вставки 12 выполнено сквозное калиброванное отверстие 14, а на патрубке 11 смонтирован накладной цилиндр 15 с отверстиями 16, соосными с воздухозаборными отверстиями 17 патрубка 11, при этом накладной цилиндр 15 выполнен с возможностью осевого вращения относительно патрубка 11 с последующей фиксацией выбранного положения названного цилиндра с помощью винта 13, причем внутренний канал 18 патрубка 11 между дном 19 вставки 11 и крайним срезом 20 отверстия 17 патрубка 11, образуют камеру 21 переменного объема для смешения горючего газа и воздуха (фиг.5), а над воздухозаборным отверстиями каждого патрубка смонтирован горизонтальный защитный сетчатый экран 22, и - дополнительный защитный сетчатый экран 23 на выходе газовоздушной смеси из горелки 2 под углом, обеспечивающим самопроизвольное их очищение за счет сползания и сдувания. Размеры, указанные на фиг.3 (H, Y, D, h, G, Z, l, L), устанавливаются исходя из требований действующих стандартов по испытанию материалов на горючесть.

Установка работает следующим образом.

Перед началом испытаний производится калибровка установки. Порядок проведения калибровки аналогичен установке-прототипу, описанному в ГОСТ 30247-94.

После этого устанавливаются в держатели 6 четыре образца 7 испытуемого материала, держатель с образцами крепится в камере сжигания 1, и далее проводят испытание. Перед началом испытания включают вентилятор 24. Воздух через рассекатель 25 попадает в зону размещения образцов 7. Убедившись в исправной работе системы вентиляции, оператор подает фиксируемое количество горючего газа в нижний патрубок 26 грелки 2, который через демпферную емкость 27 распределяется равномерно по патрубкам 11 в каждый из четырех сегментов 3 горелки 2 и попадает в калиброванное отверстие 14 вставки 12, в которой из-за уменьшения проходного сечения происходит существенное возрастание скорости истечения горючего газа и происходит эжекционное всасывание воздуха через отверстия 16 накладного цилиндра 15 и воздухозаборные отверстия 17. Далее образовавшаяся однородная смесь горючего газа с воздухом поступает каждому из четырех сегментов 3 горелки 2. Оператор, убедившись в стабилизации режима подачи газа по ротаметру 28, осуществляет поджог газовой смеси на выходе из каждого сегмента 3 горелки 2. В момент поджога газовой смеси оператор включает таймер и осуществляет наблюдение за показаниями термопар 29 на приборе 30 и поведением образцов 7 в ходе эксперимента. По истечении времени испытания, оператор отключает подачу горючего газа в установку. После остывания образцов 7, они извлекаются из держателя 6, и далее осуществляется замер параметров их повреждения: потеря массы, длина выгоревшего участка (повреждения). Замер температуры отходящих продуктов горения в ходе эксперимента проводят при помощи термопар 29, а ее фиксацию на приборе 39. Осыпающиеся продукты сгорания и плав от испытуемого материала задерживаются сетчатым экраном 22, а падающие частицы твердой фракции сползают с дополнительного сетчатого экрана 23 каждого из четырех сегментов 3 горелки 2 и задерживаются на сетчатом экране 22.

Дополнительный сетчатый экран 23 из равномерно перфорированного термо-коррозионно-устойчивого материала с гладкой поверхностью на выходе газовоздушной смеси из сегментов 3 горелки под углом обеспечивает самопроизвольное их очищение за счет сползания и сдувания (скатывания) крошек с ее наклонной поверхности (эффект газово-воздушной подушки) или сгорания в пламени горелки.

Эффект газовоздушной подушки возникает из-за того, что падающие крошки не проваливаются в щелевое отверстие горелки, а коснувшись ее, сдуваются и скатываются с ее наклонной плоскости практически сразу, не задерживаясь на ней, т.к. восходящие газовые струи из многих мелких отверстий перфорированной гладкой поверхности отталкивают их.

При этом по окончании эксперимента, нет необходимости в чистке воздухоподводящих отверстий горелки 2 и сопловых отверстий сегментов 3 горелки 2. Упавшие частицы на экран 22 удаляются легко любым доступным способом, например пылесосом.

Испытания и оценка результатов испытаний на предложенной установке проводят в соответствии с методикой, установленной действующим стандартом.