УДК 536.436
Д-р техн. наук, проф. Х., аспирант ,
канд. техн. наук
(Орловский государственный технический университет)
г. Орел
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗРЫВОВ ГАЗОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ
Проведена серия экспериментов по исследованию взрывов газовоздушной смеси в замкнутом объеме, который представлял собой горизонтальный цилиндр. Определялось влияние размера сечения и места расположения взрывного клапана на давление взрыва в объеме. Эксперименты показали, что взрыв газовоздушной смеси в заданных условиях не приводит к опасным ситуациям, связанным с причинением вреда здоровью человеку и не влечет за собой выход из строя экспериментального оборудования.
Series of experiments on investigation of gas-air mixture explosion in the close cylindrical horizontal volume have been realized. Influence of explosive valve placement and its dimensions upon explosion pressure in cylindrical volume was determined. Experiments show explosion is not dangerous under existing conditions.
Большинство теплоэнергетических установок, в конструкцию которых входит замкнутое топочное пространство, должны обладать взрывным клапаном, обеспечивающим сброс избыточного давления при взрыве топливно-воздушной смеси. Особенно актуально наличие такого клапана в установках, работающих на газе. При этом расположение таких предохранительных устройств на поверхности топки, а также их конструкция и размеры не всегда оправданы с точки зрения безопасности и ресурсосбережения.
В связи с вышесказанным проведена серия экспериментов по исследованию влияния места расположения и размера взрывного клапана на давление взрыва газовоздушной смеси, распыленной в сосуде цилиндрической формы. Длина сосуда составила L = 1,5 м, а диаметр – D = 0,2 м (рис. 1, 2). Сечение взрывного клапана выполнено круглым с накладками разных диаметров (20, 40, 70 мм).
Рис. 1 – Внешний вид экспериментальной установки
1 – устройство зажигания; 2 – взрывной клапан; 3 – рабочая полость;
4 – запорный кран; 5 – циркуляционный контур; 6 – вентилятор; Р1, Р2 – преобразователи давления
Рис. 2 – Схема экспериментальной установки
В ходе исследования было произведено по 5 опытов в девяти сериях экспериментов, отличающихся местом расположения взрывного клапана по длине сосуда: в начале, на середине и в конце сосуда, а также его диаметром. Перед каждым взрывом замкнутое пространство 3, имитирующее топку, заполнялось воздухом путем его продувки с помощью вентилятора 6 через циркуляционный контур 5. После этого рабочая полость отсекалась от внешней среды запорными кранами 4 и заполнялась одним и тем же объемом смеси сжиженных газов (50% пропан, 50% бутан). После подготовки к эксперименту при помощи устройства зажигания 1 в рабочую полость подавалась искра, и происходило зажигание газовоздушной смеси. Значение давления взрыва, полученного в результате этого, фиксировалось в двух точках (в начале и в конце сосуда) с помощью преобразователей давления марки КРТ-СТ-1,6-0,5-М (изготовитель , г. Орел») с диапазоном измеряемой величины от 0 до 1,6 МПа. Сбор и обработка результатов экспериментов проводились с помощью информационно-измерительного комплекса на базе персонального компьютера.
В каждом опыте характер изменения давления взрыва газовоздушной смеси ожидался однообразным, и формы графиков давления взрыва предполагались в виде скачка, который определяет первоначальный рост давления и последующий его спад.
В ходе экспериментов выявлено, что в большинстве случаев опыты подтвердили ожидаемый результат, однако при расположении взрывного клапана на середине экспериментального сосуда и диаметрах взрывного клапана равного d = 40 мм и d = 70 мм график содержит два всплеска давления, причем в некоторых случаях второй всплеск превышал по амплитуде первый. Так на рис. 2 показана динамика давления взрыва при расположении взрывного клапана на середине экспериментального сосуда и диаметре отверстия (проходного сечения) d = 40 мм.
Рис. 2 – График давления взрыва газовоздушной смеси при d = 40 мм
Численное моделирование процессов, протекающих в экспериментальной установке с помощью метода крупных частиц, о чем подробно освещено в работе [2], показало, что причиной повторного скачка давления является резкое увеличение площади поверхности фронта горения при прохождении им сечения взрывного клапана. Так, на рис. 3 представлен результат расчета давления взрыва при диаметре проходного сечения взрывного клапана d = 40 мм и его расположении на середине поверхности экспериментального сосуда.
Рисунок 3 – Расчет давления взрыва газовоздушной смеси в сосуде
при диаметре сечения взрывного клапана d = 40 мм.
Точки A, B, C, D на рис. 3 а характеризуют значение давления взрыва, которому соответствует фронт горения, показанный на рис. 3 б.
В целом эксперименты показали, что в замкнутом объеме цилиндрической формы указанных размеров при взрыве газовоздушной смеси развивается давление, значение которого не превышает 0,1 МПа. Таким образом, в данных условиях взрывы газовоздушной смеси не приводят к выходу экспериментального оборудования из строя и не представляют взрывоопасности для человека.
Литература
1. Барг, моделирования процесса горения методом крупных частиц [Текст] / , //Современные методы физико-математических наук. Труды международной конференции. 9-14 октября 2006 г, г. Орел. Т. 2. – Орел: Издательство ОГУ, Полиграфическая фирма "Картуш", 2006 г. – 230с.
