001.891.573:536.436
Экспериментальное исследование влияние места установки взрывного клапана на давление взрыва в газовых топках
Юрий Христофорович Поландов, д. т.н., профессор, ОрелГТУ
Михаил Аркадьевич Барг, аспирант, ОрелГТУ,
Светлана Анатольевна Власенко, к. т.н., доцент, ОрелГТУ
*****@***ru
Вопрос влияния места установки взрывного клапана на давление взрыва в защищаемом объёме до сих пор не ставился. Однако, как показано в статье, такое влияние для топок, работающих на газовом топливе, оказывается существенным, хотя и неоднозначным. Его характер во многом зависит, в частности, от диаметра проходного сечения клапана.
The issue of the explosion valve placement effect on the explosion pressure in the protected volume has not been investigated yet. However, as described in our article, this effect is significant for the gas-fueled furnaces. The magnitude of the effect depends on the valve opening diameter.
При проведении экспериментов использовалась установка «Сержант‑1» (рис. 1-2), представляющая собой модель однопроходной цилиндрической топки (длина рабочей полости – 1500 мм, диаметр – 200 мм) с тремя расположенными вдоль главной оси фланцами для моделирования различных положений взрывного клапана.
1 – устройство зажигания; 2 – фланец 1, 3 – фланец 2, 5 – фланец 3; 4 – рабочая полость; 6, 7, 8, 11, 12 – запорный кран; 9 – вентиляционный блок; 10 – циркуляционный контур; Р1, Р2 – преобразователи давления
Рисунок 1 – Схема конструкции установки «Сержант-1»
Рисунок 2 – Общий вид установки «Сержант-1»
Установка комплектуется набором крышек к фланцам для моделирования взрывных клапанов с различными диаметрами проходного отверстия. Для заполнения установки воздухом, топливом, а так же для сброса продуктов сгорания установка оборудована запорными кранами. Вентиляционный контур служит для перемешивания топливовоздушной смеси внутри установки с помощью бесколлекторных (безискровых) вентиляторов. Контур отсекается от рабочей полости при помощи запорных кранов.
В качестве топлива использовалась смесь пропан-бутана с воздухом. В качестве дозатора горючего использовался тонкий резиновый шар, способный к расширению под воздействием заполняющего его газа. Объём подаваемого газа оценивался по диаметру шара. Воспламенение топливно-воздушной смеси производится при помощи искрового устройства зажигания, расположенного в центре одного из оснований цилиндра.
Для получения и обработки экспериментальных данных была создана информационно-измерительная система (ИИС) на базе персонального компьютера. В экспериментах измерение давления внутри рабочей полости установки производилось в двух точках в разных концах цилиндра. Для этого использовались преобразователи давления КРТ-СТ производства (г. Орел), основанные на тензометрическом методе измерения. Для преобразования аналогового сигнала, получаемого с выхода преобразователей, в цифровой код использовалась плата АЦП ЛА-2USB-14 производства -ШИЛЯЕВ» (г. Москва).
Влияние места установки клапана исследовалось при различных диаметрах его проходного отверстия: 20, 30, 40 и 70 мм. На рисунках 3-4 представлены характерные кривые динамики давления при различных диаметрах и положениях взрывного клапана. По рисункам видно, что процессы, происходящие при воспламенении смеси, имеют достаточно сложный характер.
а) d = 20 мм б) d = 30 мм
в) d = 40 мм г) d = 70 мм
1 – фланец 1; 2 – фланец 2; 3 – фланец 3
Рисунок 3 – Динамика давления в рабочей полости установки при изменении места установки клапана
а) фланец 1 б) фланец 2 в) фланец 3
Рисунок 4 – Динамика давления в рабочей полости установки при различных диаметрах клапана
С точки зрения безопасности наибольший интерес во время взрыва представляли значения максимально достигнутого давления внутри рабочей полости установки. С учётом этого по экспериментальным данным для каждого диаметра проходного отверстия клапана была построено уравнение линейной среднеквадратичной регрессии:
, (1)
где 
– максимальное значение давления, зарегистрированное во время опыта, Па;
– относительное удаление клапана от источника воспламенения;
– расстояние от центра клапана до источника воспламенения, м;
– длина рабочей полости установки, м,
, 
– коэффициенты уравнения линейной регрессии.
Значения относительного удаления клапана 
принимались равными 0,133, 0,5 и 0,867 для фланцев 1, 2 и 3 соответственно. Результаты регрессионного анализа представлены на рисунке 5.
а) d=20 мм б) d=30 мм
в) d=40 мм г) d=70 мм
Рисунок 5 – Максимальные значения давления в зависимости от места установки клапана при различных диаметрах d проходного отверстия
(точки – эксперимент, линия – регрессия)
По рисунку хорошо виден рост величин максимального давления при удалении клапана от источника зажигания. В то же время можно заметить, что величина изменения давления при перемещении клапана из положения 
в положение 
зависит от величины диаметра клапана. Для оценки этой зависимости представляется удобным использовать величину относительного прироста давления (2), которая показывает, во сколько раз изменилось давления при перемещении клапана с фланца 1 на фланец 3:
. (2)
На рисунке 6 приведены значения 
, полученные для исследованных диаметров клапана (точки соединены линиями для наглядности).
Рисунок 6 – Относительный прирост максимального давления в зависимости от диаметра клапана
Основываясь на полученных данных, можно утверждать, что влияние места расположения клапана на давление взрыва возрастает с увеличением диаметра проходного отверстия.
Приняв во внимание допустимые значения давления при воспламенении смеси, равное 0,1МПаи, можно получить, что согласно приложению к ГОСТ 12.1.004-91[1], диаметр взрывного клапана для установки «Сержант-1» должен быть не менее 0,061 м. Поэтому выводы, полученные для экспериментов, относящиеся к диаметру 0,07 м, прямо относятся к клапанам, рекомендованным стандартом.
Вывод. Для клапанов, имеющих размеры в соответствии с ГОСТ 12.1.004-91, место установки на ограждении топки является существенным фактором, влияющим на давление взрыва: с удалением от места возможного воспламенения смеси, эффективность взрывного клапана снижается.
Литература
1. ГОСТ 12.1.004-91. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования [Текст] / Утв. постановлением Госстандарта СССР от 01.01.01 г. N 875 – Введ. . – С изменениями от 01.01.01 г. – Введ. . – М. : Изд-во стандартов, 1994. – 124с.
