Устройство для определения текучести огнетушащих порошковых составов
Владельцы патента RU 2712958:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук (ПФИЦ УрО РАН) (RU)
Изобретение относится к области измерительного оборудования, используемого для оценки текучести порошковых составов при высоких скоростях их течения. Устройство для определения текучести огнетушащих порошковых составов включает баллон с азотом - источник движущей среды, ресивер, напорную магистраль, редукторы высокого давления, пневматический клапан, панель управления, расходную емкость, снабженную крышкой с фланцевым соединением, мерный цилиндр со встроенным запорным клапаном, выпускную трубу, тензометрические датчики давления, пневмораспределитель, шиберный затвор с пневмоприводом, сопло, пылеуловитель с перепускным клапаном 0,1 Мпа, аналого-цифровой преобразователь, персональный компьютер. Выпускная труба может быть прямой или спиралевидной. В мерном цилиндре может быть дополнительно установлен жесткий поршень. Технический результат - устройство позволяет проводить испытания при высоких скоростях за счет высокого испытательного давления (до 12 МПа), при высоком расходе за единицу времени (от 1 кг/с), при малом расходе испытуемого материала (до 1 кг), а высокую надежность результатов обеспечивают датчики давления, опрашиваемые аналого-цифровым преобразователем с частотой до 1000 Гц, с визуализацией результатов на ПК. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Устройство для определения текучести огнетушащих порошковых составов (ОПС) относится к области измерительного оборудования, используемого для оценки текучести порошковых составов при высоких скоростях их течения.
Известен способ определения текучести гидрофобизированной фракции перхлората аммония [Патент РФ №2390756, Опубл. 27.05.2010], заключающийся в заполнении испытуемым порошкообразным материалом цилиндра, установленного на тарели с метками, медленного его поднятия и фиксации диаметра рассыпавшегося по кругу порошка.
Известно устройство для определения текучести порошкообразных материалов [Патент РФ 2457462, опубл. 27.07.2012], включающее полый цилиндр, загрузочную воронку с клапаном, в нижней части которой имеется гнездо, для установки на цилиндр, фиксатор, удерживающий груз и поддон с отбортовкой по периметру, закрепленный регулирующими винтами, приемные емкости и цилиндр, который через блоки, установленные на крестовине, закрепленной на стойках и направляющей трубе, тросом крепится к грузу, перемещающемуся внутри трубы, в нижней части трубы закреплена прокладка.
Известен способ определения текучести порошкообразных материалов [Патент РФ 250297, опубл. 27.12.2013], заключающийся в заполнении цилиндра, установленного на поддоне, испытуемым порошкообразным материалом, медленного его поднятия с помощью груза и фиксации диаметра рассыпавшегося по кругу порошка.
Недостатком данных способов является то, что движение порошка происходит при атмосферном давлении и не моделирует условий происходящих при его скоростном перемещении под действием избыточного давления.
Известен метод измерения текучести порошкообразных составов в соответствии с нормами пожарной безопасности [НПБ 170-98* Порошки огнетушащие общего назначения. Общие технические требования. Методы испытаний], Метод основан на измерении массового расхода порошка при истечении его из испытательного прибора типа огнетушителя под давлением рабочего газа, при котором в огнетушитель загружается испытуемый порошок и производится его герметизация. После чего закачивается азот или воздух под давлением (16±0,5) атм. Заряженный огнетушитель подвергают воздействию вибрации, после чего производят выпуск порошка в течение 6 секунд и перекрывают клапан. По массе определяют остаточное содержание порошка в огнетушителе.
Недостатком данного метода является ограничение по испытательному давлению (1,6 МПа), что в свою очередь ограничивает скорость перемещения порошка. Также нет возможности проводить испытания при течении через спиральную трубку. Из-за отсутствия пылеуловителя испытания можно проводить только на открытом воздухе. Необходима замена разрывной мембраны после каждого испытания.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату решением, взятым за прототип, является установка для определения текучести порошкообразных составов [Г. Шрайбер, П. Порст. Огнетушащие средства. - М.: Стройиздат, 1975 г.]. Установка позволяет определять скорость истечения порошка по спирали при перепаде давления в 10 кгс/см2. Установка состоит из резервуара, в который загружается 4 кг порошка. С помощью азота в нем создают давление 10 кгс/см2, после чего порошок выпускают по спиралеобразной трубе длиной около 6 м, диаметром 8 мм в сосуд для приема порошка. Фиксируют количество порошка, оставшееся в резервуаре. Текучесть считается хорошей, если остаток порошка не превышает 20%.
Недостатком данной установки является большой расход порошка (4 кг) при единичном испытании, малое рабочее давление (10 кг/см2), малая скорость течения и малый расход порошка в единицу времени. Выпускное отверстие расходной емкости располагается в верхней части, что способствует неполному выходу порошка. Также нет возможности проводить испытания при воздействии на порошок жесткого поршня.
Задачей настоящего изобретения является разработка устройства, которое позволяет проводить определение текучести порошковых составов с высокой надежностью результатов при высокой скорости течения порошка, с высоким расходом порошка за единицу времени (более 1 кг/с), малым общим расходом (до 1 кг) порошка за единичное испытание, с возможностью проводить испытания под действием движущей газовой среды и под воздействием жесткого поршня, с истечением ОПС из мерной емкости, по выпускной трубе как прямой, так и спиралевидной формы различного диаметра в специальный пылеуловитель для возможности проведения испытаний в закрытом помещении.
1. Для решения поставленной задачи предлагается устройство для определения текучести огнетушащих порошковых составов, включающее баллон с азотом - источник движущей среды, ресивер, напорную магистраль, редукторы высокого давления, пневматический клапан, панель управления, пневмораспределитель, расходную емкость, снабженную крышкой с фланцевым соединением, мерный цилиндр со встроенным запорным клапаном, тензометрические датчики давления, шиберный затвор с пневмоприводом, выпускную трубу, сопло, пылеуловитель с перепускным клапаном 0,1 МПа, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), персональный компьютер.
2. Предлагается устройство, отличающееся тем, что выпускная труба выполнена прямой.
3. Предлагается устройство, отличающееся тем, что выпускная труба выполнена спиралевидной.
4. Предлагается устройство, отличающееся тем, что в мерном цилиндре дополнительно установлен жесткий поршень.
Устройство позволяет проводить испытания при высоких скоростях за счет высокого перепада давления (до 12 МПа), при высоком расходе порошка за единицу времени (более 1 кг/с), при малом общем расходе (до 1 кг). Высокую надежность результатов обеспечивают датчики давления, опрашиваемые аналого-цифровым преобразователем с частотой до 1000 Гц, с визуализацией результатов на ПК. Устройство позволяет проводить испытания при воздействии на ОПС движущей газовой среды и при воздействии жесткого поршня. Перемещение порошка при испытании возможно как по прямой, так и по спиралевидной трубке, через сопло в пылеуловитель. За счет встроенного запорного клапана в мерном цилиндре не требуется замены разрывной мембраны после каждого проведения испытания, что также позволяет с высокой надежностью фиксировать возможный остаток порошка. Выпускное отверстие в расходной емкости расположено снизу, что обеспечивает полноценный выброс порошка. Затвор шиберного типа обеспечивает беспрепятственное перемещение порошка по выпускной трубе без скоростных колебаний. Истечение порошка производится в пылеуловитель, оборудованный перепускным клапаном 0,1 МПа для поддержания постоянного перепада давления. Пылеуловитель позволяет проводить испытания в закрытых помещениях.
Высокие испытательные давления необходимы для испытания огнетушащих порошковых составов, предназначенных для автоматизированных систем подавления взрыва, применяемых в подземных шахтах горнодобывающих предприятий, где за счет высокой скорости срабатывания необходимо распылить большой объем порошка за короткий временной интервал (от 1 кг/с), поэтому выброс ОПС происходит при давлении от 10 до 12 МПа и высокой скорости течения. Вытеснение жестким поршнем в установке моделирует условие уплотнения порошка при его длительном хранении, и позволяет наиболее полноценно оценить его текучесть. Спиралевидная трубка обеспечивает дополнительное сопротивление потоку движущихся частиц, моделируя условия, когда необходимо подавать ОПС на некоторое удаление от источника движущей среды.
Устройство обеспечивает проведение испытаний по определению текучести огнетушащего порошка при различном перепаде давления, с измерением, обработкой и визуализацией результатов испытаний.
На фиг. представлена схема устройства.
Устройство включает в себя баллон с азотом - источник движущей среды (1), ресивер (2), напорную магистраль (3), редукторы высокого давления (4), пневматический клапан (5), панель управления (6), пневмораспределитель (7), расходную емкость, снабженную крышкой с фланцевым соединением (8), мерный цилиндр со встроенным запорным клапаном (9), жесткий поршень (10), тензометрические датчики давления (11), шиберный затвор с пневмоприводом (12), прямую выпускную трубу (13), спиралевидную трубу (14), сопло (15), пылеуловитель с перепускным клапаном 0,1 МПа (16), аналого-цифровой преобразователь (17), персональный компьютер (18).
Методика проведения исследования
Определение текучести с использованием заявляемого устройства осуществляется следующим образом.
В мерный цилиндр со встроенным запорным клапаном (9) засыпают до 1 кг ОПС с погрешностью ± 1 г и устанавливают его в расходную емкость (8). В зависимости от методики испытания в мерный цилиндр (9) дополнительно может быть установлен жесткий поршень (10), после чего расходная емкость (8) герметично закрывается крышкой с фланцевым соединением. В зависимости от методики испытания на выпуске устанавливается либо прямая (13), либо спиралевидная (14) выпускная труба. В расходной емкости (8) и ресивере (2) с помощью баллона с азотом (1) редуктором (4) напорной магистрали (3) создается давление до 12 МПа, под действием которого открывается запорный клапан в мерном цилиндре (9). В зависимости от методики испытания меняется очередность открытия шиберного затвора (12) и пневматического клапана (5) в напорной магистрали (3). После открытия запорного клапана на персональный компьютер (18) через АЦП (17) поступает сигнал с тензометрических датчиков давления (11), по которым дополнительно стабилизируется давление в расходной емкости (8) с помощью редуктора (4). По сигналу с панели управления (6) через пневмораспределитель (7) пневмоприводом открывается шиберный затвор (12), происходит выброс порошка по прямой (13) или по спиралевидной трубе (14) через сопло (15) в пылеуловитель (16). По сигналу с тензометрических датчиков давления (11) через АЦП (17) на персональном компьютере (18) строятся диаграммы изменения давления на различных участках, по которым определяют временной интервал выброса порошка. После проведения испытания разбирается фланцевое соединение крышки расходной емкости (8) и извлекается мерный цилиндр (9) для определения возможного остаточного содержания порошка, которое определяется с помощью весов.
Возможность осуществления изобретения подтверждается примерами.
Пример 1. Проведение испытания под действием газовой среды через прямую трубу
В мерный цилиндр засыпали 1 кг ОПС, поместили его в расходную емкость, после чего расходную емкость герметично закрыли крышкой с помощью фланцевого соединения. На выпуске установили прямую выпускную трубу диаметром 14 мм длиной 50 см. В расходной емкости создали давление 10 Мпа. По сигналу с панели управления через пневмораспределитель пневмоприводом открывали шиберный затвор, происходил выброс порошка по прямой выпускной трубе через сопло в пылеуловитель.
По сигналу с тензометрических датчиков давления на компьютере были построены диаграммы изменения давления, по которым определили временной интервал выброса порошка. Время истечения составило 0,98 секунды. Остаточного содержания порошка в мерной емкости не наблюдалось.
Пример 2. Проведение испытания под воздействием жесткого поршня через прямую трубу
В мерный цилиндр засыпали 1 кг ОПС, сверху установили жесткий поршень, поместили мерный цилиндр в расходную емкость, после чего расходную емкость герметично закрыли крышкой с помощью фланцевого соединения. Пневмоприводом открыли шиберный затвор, в ресивере и напорной магистрали с помощью редуктора создали давление 10 МПа, по сигналу с пульта управления пневмораспределителем открыли пневматический клапан напорной магистрали. Под воздействием газовой среды, жесткий поршень приводился в движение и вытеснял порошок из мерного цилиндра. Порошок выбрасывался по прямой выпускной трубе через сопло в пылеуловитель.
По сигналу с датчиков давления на компьютере была построена диаграмма давлений, по которым определяли временной интервал выброса порошка. Время истечения составило 0,47 секунды. Остаточного содержания порошка в мерной емкости не наблюдалось.
Пример 3. Проведение испытания под действием газовой среды через спиральную трубу
В мерный цилиндр засыпали 1 кг ОПС, поместили его в расходную емкость, после чего расходную емкость герметично закрыли крышкой с помощью фланцевого соединения. В расходной емкости создали давление 10 МПа. По сигналу с панели управления через пневмораспределитель пневмоприводом открывали шиберный затвор, происходил выброс порошка по спиральной трубе через сопло в пылеуловитель.
По сигналу с датчиков давления через АЦП на компьютере была построена диаграмма давлений, по которым определяли временной интервал выброса порошка.
Время истечения составило 2,01 секунды. Остаточного содержания порошка в мерной емкости не наблюдалось.
Пример 4. Проведение испытания под действием жесткого поршня через спиральную трубу
В мерный цилиндр засыпали 1 кг ОПС, сверху установили жесткий поршень, поместили мерный цилиндр в расходную емкость, после чего расходную емкость герметично закрыли крышкой с помощью фланцевого соединения. Пневмоприводом открыли шиберный затвор, в ресивере и напорной магистрали с помощью редуктора создали давление 10 МПа, по сигналу с пульта управления пневмораспределителем открыли пневматический клапан напорной магистрали. Под воздействием газовой среды, жесткий поршень приводился в движение и вытеснял порошок из мерного цилиндра. Порошок выбрасывался по спиральной трубе через сопло в пылеуловитель.
По сигналу с датчиков давления на компьютере была построена диаграмма давлений, по которым определяли временной интервал выброса порошка. Время истечения составило 1,07 секунды. Остаточного содержания порошка в мерной емкости не наблюдалось.
Описания устройства для определения текучести огнетушащих порошковых составов, характеризующегося признаками, идентичными всем признакам заявляемого решения, в источниках информации не обнаружено. Это позволяет сделать вывод о соответствии решения критерию изобретения "новизна".
Достижение заявляемого технического эффекта возможно только при использовании всех существенных признаков предлагаемого решения в совокупности, что обеспечивает соответствие его критерию изобретения "изобретательский уровень".
Предлагаемое решение имеет следующие преимущества.
1. Устройство обеспечивает возможность исследовать текучесть ОПС при высоких скоростях их течения с расходом более 1 кг/сек.
2. Устройство обеспечивает малый расход ОПС при единичном испытании до 1 кг.
3. Высокая надежность результатов обеспечивается за счет АЦП с частотой опроса до 1000 Гц.
4. Устройство позволяет проводить испытания как при воздействии на ОПС движущей газовой среды, так и при воздействии жесткого поршня.
5. Устройство позволяет проводить испытания при движении порошка по выпускной трубе как прямой, так и спиралевидной формы различного диаметра.
6. Пылеулавливающая камера обеспечивает возможность проведения испытания в закрытых помещениях.
1. Устройство для определения текучести огнетушащих порошковых составов, включающее баллон с азотом - источник движущей среды, соединенный с ресивером и редуктором высокого давления через напорную магистраль, пневматический клапан и пневмораспределитель, смонтированные в напорной магистрали, панель управления, расходную емкость, установленную вертикально и снабженную крышкой с фланцевым соединением, мерный цилиндр, установленный внутри расходной емкости, жесткий поршень, перемещающийся внутри мерного цилиндра, затвор с пневмоприводом, расположенный в выпускной трубе на выходе из расходной емкости, спиралевидную трубку, расположенную на выходе после затвора, сопло, расположенное в пылеуловителе, оснащенном перепускным клапаном 0,1 МПа, тензометрические датчики давления, соединенные с персональным компьютером через аналого-цифровой преобразователь с помощью кабеля.
2. Устройство, отличающееся тем, что мерный цилиндр содержит встроенный запорный клапан.
3. Устройство, отличающееся тем, что выброс порошка производится с помощью шиберного затвора.
