Пристрій для контрольних випробувань вогнезахисних покриттів металевих конструкцій

1. Пристрій для контрольних випробувань вогнезахисних покриттів металевих конструкцій, що містить досліджуваний зразок з нанесеним на нього досліджуваним вогнезахисним покриттям, камерну або електричну муфельну піч, набір температурних датчиків і вторинних приладів для реєстра C2 2 (19) 1 3 91428 лювання режиму нагріву. Пристрій дозволяє проводити випробування одночасно двох зразків у вигляді металевих пластин з нанесеним (або закріпленим) з одного боку вогнезахисним покриттям при їх односторонньому нагріві (зразки встановлюються у вікнах на стінках печі), а також одного зразка (з двостороннім покриттям) при двосторонньому нагріві (зразок встановлюється усередині печі). Недоліками приведеного пристрою є застосування зразків у вигляді металевих пластин з вогнезахисним покриттям, необхідність застосування різних по товщині пластин при моделюванні різних співвідношень об'єму металу до площі поверхні, що обігрівається, нерівномірний нагрів середньої і торцевих частин пластини, значні витрати досліджуваних матеріалів, трудовитрат на їх підготовку і проведення випробування. Поставлена задача - збільшення точності визначення теплозахисних властивостей покриттів металевих конструкцій, зниження вартості, трудовитрат на підготовку і проведення випробувань, спрощення ідентифікації теплофізичних характеристик составів. Рішення цієї задачі досягається тим, що пристрій для контрольних випробувань вогнезахисних покриттів металевих конструкцій містить дослідні зразки з нанесеним на них вогнезахисним составів, камерну або електричну муфельну піч, набір температурних датчиків і вторинних приладів для реєстрації і регулювання температур в печі і на зразку; причому зразок виконаний у вигляді порожнистого сталевого циліндра - циліндрового кільця, на зовнішню поверхню якого наноситься досліджуване покриття. Зразок щільно насаджується на середню частину сталевого полого циліндрового вимірювального вкладиша з внутрішньою теплоізоляцією порожнини, забезпеченого термопарами для вимірювання температури на контакті з кільцем зразка і в центрі теплоізоляції. Крайні частини вкладиша теплоізолюються, що створює в центральній частині збірного із зразком циліндра одновимірне осесиметричне нестаціонарне температурне поле. Передбачено декілька вкладишів з різними діаметрами внутрішньої порожнини для можливості варіювати співвідношенням площі поверхні зразка As, що нагрівається, до його об'єму Vs. Пристрій для контрольних випробувань вогнезахисних покриттів металевих конструкцій (фіг. 1, 2) містить дослідний зразок у вигляді сталевого циліндрового кільця 1 з нанесеним досліджуваним составом 2, сталевий порожнистий циліндровий вимірювальний вкладиш 3 з внутрішньою теплоізоляцією порожнини 4, забезпечений термопарами для вимірювання температури на контакті з циліндровим кільцем зразка 5 і в центрі теплоізоляції 6, теплоізолятор охоронної зони вимірюваль c 1( 1 r 1 1 ) t 0, r 1 r r r 1 1 r , 0 r 4 ного блоку 7. Пристрій розміщується співісній з подовжньою віссю електричній печі 8 для рівномірного обігріву по створюючій циліндрового зразка 1 з нанесеним досліджуваним составом 2 (фіг.3). Електрична камерна або муфельна піч виконується так, щоб забезпечити нагрів зразка по режиму стандартної пожежі. Для проведення випробувань при різних співвідношеннях площі поверхні зразка As, що нагрівається, до його об'єму Vs передбачений набір декількох вкладишів з різними діаметрами внутрішньої порожнини або застосування складеного вкладиша з набору сталевих циліндрів щільно вставлених один в іншій. Для фіксації температури нагріву в 4 діаметрально розташованих по колу точках середньої частини сталевого циліндрового вимірювального вкладиша закарбовуються термопари, які прокладені в борозенках зовнішньої поверхні і виведені через торець утепленої частини з муфельної печі на вторинний прилад. Для пасивних покриттів також встановлюються 4 термопари на їх поверхні. Для покриттів, що спучуються, температурне поле заміряється по термопарах, що встановлюються в печі. Контрольні випробування проводяться таким чином. Зразок 1 з покриттям 2 щільно насаджується на середню частину циліндрового вимірювального вкладиша 3, який вставляється в теплоізолятори торцевих охоронних зон 7 (фіг.1). Пристрій встановлюється в піч на вогнестійкі підставки, що забезпечують центрування циліндра зразка для його рівномірного осесиметричного нагріву (фіг.3). Включається електрична піч. Нагрів проводиться до настання граничного стану, за який береться досягнення критичної температури сталі дослідних зразків, рівною 500°С (середня по чотирьох термопарах 6). В процесі нагріву проводиться вимір температури в печі і по всіх термопарах. За наслідками вимірювань температури в часі визначаються реальні (для пасивних твердих покриттів) або еквівалентні (для покриттів, що спучуються) теплофізичні характеристики: коефіцієнт об'ємної теплоємності c 3 ( ) і коефіцієнт теплопровідності 3 ( ) в залежності від температури Т шляхом рішення зворотної задачі теплопровідності для теплової системи, що складається з циліндрової області внутрішньої теплоізоляції вимірювального сталевого вкладиша радіусом r1 , циліндрового сталевого кільця вкладиша і сталевого зразка внутрішнім радіусом r1 і зовнішнім радіусом r2, а також циліндровим шаром досліджуваного покриття внутрішнім радіусом r2 і зовнішнім радіусом r3 (фiг.4). Для цієї системи сформульовано наступна зворотна задача теплопровідності: r1; t 0; (1) 0; (2) 1 r 2 2 r , 1 2; r r1; (3) 5 c 2 2 t 2 2 c 91428 r 3 3 t 1 r r 3 3 r 1 r r 2 r 2 , r 3 r 4 2 r 3 r1 r r2 , t 0; (4) 3; 2 r 3 , 6 , r r2 r2 ; r (5) r3 , t 0; (6) 4 f Т = Т0, t = 0, 01< r < r3; невідомими є c 3 ( ) і 3 ( ) , де r1 - радіус зовнішньої поверхні теплоізоляції порожнини металевого циліндра ( внутрішній поверхні металевого циліндра), м; r2 - радіус зовнішньої поверхні металевого циліндра, м; r3 - радіус зовнішньої поверхні вогнезахисного покриття, що приймається рівний початковому радіусу захисного покриття до нагріву, м; Т1 - температура у внутрішній теплоізоляції, °С; T2 - температура в металі, °С; Т3 - температура в захисному шарі, °С; Tf - температура пожежного середовища, °С; T* = 273,15°С; t - час, с; Рішення нелінійної нестаціонарної задачі теплопровідності (1) - (8) зводиться до вирішення послідовності стаціонарних нелінійних задач теплопровідності для кожного моменту часу на базі сумісного застосування ітераційного, варіаційного і методу кінцевих елементів за розробленою програмою розрахунку на персональному комп'ютері [6]. Джерело інформації 3 f , r r3 ; (7) (8) 1. НПБ 236-97 Нормы государственной противопожарной службы МВД России. 1997 г. 2. Инструкция по определению теплоизолирующих свойств вспучивающихся покрытий по металлу. - М.: ВНИИПО, 1980, 3. Т.Н. Шаль. Методика проведения огневых испытаний и исследования адгезии покрытий к металлу, в об. Проблемы огнезащиты строительных материалов и конструкций. - Львов: МП "Украина", 1994. 4. Определение теплоизолирующих свойств огнезащитных покрытий по металлу: Методика. М.: ВНИИПО, 1998. - 19 с. 5. Абрамов А.А., Новак С.В., Кокорин А.П. Лабораторная установка для оценки эффективности огнезащитных покрытий // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. - Киев: МВД Украины, 1995. - С. 219-220. 6. Яковлева Р.А.,Фомин С.Л., Сафонов Н.А., Безуглый A.M. Новые огнезащитные покрытия по металлу и идентификация их теплофизических свойств // Науковий вісник будівництва. Вип. 48. Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2008. - С.250-268. 7 91428 8 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 91428 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601