BADANIE RÓWNOMIERNOŚCI ZRASZANIA TRYSKACZY I ZRASZACZY Autor: Henryk Łoza Opracowanie wersji elektronicznej: Tomasz Wdowiak 1. Cel i zakres ćwiczenia Ćwiczenie ma na celu badanie działania elementów wylotowych (tryskaczy, zraszaczy), poprzez pomiary ilości wody i równomierności jej rozkładu na powierzchni. Podczas tego ćwiczenia zostanie oceniony rozkład wody (równomierność zraszania) poszczególnych rodzajów tryskaczy i zraszaczy. Dokonana zostanie demonstracja działania tryskaczy i zraszaczy. Ze względu na brak odpowiedniego stanowiska laboratoryjnego zgodnego z wymaganiami normy [1], procedura pomiarów będzie odbiegała od postanowień niniejszej normy. Całe badanie sprowadzać się będzie do oszacowania równomierności zraszania i porównania wyników różnych rodzajów tryskaczy i zraszaczy. Ćwiczenie niniejsze odzwierciedlać powinno rzeczywiste warunki pracy tryskaczy i zraszaczy, tak aby można było ocenić, czy dany tryskacz lub zraszacz zachowywał będzie wymagane parametry. 2. Wprowadzenie teoretyczne 2.1. Określenia podstawowe Zgodnie z PN ISO 6182-1 tryskacz - termoczułe urządzenie skonstruowane tak, aby reagowało w ustalonej z góry temperaturze poprzez samoczynne wypuszczenie strumienia wody i rozproszenie jej według określonego kształtu i określonej ilości na określoną powierzchnię, współczynnik przewodności (C) - miara przewodności cieplnej między elementem termoczułym tryskacza i obsadą z przyłączem, [(m/s) 1/2 ], wskaźnik czasu zadziałania (RTI) - miara czułości tryskacza wyrażona jako: RTI = τʋ 1/2 (1) gdzie: τ - stała czasowa elementu termoczułego tryskacza [s] ʋ - prędkość przepływu gazu {m/s] tryskacz klasyczny C - tryskacz dający sferyczny strumień 1
rozproszonej wody skierowany do dołu i na sufit na określoną powierzchnię chronioną [3]. Tryskacz klasyczny początkowo kieruje od 0% do 60% całkowitego wypływu wody bezpośrednio w dół. tryskacz rozpylający S - tryskacz dający paraboidalny strumień rozproszonej wody skierowany w dół na określoną powierzchnię chronioną. Tryskacz rozpylający początkowo kieruje od 80% do 100% całkowitego wypływu wody bezpośrednio w dół. Rys. 1. Kształt strumienia rozproszonej wody dla tryskacza klasycznego [3] Rys. 2. Kształt strumienia rozproszonej wody dla tryskacza rozpylającego.[3] tryskacz rozpylający o płaskim strumieniu rozproszonej wody F - tryskacz dający paraboidalny strumień rozproszonej wody skierowany w dół na określoną powierzchnię, przy czym pewna ilość wody zrasza sufit. Tryskacz rozpylający o płaskim strumieniu wody kieruje od 60% do 80% całkowitego wypływu w dół. tryskacz przyścienny W - tryskacz dający jednostronny (półparaboidalny) strumień rozproszonej wody. tryskacz stojący U - tryskacz zamontowany w taki sposób, że strumień wody skierowany jest w górę na rozpryskiwacz. tryskacz wiszący P - tryskacz zamontowany w taki sposób, że strumień wody skierowany jest w dół na rozpryskiwacz. tryskacz horyzontalny H - tryskacz zamontowany w taki sposób, że strumień wody skierowany jest poziomo na rozpryskiwacz. 2.2. Wybrane wymagania normowe Zgodnie z [1]. 2
2.2.1. Wymiary Tryskacze powinny spełniać wymagania dotyczące wymiarów podane w tabeli 1. Obecnie w niektórych krajach dopuszcza się do stosowania tryskacze z otworami o średnicach 6 mm, 8 mm, 9 mm. W niektórych krajach dopuszcza się do stosowania również gwint 1/2 cala dla tryskaczy z otworami o średnicach 6 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 20 mm. Niektóre tryskacze specjalne mogą mieć gwint o większej średnicy. Tryskacze z gwintem 1/2 cala z otworami o średnicy nominalnej innej niż 1 mm, powinny mieć metalowy pręt o długości 10 mm i średnicy mm, wystający ponad rozpryskiwacz. Tabela 1. Wymagania dotyczące wymiarów Średnica nominalna otworu [mm] Średnica nominalna gwintu[cal] 10 3/8 1 1/2 20 3/ 2.2.2. Znamionowa temperatura otwarcia Znamionowe temperatury otwarcia tryskaczy ampułkowych i topikowych powinny być takie jak podano w tabeli 2. Tabela 2. Znamionowa temperatura otwarcia Tryskacze ampułkowe Znamionowa temperatura otwarcia [ C] Kod w postaci barwy płynu Znamionowa temperatura otwarcia [ C] Tryskacze topikowe Kod barwny na ramionach jarzma 7 pomarańczowy 7 do77 bez koloru 68 czerwony 80 do 107 biały 79 żółty 121 do 19 niebieski 93 zielony 163 do 191 czerwony 100 zielony 20 do 26 zielony 121 niebieski 260 do 302 pomarańczowy 11 niebieski 320 do 33 czarny 163 fiołkowo-różowy 182 fiołkowo-różowy 20 czarny 227 czarny 260 czarny 33 czarny 2.2.3. Działanie Tryskacz, badany zgodnie z [1], powinien się otworzyć po upływie 3
najwyżej s od chwili rozpadu elementu termoczułego i zacząć prawidłowo działać. Wszystkie blokady, powstałe z części elementu otwierającego, albo powinny zostać usunięte w ciągu najwyżej 60 s od chwili rozpadu elementu termoczułego, albo potem nie powinny stanowić przeszkody, aby tryskacz spełniał odpowiednie wymagania co do rozpraszania wody. Na rys. 3 przedstawiono tryskacz w czasie działania [3]. Rys. 11.3. Tryskacz w czasie działania. [3] 2.2.. Znakowanie Każdy tryskacz, odpowiadający wymaganiom normy, należy znakować następująco: znakiem handlowym lub nazwą producenta, oznaczeniem modelu. Tryskacze z obsadą z gwintem 1/2 cala z nominalną średnicą otworu inną niż 1 mm powinny mieć wartość nominalnej średnicy otworu odlaną lub wytłoczoną na korpusie
w miejscu pod klucz, oznaczeniem wytwórni producenta, jeśli producent ma więcej niż jedną wytwórnię tryskaczy, skrótowym oznaczeniem rodzaju tryskacza i pozycji montażowej. W przypadku rozpryskiwaczy tryskaczy ściennych nie poziomych, powinien być wyraźnie oznaczony przewidywany kierunek ustawienia rozpryskiwacza względem kierunku przepływu wody. Jeśli zastosowana jest strzałka, powinien jej towarzyszyć wyraz "przepływ". Tryskacze horyzontalne powinny mieć na rozpryskiwaczu wyraz "góra" dla wskazania ich ustawienia, rokiem produkcji, znamionową temperaturą zadziałania. 2.2.. Schemat metod badania tryskaczy Powłoka bitumiczn 23 20 2 12 1 11 2 1 10 1 2 2 21 12 9 6 10 19 8 Wejście, dokumenty techniczne 1 2 2 10 10 17 16 Wymagana liczba tryskaczy Numer badania 21 Powłoka tryskacza 13 7 22 1 8 6 18 10 22 18 27 6 28 6 Rys.. Schemat metod badawczych. [1] 1 - badanie wstępne, 2 - oględziny, 3 - znakowanie/identyfikacja tryskacza, - próba działania, - badanie korozji w dwutlenku siarki, 6 - próba 3 29 6
szczelności, 7- próba uderzenia wodnego, 8 - próba odporności na wibracje, 9- próba działania ciepła, 10 - próba szoku termicznego, 11 - badanie przepływu wody, 12 - badanie rozpraszania wody, 13 - próba niskiej temperatury, 1 - znamionowa temperatura otwarcia tryskacza, 1 - znamionowa temperatura pęknięcia ampułek, 16 - próba korozji naprężeniowej w wodnym roztworze amoniaku, 17 - próba wytrzymałości dla elementów otwierających, 18 - badanie z ogrzewaniem dynamicznym, 19 - badanie w wilgotnym powietrzu, 20 - obciążenie robocze, 21 - próba działania ciepła, 22 - próba korozji w mgle solnej, 23 - próba parowania, 2 - próba odporności cieplnej, 2 - próba pożaru stosu badawczego, 26 - wytrzymałość rozpryskiwacza, 27 - próba odporności na uderzenie, 28 - trzydziestodniowa próba odporności na przecieki, 29 - próba odporności na podciśnienie. 2.2.6. Badanie rozpraszania wody Badanie to dotyczy tryskaczy klasycznych, rozpylających z rozpraszaniem płaskim i suchych. W komorze do badań (o wymiarach minimalnych 7m x 7m i maksymalnych 8m x 8m) należy zainstalować cztery tryskacze tego samego rodzaju, rozmieszczone w rogach kwadratu, na przygotowanym do tego celu układzie rur. Rozmieszczenie rur i pojemników pokazano na rysunkach nr 6, 7, 8, 9. Ramiona korpusów tryskaczy powinny być równoległe do rur zasilających. Odległość rozpryskiwaczy od sufitu powinna wynosić 0 mm. W przypadku tryskaczy wiszących odległość ta powinna wynosić 27 mm. Tryskacze wpuszczane, obudowane i zakryte należy montować w prowizorycznym suficie o wymiarach nie mniejszych niż 6m x 6m, zamontowanym symetrycznie w komorze do badań. Tryskacze należy wkręcać bezpośrednio do rur poziomych za pomocą trójników "T" lub kolanek. Wielkość powierzchni zraszanej i intensywność zraszania dla każdej z trzech nominalnych wielkości tryskaczy podane są w tabeli 3. Rozpraszanie wody na powierzchnię chronioną między czterema tryskaczami należy mierzyć za pomocą kwadratowych pojemników pomiarowych o boku 00 mm. Odległość między sufitem a górną krawędzią pojemników pomiarowych powinna wynosić 2,7 m. Pojemniki należy umieścić pośrodku komory, pod czterema tryskaczami. Wodę zbierać w ciągu czasu nie krótszego niż 3 min. Liczba pojemników, w których ilość wody jest mniejsza niż 0% 6
8 000 7 000 00 000 intensywności zraszania podanej w kolumnie 2 tabeli 3, nie powinna przekraczać wartości podanej w kolumnie 6 tej samej tabeli. 8 000 7 000 Pow. 20,2 m 2 Średnica nominalna 6 Średnica nominalna 2 2 20 2 20 Przepływ wody Rys. Plan pomieszczenia do zbierania rozproszonej wody (powierzchnia pomiarowa odpowiada 20,2 m 2 ) 7
8 000 7 000 3 00 000 8 000 7 000 Pow. 12,2 m 2 Średnica nominalna 6 Średnica nominalna 2 1 70 2 20 1 70 Przepływ wody Rys 6. Plan pomieszczenia do zbierania rozproszonej wody (powierzchnia pomiarowa odpowiada 12,2 m 2 ) 8
8 000 7 000 3 000 000 8 000 7 000 Pow. 9 m 2 Średnica nominalna 6 Średnica nominalna 2 2 00 1 00 1 00 Przepływ wody Rys 7. Plan pomieszczenia do zbierania rozproszonej wody (powierzchnia pomiarowa odpowiada 9 m 2 ) 9
8 000 7 000 2 00 000 8 000 7 000 Pow. 6,2 m 2 Średnica nominalna 6 Średnica nominalna 2 2 20 1 20 1 20 Rys 8. Plan pomieszczenia do zbierania rozproszonej wody (powierzchnia pomiarowa odpowiada 6,2 m 2 ) Tabela 3. Rozpraszanie wody Znamionowa średnica otworu [mm] Intensywność zraszania [mm/min] Natężenie przepływu przez tryskacz [I/min] Przepływ wody Powierzchnia chroniona [m 2 ] Rozstaw tryskaczy [m] Dopuszczalna liczba pojemników z mniejszą zawartością wody 10 2, 0,6 20,2, 8 1,0 61,3 12,2 3, 1,0 13,0 9 3 20 10,0 90,0 9 3 30,0 187, 6,2 2, 3 2.2.7. Rozdział wody powyżej i poniżej rozpryskiwacza Ilość wody płynącej w dół od rozpryskiwacza tryskacza powinna wynosić od 0% do60 % dla tryskaczy klasycznych i 80% do100 % dla tryskaczy rozpylających. Tryskacze powinny być zamontowane poziomo w przewodzie do prób - por. rysunek 9 10
Φ 00 Φ 0 20 Przegroda Rys. 11.9. Przyrząd do określania rozdziału wody powyżej i poniżej rozpryskiwacza. [1] Pozycja rozpryskiwacza w przyrządzie jest taka, że teoretyczna linia podziału między dwoma obszarami pomiarowymi przecina punkt na osi tryskacza, gdzie rozproszona woda przesuwa się w zasadzie równolegle do przegrody. Tryskacze należy badać przy parametrach podanych w tabeli. Tabela. Parametry przepływu Znamionowa średnica Natężenie przepływu wody przez tryskacz otworu [dm 3 /min] 10 0 1 60 20 90 2.2.8. Powierzchnia zraszania Obliczeniowa powierzchnia zraszania F o [] ma kształt kwadratu o boku a, odpowiednio do siatki rozmieszczenia tryskaczy w równoległych szeregach. Powierzchnia zraszania tryskaczy narzuca określoną odległość między rozmieszczonymi tryskaczami. Dla tryskacza klasycznego r,. wynosi od do, m, czyli powierzchnia F r wynosi od 0 do 63 m 2, natomiast do obliczeń przyjmuje się od 9 do 12 m 2. 11
Powierzchnia obliczeniowa zraszania [m 2 ] F e r o F r F o r r Rys. 10. Powierzchnia zraszania F r powierzchnia rzeczywista zraszania, F e powierzchnia efektywna zraszania, F o powierzchnia obliczeniowa zraszania, r r promień powierzchni rzeczywistej, r o promień powierzchni obliczeniowej Współczynnik wykorzystania wody jest to stosunek wydajności na powierzchnię obliczeniową F o do ogólnej wydajności tryskacza Q r. W = Q o /Q r (2) Przy założeniu równomierności zraszania całej powierzchni F r W = F 0 /F r. (3) dla tryskaczy klasycznych W wynosi od 0,18 do 0,19, co oznacza, że ok. 82% wody wypływającej wynoszonej jest poza obręb obliczeniowej powierzchni zraszania F o. Wielkość powierzchni zraszania, jak widać na rys. 11, jest uzależniona od ciśnienia. Zakres optymalnych ciśnień waha się w granicach od 0, do bar. Powierzchnia zraszania w tych granicach jest najbardziej korzystna pod względem wielkości. W różnych rodzajach tryskaczy, przeważnie po przekroczeniu wartości ciśnienia bar, powierzchnia zraszania znacząco się zmniejsza. 1 12 10 8 6 2 0 0, 1 1, 2 3 6 7 Ciśnienie [bar] Rys. 11. Zależność powierzchni zraszania od ciśnienia dla tryskacza stojącego o średnicy 1 mm. 12
Q [l/min] Przy projektowaniu urządzeń tryskaczowych, zgodnie z normą [2], uwzględnia się maksymalne powierzchnie zraszania w zależności od rodzaju zagrożenia pożarowego (ZP) i intensywności zraszania (I). Zależności te pokazano w tabeli. Oprócz podanych w tabeli, występuje jeszcze wartość 1 m 2 maksymalnej powierzchni zraszania, która to wielkość pojawia się w niektórych przypadkach przy ZP1 dla tryskaczy rozpylających w przestrzeniach pomiędzy palnymi dachami a stropami oraz pomiędzy palnymi stropami a sufitami podwieszonymi. Dla tryskaczy przyściennych w przypadku ZP1 przyjmuje się 1 m 2 za maksymalną powierzchnię zraszania bez dodatkowych uwarunkowań. Tabela. Zestawienie zależności wielkości z PN [2] Minimalna intensywność zraszania [mm/min] Zagrożenie pożarowe (ZP) Maksymalna powierzchnia chroniona przez jeden tryskacz [m 2 ] ZP 1 9, 21 ZP 2.1-2.3,0 12 ZP 3.1 -. >7, 9 00 380 360 30 320 300 280 260 20 220 200 180 160 10 120 100 80 60 0 20 0 0 1 2 3 6 7 8 9 10 Rys. 12. Charakterystyka przepływu w funkcji ciśnienia. [6] Dla zobrazowania zależności wydatku (Q) w funkcji ciśnienia (p) 13
można posłużyć się wykresem z rys. 12. Wykres niniejszy odwzorowuje zależność tych wielkości dla tryskaczy o średnicy nominalnej 1 mm i stałej wypływu K = 80 dm 3 x min -1 x bar -1/2. 3. Opis stanowiska badawczego 3.1. Schemat stanowiska Zawór odcinający Zawór regulacyjny Manometr Gniazdo przystosowane do montażu próbek o średnicy 10, 1, 20 mm 3 36 29 22 00 Pojemnik pomiarowy 1 8 1 2 3 6 7 F 00 Rys. 13. Schemat stanowiska badawczego. 3.2. Przygotowanie stanowiska do badań UWAGA: W związku z tym, że stanowisko laboratoryjne przedstawione na rys. 13 odbiega w swojej konstrukcji i parametrach od stanowisk normowych z rys., 6, 7 i 8, przebieg ćwiczenia odbiegał będzie od zaleceń normy. Niemniej jednak niektóre procedury pomiarów zostaną zachowane. 3.2.1. Pomiary wstępne Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy dokonać następujących pomiarów wielkości charakterystycznych dla próbek (tryskaczy, zraszaczy) 1
i stanowiska: pomiar średnicy nominalnej otworu tryskacza, określenie stałej wypływy K, pomiar i obliczenie pola powierzchni wlotu pojemnika pomiarowego, pomiar i obliczenie pola powierzchni całego stanowiska laboratoryjnego, pomiar wysokości od krawędzi pojemnika pomiarowego do sufitu, pomiar odległości rozpryskiwacza tryskacza od sufitu. 3.2.2. Dobór tryskacza Przy stanowisku laboratoryjnym umieszczone są tryskacze i pogrupowane zgodnie z ich rodzajem na: klasyczne, rozpylające, rozpylające z rozpraszaniem płaskim, suche. Z dostępnych tryskaczy należy wybrać jeden, sprawdzić jego średnicę znamionową otworu i zamontować w rurze zasilającej. Wybierać kolejno następujące średnice: 10 mm, 1 mm, 20 mm, co powinno odpowiadać stałej wypływu K odpowiednio 7, 80, 11. Należy także sprawdzić i zanotować oznakowanie tryskaczy. Przygotowanie pojemników pomiarowych Należy usunąć wodę ze wszystkich pojemników pomiarowych, które są umieszczone w stanowisku laboratoryjnym (po ustawieniu żądanego ciśnienia na zaworze regulacyjnym). Wszystkie pojemniki należy ustawić w oznaczonych numerami miejscach.. Przebieg ćwiczenia.1. Przygotowanie a) zapoznać się z budową stanowiska i przygotowanymi próbkami, b) dokonać pomiarów zgodnie z punktem 3.2.1, c) wybrać i zamontować tryskacz zgodnie z punktem 3.2.2, d) ustawić ciśnienie do założonej intensywności zraszania. Odkręcić zawór odcinający, a następnie zaworem regulacyjnym ustawić ciśnienie, sprawdzając je na manometrze. Wartość ciśnienia wynika z żądanej intensywności zraszania zgodnie z poniższymi zależnościami: 1
Q=I x F () gdzie: Q wydatek [dm 3 /min], I intensywność zraszania [mm/min] F rzeczywista powierzchnia zraszania [m 2 ] (w tym przypadku 16 m 2 ) gdzie: Q wydatek [dm 3 /min], K stała wypływu, p ciśnienie [bar] Q= K x () Aby uzyskać odpowiednią intensywność zraszania, należy przyjmować następujące ciśnienie: 1) dla próbek z K = 7, I = 2, mm/min p = 0, bar, 2) dla próbek z K = 80, I =,0 mm/min p = 1,0 bar, 3) dla próbek z K = 11, I = 10 mm/min p = 2 bar, e) po ustawieniu ciśnienia zamknąć zawór odcinający, f) przygotować pojemniki zgodnie z punktem 3.2.3..2. Pomiary a) otworzyć zawór odcinający (por. rys. 13) na czas 3 min, b) odczytać ilość wody zgromadzonej w poszczególnych pojemnikach pomiarowych i przeliczyć na intensywność zraszania (zanotować w tabeli 6), c) wykonać trzy pomiary dla każdej z wybranych próbek..3. Interpretacja wyników a) średnia intensywność zraszania (I ś r., tabela 6) w poszczególnych pojemnikach powinna w przybliżeniu odpowiadać założonej intensywności zraszania (pkt..1 d)), wyniki te należy zinterpretować, porównując z tabelą 3 w niniejszej instrukcji, b) należy wykonać rysunek (rzutu z góry i aksonometrię) stanowiska z naniesieniem wartości średniej intensywności zraszania w celu obrazowego zinterpretowania wyników, c) spostrzeżenia i wnioski. 16
Tabela 6. Badanie intensywności zraszania tryskaczy i zraszaczy Lp. TRYSKACZ 1, typ -... TRYSKACZ 2, typ:... Numer pojemnika 1 pomiar 2 pomiar 3 pomiar V śr. Wartość średnia I śr Średnia intensywnoś 1 pomiar 2 pomiar 3 pomiar V śr Wartość średnia I śr Średnia intensywność cm 3 cm 3 cm 3 cm 3 mm/min cm 3 cm 3 cm 3 cm 3 mm/min 1 2 3 6 7 8 9 10 11 1 2 3 6 7 8, 9 I śr średnia intensywność zraszania, I śr = V śr/t S [cm 3 /min cm 2 = 10 mm/min], V śr wartość średnia z trzech pomiarów [cm 3 ], t czas pomiaru [min], S pole przekroju pojemnika (wlotu) [cm 2 ]. 17
. Opracowanie sprawozdania W sprawozdaniu powinny być zawarte między innymi: 1. Karta tytułowa, 2. Cel i zakres sprawozdania, 3. Wprowadzenie teoretyczne,. Opis i schemat stanowiska badawczego,. Wypełniona tabela 6, 6. Rysunki wykonane zgodnie z pkt..3 b), 7. Interpretacja wyników zgodnie z pkt..3 a), 8. Podsumowanie i wnioski. 6. Pytania kontrolne 1. Podaj definicje: tryskacza, współczynnika przewodności, wskaźnika czasu zadziałania, tryskaczy: klasycznego, rozpylającego, przyściennego (dołącz szkic przedstawiający zasadę działania). 2. Scharakteryzuj powierzchnie zraszania. 3. Podaj zależność powierzchni zraszania od ciśnienia.. Oblicz ciśnienie, tak aby uzyskać daną intensywność zraszania: Dane: F= 16m 2, I = 2, mm/min, K = 7. Narysuj i opisz schemat stanowiska badawczego. 6. Wymień rodzaje tryskaczy według pozycji montażowej. 7. Literatura [1] PN - ISO 6182 1, Ochrona przeciwpożarowa. Urządzenia tryskaczowe. Wymagania i metody badań dla tryskaczy. [2] PN - M. 10, Ochrona przeciwpożarowa Urządzenie tryskaczowe. Zasady projektowania i instalowania oraz odbioru i eksploatacji. [3] Fire Protection of Buildings, Home Office (Fire Department), London 1990. [] Waldemar Jakubowski, Uzależnić rzeczywistą, efektywną i obliczeniową powierzchnię zraszania w funkcji średnicy i ciśnienia 18
na wylocie tryskacza, PD 761/1, WOSP 1976. [] Stałe Instalacje Gaśnicze, projektowanie, dystrybucja, montaż serwis, firma Budmax", 1998. 19