научная статья по теме БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ПОЖАРНЫЕ ИЗВЕЩАТЕЛИ Энергетика

Текст научной статьи на тему «БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ПОЖАРНЫЕ ИЗВЕЩАТЕЛИ»

ской ГЭС. Система САК-ПС на их базе планируется к установке на строящейся Бурейской ГЭС с объемом до 40 измерительных точек, включенных в единую централизованную измерительную сеть, объединенных интерфейсом RS-485 по оптоволокну.

Одну из важных задач контроля горизонтальных смещений плотины по нескольким уровням решает так называемый струнный створ в виде горизонтально натянутой концевыми пригрузами стальной струны и измерениями отклонения тела плотины относительно струны с точностью до ±100 мкм. В настоящее время эта процедура осуществляется вручную переносными микрометрами. Проект автоматизированного створа на базе координатомера ФПКС-2М для Зейской ГЭС разработан НТЦР "Мезон".

Использование современных достижений радиоэлектроники, микроэлектроники и приборостроения дает возможность решать дистанционным путем многие другие задачи мониторинга таких крупных строительных сооружений, как плотины ГЭС, и, тем самым, обеспечить безопасность их эксплуатации в течение всего срока службы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Брызгалов В. И. Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций. — Красноярск: Сиб. изд. дом "Суриков", 1999. — 556 с.

2. Шайдуров Г. Я. Автоматизированный контроль гидросооружений. — Новосибирск: Наука, 2006. — 240 с.

3. Сахаров Г. Г, Дружинин А. Ю. Отчет по НИР, договор № 5-662 с Зейской ГЭС инв. 045189. — Красноярск: Сиб. филиал ВНИИГ, 1990. — 39 с.

Георгий Яковлевич Шайдуров — д-р техн. наук, профессор, засл. деятель науки и техники РФ, зав. кафедрой, рук. научно-технического центра радиоэлектроники "Мезон" Сибирского федерального университета (НТЦР "Мезон");

® (3912) 53-89-09, 49-77-52

E-mail: rts@ire.krgtu.ru

Виктор Викторович Гондарев — гл. инженер НТЦР "Мезон"; S (3912) 91-22-39 E-mail: gvv@scn.ru

Григорий Самуилович Мякотин — вед. специалист НТЦР "Мезон";

S 8-908-205-90-80

Виктор Анатольевич Булатов — директор Саяно-Шушенского филиала СФУ;

S 9-961-740-00-92

Александр Михайлович Волошин — зам. гл. инженера Саяно-Шу-шенской ГЭС.

S 8-390-427-12-21 □

УДК 614.842.4

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ПОЖАРНЫЕ ИЗВЕЩАТЕЛИ

В. В. Гондарев, В. Н. Лукьянчиков, М. Н. Суслопаров

Дан анализ состояния в области создания быстродействующих цифровых датчиков дистанционного обнаружения пламени с использованием оптического окна около 3 мкм. Приведены примеры реализации пожарных извещателей разработки научно-технического центра радиоэлектроники "Мезон" Сибирского федерального университета.

Для решения проблемы своевременной локализации очагов самовозгорания и взрыва крайне важно своевременно и надежно определить сам факт их возникновения.

Любые физические явления, в том числе и процессы самовозгорания, пожара или взрыва, могут быть идентифицированы по ряду факторов, проявлением которых это явление обязательно сопровождается. Общим принципом работы всех автоматических устройств обнаружения загораний является измерение физических величин, связанных именно с этими факторами.

Обычно факторы, применяемые для регистрации очагов пожара, делят на две группы: не связанные с процессом тепломассопе-реноса в результате передвижения продуктов горения и связанные с ним.

В интересующем нас случае факторами, по которым может быть обнаружен очаг пожара (самовозгорания, взрыва), являются:

— изменение температуры (локальное повышение, динамика роста и флуктуации в месте интенсивного развития очага);

— изменение газового состава среды (повышение концент-

рации двуокиси и окиси углерода, углеводородов);

— изменение оптических свойств газовой среды (под воздействием тепловыделения очага локально изменяется температура и, как следствие, коэффициент преломления воздуха; кроме того, часть продуктов горения представляет собой коллоидную систему (аэрозоль), что в свою очередь ведет к появлению интенсивного ослабления и рассеивания световых потоков);

— изменение интенсивности и спектральных характеристик оптического фона защищаемого

10 _ Sensors & Systems • № 7.2008

объекта, прежде всего в инфракрасном диапазоне;

— изменение спектрально-шумовых характеристик звукового фона;

— изменение давления.

Датчики обнаружения пожара (взрыва) являются одним из основных элементов системы противопожарной защиты (ППЗ). Датчики можно разделить по принципу работы на активные и пассивные; по виду определяемого фактора очага горения на тепловые, дымовые, оптические (пламени); по принципу обнаружения (типу используемого чувствительного элемента) на инфракрасные, ультразвуковые, радиоволновые, оптические, фотоэлектрические, барометрические, акустические, ионизационные, сейсмические, пьезоэлектрические, магнито-контактные, электроконтактные, инерционные, комбинированные. При этом ультразвуковые и радиоволновые датчики относятся к активному, а остальные — к пассивному типу датчиков.

Такое многообразие датчиков связано, во-первых, с наличием различных изменений параметров среды при пожаре, а во-вторых, с наличием большого разнообразия типов объектов, подлежащих ППЗ. Эффективность применения пожарных извещателей и их работоспособность зависят от оптимального выбора типа датчика, его установки, условий эксплуатации. Рассмотрим принцип действия основных типов датчиков, используемых в системах ППЗ, и ограничения, которые необходимо учитывать при выборе датчиков.

Дымовые извещатели подразделяются на ионизационные и фотоэлектрические. Работа ионизационных извещателей основана на принципе фиксирования отклонения значений ионизации воздуха при появлении в нем дыма. В фотоэлектрических извещателях использован эффект поглощения и отражения лучистой энергии части-

цами дыма, что приводит к изменению состояния оптической плотности воздушной среды. Ионизационный (радиоизотопный) и фотоэлектрический с полупроводниковым излучателем извещатели имеют примерно одинаковые рабочие характеристики. Некоторое различие заключается в том, что радиоизотопный извещатель более чувствителен к продуктам горения, состоящим из мелких частиц аэрозолей, а фотоэлектрический — к продуктам горения, состоящим из укрупненных частиц аэрозолей. Фотоэлектрические изве-щатели лучше реагируют на светлые дымы, присущие цел-люлозосодержащим материалам при тлении в начальной стадии развития очага горения. Примерно одинаковая чувствительность таких извещателей наблюдается для аэрозолей с размером частиц 0,35...0,45 мкм.

Дымовые ионизационные извещатели нельзя применять, если: имеется вероятность покрытия датчика росой или инеем; во время производственных процессов выделяются дым, выхлопные газы, пары или аэрозоли, а также имеются пары, вызывающие коррозию; в помещениях с постоянным пребыванием людей, где концентрация пыли больше допустимой по санитарным нормам. Дымовые оптические извещатели нельзя применять, кроме того, в помещениях, в которых работают устройства для увлажнения воздуха или высокочастотные установки. Кроме того, на эффективность работы дымовых извещателей существенное влияние оказывают пути и скорости потоков воздуха, вызываемые вентиляционными системами или ветром (скорость воздушного потока ограничивается величиной до 10 м/с для различных датчиков).

Принцип работы тепловых извещателей основан на использовании тепловых свойств газов, жидкостей, металлов и полупроводников, явлений термоэлектричества. В качестве

чувствительных элементов таких извещателей служат легкоплавкие сплавы, биметаллические пластины, термопары, полупроводниковые терморезисторы и термотранзисторы. По принципу действия тепловые извещатели делятся на максимальные и дифференциальные, которые срабатывают от увеличения абсолютного значения температуры или скорости ее нарастания соответственно.

Тепловые максимально-дифференциальные извещатели не следует применять, если скорость изменения температуры окружающего воздуха больше градиента температуры срабатывания извещателя и имеется сырая пыль.

Извещатели пламени регистрируют появление открытого пламени.

Очаг горения является источником электромагнитного излучения, приходящегося на оптический спектральный диапазон (от инфракрасного до ультрафиолетового). Спектральный состав излучения и его интегральная по спектру интенсивность зависят от мощности очага горения, горючего материала и типа горения (тлеющее или пламенное). Спектр излучения очага горения является суперпозицией двух спектров: сплошного спектра излучения пламени или тлеющих частиц и линейчатого спектра возбужденных атомов, молекул, радикалов, входящих в состав продуктов горения.

Типичные спектральные характеристики пламени, полученные при горении разных типов топлива, приведены на рис. 1. Ранее считалось, что при тлеющем горении интенсивность очага излучения настолько мала, что достоверное обнаружение его на фоне теплового излучения предметов, находящихся в помещении, практически невозможно. Современное развитие элементной базы и создание новых высокоэффективных инфракрасных детекторов излуче-

I, мВт/см2мкм

/3

- Г

500- 'И 1

300- 3 1 || 1 1 1 1

100- ¿и /щ / 41 1

1 ' 3 1 ' 5 X, мкм

Рис. 1. Зависимость спектральной мощности излучения при горении различных материалов от длины волны:

1 — древесина; 2 — спирт; 3 — смесь спирта с бензолом

ний позволило решить эту проблему. Регистрация оптического излучения пламени производится в ультрафиолетовой или инфракрасной областях спектра. В качестве приемников лучистой энергии в извещателях используют фотоприемные устройства (ФПУ), имеющие высокую спектральную чувствительность в ультрафиолетовой или инфракрасной областях спектра и нечувствительные к видимой области.

Оптические датчики-изве-щатели пламени реагируют на так называемое "мерцание" пламени. На рис. 2 приведены графики зависимости частоты "мерцания" разных типов топлива от площади очага горения. Извеща-тели этого типа имеют преимущество в сравнительно низком энергопотреблении. Их главный недостаток — возможность регистрации только пламенного горения, так как при отсутствии "мерцания" пламени, являющегося главным информационным источником для этого типа датчиков, схема обработки сигнала не может отличить полезный сигнал от помехи.

В целом оптические извеща-те

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Энергетика»