Температура електричної іскри. Іскровий розряд. Небезпечні теплові прояви механічної енергії

У виробничих умовах пожежонебезпечне підвищення температури тіл внаслідок перетворення механічної енергії на теплову спостерігається при ударах твердих тіл (з утворенням або без утворення іскор); при поверхневому терті тіл під час їхнього взаємного переміщення; при механічній обробці твердих матеріалів різальними інструментами, а також при стисканні газів та пресуванні пластмас. Ступінь розігріву тіл та можливість появи при цьому джерел запалення залежить від умов переходу механічної енергії в теплову.

Рис-5-9. Турбінно-вихровий іскрогасник: / - корпус; 2 - нерухома турбіна; 3 - Траєкторія руху твердих частинок

Мал. 5.10. Залежність температури сталевої іскри від зусилля і матеріалу, що сударяется (за даними МИХМ): 1 - з абразивним диском; 2 – з металевим диском. Лінійна швидкість зіткнення 5,2 м/с

Іскри, що утворюються під час ударів твердих тіл. При достатньо сильному зіткненні деяких твердих тіл висікаються іскри (іскри удару і тертя). Іскра в цьому випадку є розпеченою до світіння частинкою металу або каменю. Розміри іскор удару та тертя залежать від властивостей матеріалів та енергетичних характеристик удару, але зазвичай не перевищують 0,1...0,5 мм. Температура іскри, крім того, залежить від процесу взаємодії (хімічної та теплової) частинки металу з навколишнім середовищем. Так, при ударі та стиранні металів у середовищі, що не містить кисню або іншого окислювача, видимих ​​іскор не утворюється. Додатковий розігрів металевих іскор удару при польоті в навколишньому середовищі відбувається зазвичай внаслідок окислення їх киснем повітря. Температура іскор нелегованої маловуглецевої сталі може досягати температури плавлення металу (близько 1550 ° С). Вона зростатиме зі збільшенням у сталі вмісту вуглецю, зменшуватиметься зі збільшенням легуючих добавок. Залежність температури іскри від матеріалу тіл, що стукаються, і питомого навантаження, що додається, показана на рис. 5.10. Згідно з графіками, температура іскри зростає лінійно зі збільшенням навантаження, і вищу температуру мають іскри, що утворюються при ударі сталі про корунд, ніж при ударі сталі про сталь.

У виробничих умовах від іскор удару займаються ацетилен, етилен, водень, окис вуглецю, сірковуглець. Іскри удару (в певних умовах) здатні спалахнути метано-повітряні суміші. Підпалююча здатність іскор удару пропорційна вмісту кисню в суміші, яку ці іскри можуть підпалити. Це і зрозуміло: чим більше в суміші кисню, тим інтенсивніше іскра горить, тим вища горючість суміші.

Займиста здатність іскор удару встановлюється експериментально - залежно від енергії удару.

Іскра, що летить, безпосередньо не спалахує пилоповітряні суміші, але, потрапивши на осілий пил або на волокнисті матеріали, викликає появу вогнищ тління. Цим, мабуть, пояснюється велика кількість спалахів і загорянь від механічних іскор у машинах, де є волокнисті матеріали або відкладення дрібного палива. Так, у розмольних цехах млинів та крупозаводів, у сортувально-розпушувальних та чадних цехах текстильних фабрик, а також на бавовноочисних заводах понад 50% усіх загорянь та пожеж виникає від іскор, що висікаються при ударах твердих тіл.

Утворюються іскри при ударах алюмінієвих тіл сталеву окислену поверхню. У цьому випадку між розігрітою алюмінієвою частинкою та окислами заліза відбувається хімічна взаємодія з виділенням значної кількості тепла:

2А1 + Fe 2 O 3 = А1 2 Про 3 + 2Fe + Q.

За рахунок тепла цієї реакції збільшуються теплозміст і температура іскри.

Іскри, що утворюються під час роботи ударними інструментами (молотками, зубилами, ломами тощо), часто викликають пожежо-вибухонебезпечні ситуації. Відомі випадки спалахів та вибухів у насосних та компресорних станціях, а також у виробничих приміщеннях при падінні інструменту, ударах ключів у момент підтягування гайок. Тому при виконанні робіт у місцях, де можливе утворення вибухонебезпечної суміші пари або газів з повітрям, не слід використовувати ударні інструменти з іскроутворювальних матеріалів. Іскробезпечними вважають інструменти, виконані з бронзи, фосфористої бронзи, латуні, берилію, алюмінієвого сплаву АКМ-5-2, дюралей з обмеженим (до 1,2... 1,8%) вмістом, магнію..(сплав Д-16 та ін.) і навіть інструменти з високолегованих сталей. Використання обмідненого інструменту не досягає мети, бо м'який шар міді швидко стирається. При користуванні сталевими інструментами слід оберігати їх від падіння та по можливості замінювати ударні операції) ненаголошеними (наприклад, рубку металу зубилом замінити розпилюванням тощо), а для розсіювання горючих пар або газів у місць виконання робіт застосовувати пересувні вентиляційні агрегати.

Іскри, що утворюються при попаданні в машини металу чи каміння.В апарати з мішалками для розчинення або хімічної обробки твердих речовин у розчинниках (наприклад, целулоїдної маси в спирті, ацетилцелюлози в ацетоні, каучуку в бензині, нітроклітковини в спирто-ефірній суміші і т. п.), в машини ударно-відцентрової дії , розпушення та змішування твердих горючих речовин (молоткові та ударно-дискові млини, дробарки кормів, бавовноочисні та тріпальні машини тощо); (Вентилятори, газодувки, відцентрові компресори) можуть потрапити разом з оброблюваними продуктами шматки металу або камені, в результаті чого утворюються іскри. Тому оброблювані продукти слід просіювати, провіювати, промивати або використовувати магнітні, гравітаційні або інерційні уловлювачі.

Мал. 5.11. Камнеуловлювач: / - пневматичний трубопровід; 2 - Бункер; 3 - Похилі поверхні; 4 - розвантажувальний люк

Особливо важко очистити волокнисті матеріали, оскільки тверді домішки заплутуються у волокнах. Так, для очищення бавовни-сирцю від каміння перед надходженням його в машини встановлюють гравітаційні або інерційні каменеуловлювачі (рис. 5.11).

Металеві домішки в сипких та волокнистих матеріалах вловлюють також магнітними уловлювачами (сепараторами). На рис. 5.12 зображено магнітний уловлювач, що найбільш широко застосовується в борошномельному та круп'яному виробництві, а також на комбікормових заводах. На рис. 5.13 показаний розріз електромагнітного сепаратора з барабаном, що обертається.

Слід зазначити, що ефективність роботи уловлювачів залежить від їхнього розташування, швидкості руху, рівномірності та товщини шару продукту, характеру домішок. Встановлюють їх, як правило, на початку технологічної лінії перед машинами ударної дії. Сепаратори зазвичай оберігають машини та від механічних пошкоджень. Їхня установка диктується також санітарно-гігієнічними вимогами.

Мал. 5.12. Магнітний сепаратор із постійними магнітами: / - корпус; 2 - Постійні магніти; 3 - сипучий матеріал

Мал. 5.13. Електромагнітний сепаратор з барабаном, що обертається: / - корпус; 2 -нерухомий електромагніт; 3 - потік продукту; 4 - регулювальний гвинт; 5 - барабан, що обертається з не

магнітного матеріалу; 6 - Труба для очищеного продукту; 7 - труба для уловлених домішок

Якщо є небезпека попадання в машину твердих немагнітних домішок, здійснюють, по-перше, ретельне сортування сировини, по-друге, внутрішню поверхню машин, яку вони можуть ударитися, футерують м'яким металом, гумою або пластмасою.

Іскри, що утворюються при ударах рухомих механізмів машин про їх нерухомі частини. У практиці нерідко буває так, що ротор відцентрового вентилятора стикається зі стінками кожуха або пильчасті і ножові барабани волокно, що швидко обертаються, але відокремлювальних і тріпальних машин ударяються об нерухомі сталеві решітки. У таких випадках спостерігається іскроутворення. Воно можливе і при неправильному регулюванні зазорів, при деформації та вібрації валів, зношуванні підшипників, перекосах, недостатньому кріпленні на валах ріжучого інструменту і т. п. У таких випадках можливе не тільки іскроутворення, але й поломка окремих частин машин. Поломка вузла машини, своєю чергою, може бути причиною утворення іскор, оскільки частинки металу потрапляють у продукт.

Основні пожежно-профілактичні заходи, спрямовані на запобігання утворенню іскор удару і тертя, зводяться до ретельного регулювання і балансування валів, правильного підбору підшипників, перевірки величини зазорів між обертовими і нерухомими частинами машин, їх надійного кріплення, що виключає можливість; запобігання перевантаженню машин.

Перед пуском в роботу машина, в якій можливе зіткнення частин, що обертаються об нерухомі, повинна перевірятися (у нерухомому стані, а потім на холостому ходу) на відсутність перекосів і вібрацій, міцність кріплення обертових частин, наявність необхідних зазорів. У процесі роботи при появі стороннього шуму, ударів і струсу треба зупинити машину для усунення несправностей.

Підвищені вимоги щодо іскробезпеки пред'являються до виробничих приміщень з наявністю ацетилену, етилену, окису вуглецю, парів сірковуглецю, нітросполук та подібних до них легкозаймистих або нестійких речовин, підлоги та майданчики в яких роблять з матеріалу, що не утворює іскор, або вистилають гумовими . п. Підлога приміщень, де обробляється нітроклітковина, крім того, підтримують у зволоженому стані. Візки та вагонетки повинні мати на колесах ободи м'якого металу або гуми.

Будь-яке переміщення тіл, що стикаються один з одним, потребує витрати енергії на подолання роботи сил тертя. Ця енергія переважно перетворюється на теплоту. При нормальному стані і правильної експлуатації тіл, що труться, виділяється тепло Q т p своєчасно відводиться спеціальною системою охолодження Q охл, а також розсіюється в навколишнє середовище Q OkP:

Qтр = Q охл + Q окр.

Порушення цієї рівності, тобто збільшення тепловиділення або зменшення тепловідведення і тепловтрат, веде до підвищення температури тіл, що труться. З цієї причини відбуваються загоряння пального середовища або матеріалів від перегріву підшипників машин, сильно затягнутих сальників, барабанів і транспортерних стрічок, шківів і приводних ременів, волокнистих матеріалів при намотуванні їх на вали, що обертаються, інструменту і механічно оброблюваних твердих горючих матеріалів.

Мал. 5.14. Схема підшипника ковзання: / - Шип валу; 2 - корпус підшипника; 3 - станина

Загоряння від перегріву підшипників машині апаратів.Найбільш пожежонебезпечні підшипники ковзання сильно навантажених і високооборотних валів. Погана якість мастила робочих поверхонь, їх забруднення, перекоси валів, перевантаження машини та надмірна затяжка підшипників - все це може спричинити перегрівання підшипників. Дуже часто корпус підшипника забруднюється відкладеннями горючого пилу (деревного, борошняного, бавовняного). Це також створює умови для їх перегріву. Приблизну величину температури підшипника ковзання (рис. 5.14) можна визначити розрахунковим шляхом. Температура поверхні підшипника у разі порушення режиму його роботи змінюється у часі. Для відрізка часу dxможна написати наступне рівняння теплового балансу:

d Q t р = dQнагр+ dQ oxл+ dQ 0 K p , (5.7)

де dQ T p- кількість тепла, що виділяється під час роботи підшипника;

dQнагр – кількість тепла, що йде на нагрівання підшипника; dQoxл -кількість тепла, що відводиться примусовою системою охолодження; d Q 0 K p – втрати тепла поверхнею підшипника у навколишнє середовище.

Кількість тепла, що виділяється при терті поверхонь, визначається за формулою

Qтр = fтр Nl,

де fтр – коефіцієнт тертя; N- навантаження; / - Відносне переміщення поверхонь.

Тоді стосовно підшипника (для обертального руху) робота сил тертя визначається виразом

dQт p = f Tp Nd III /2πndτ = πfТР Nd III ndτ,(5.8)

де п- Частота обертання валу (1/с); d- Діаметр шипа валу. Припускаючи коефіцієнт тертя величиною постійною та позначивши добуток постійних величин а,будемо мати:

dQ Tp = adτ.(5.9)

Кількість тепла, що витрачається на нагрівання підшипника dQнагр при підвищенні температури на dT,буде одно:

dQ narp = mcdT,(5.10)

де т- маса деталей підшипника, що нагріваються; з- Середня питома теплоємність матеріалу підшипника.

Кількість тепла dQ 0 XJI ,що відводиться примусовою системою охолодження, можна прийняти рівним нулю, що відповідає найбільш небезпечному режиму роботи підшипника.

Кількість тепла dQoup,підшипника, що втрачається поверхнею в навколишнє середовище, буде рівно:

dQокр = α( Tп- T B)Fdτ,(5.11)

де - коефіцієнт тепловіддачі поверхнею підшипника і середовищем; Т пі Т в- температура поверхні підшипника та повітря; F- Поверхня теплообміну (поверхня підшипника, що омивається навколишнім повітрям).

Підставляючи знайдені значення dQ Tp , dQ narvі dQ 0 Kpу рівняння. (5.7), отримаємо рівняння

adτ = mcdT+a(Tn-TB)Fdτ,(5.12)

рішення якого за початкових умов аварії (Т П = Т В)дає:

Коефіцієнт а визначають з умов тепловіддачі від поверхні циліндра в довкілля при вільній конвекції повітря.

Отримане рівняння (5.13) дає можливість визначити температуру підшипника в будь-який момент часу аварійного режиму роботи або визначити тривалість аварійного режиму, протягом якого температура поверхні підшипника досягає небезпечної величини.

Максимальну температуру підшипника (при = ∞) можна визначити за формулою

Щоб уникнути пожежонебезпечної ситуації, в даному випадку замість підшипників ковзання застосовують підшипники кочення, систематично їх змащують, контролюють температуру.

У складних машинах (турбінах, центрифугах, компресорах) контроль температури підшипників здійснюють за допомогою систем КВП.

Візуальний контроль температури підшипників здійснюють нанесенням термочутливих фарб, що змінюють колір при нагріванні, на корпуси підшипників. Запобігти перегріву підшипників дозволяють системи примусового мастила, пристрій яких повинен забезпечувати контроль наявності олії, заміну відпрацьованої олії свіжою (із заданими робочими характеристиками), швидке та легке видалення патьоків олії з частин машини.

Як приклад можна навести модернізацію системи змащення підшипників сушильних циліндрів і сукнопровідних валиків паперо- та картоноробних машин на целюлозно-паперовому комбінаті в Архангельській області. Внаслідок цієї модернізації пожежі та загоряння у відповідних системах практично припинилися.

Спочатку для візуального контролю надходженням олії в підшипники були передбачені крапельниці. Вони були під кожухами машин, у зоні високих температур, що практично виключало можливість систематичного контролю. За (пропозицією об'єктової пожежної частини та пожежно-технічної комісії підприємства крапельниці замінили ротаметрами, винесеними за межі машини. Це дозволило візуально контролювати надходження олії, зменшити кількість роз'ємних з'єднань у маслосистемі, тим самим скоротивши масляні патьоки на станинах та вузлах підшипників.

Крім того, за первісним проектом масло в підшипниках замінювали тільки при планово-попереджувальних ремонтах або планово-технічному обслуговуванні. Контролювати наявність мастила під час експлуатації машини було важко. Справність підшипників перевіряли "на слух". При реконструкції машин було змонтовано централізовану систему мастила: з ємності (10 м 3 ), встановленої в окремому приміщенні, шестерним насосом відфільтровану олію стали подавати в напірні трубопроводи і через відгалуження - до ротаметрів, від ротаметрів - до підшипників. Пройшовши через підшипник, масло потрапляло у відстійник і фільтр, де очищалося від механічних домішок, охолоджувалося і знову надходило до робочої ємності. Тиск, температура та рівень масла в баку контролювалися автоматично. При зупинці маслонасосів та падінні тиску в напірній лінії спрацьовувала звукова та світлова сигналізація, включалися резервні насоси.

Для очищення машин від патьоків масла і пилу, що осідає на них, виявилося ефективним застосування 2%-ного розчину технічного миючого засобу ТМС-31 (при 50...70° С). По всій довжині машини влаштована стаціонарна система для миття агрегатів та механізмів. Впровадження системи очищення дозволило щозмінно, не зупиняючи машини, змивати патьоки олії та пил. Крім того, з виробництва вилучено 10 т гасу, значно покращено умови праці працюючих.

Перегріви та займання транспортерних стрічок та приводних ременівнаступають в основному в результаті тривалого прослизання ременя або стрічки щодо шківа. Таке прослизання, зване буксуванням, виникає через невідповідність між зусиллям, що передається, і натягом гілок ременя (стрічки). При буксуванні вся енергія витрачається на тертя ременя о шків, в результаті чого виділяється значна кількість тепла. Найчастіше буксування транспортерних стрічок, стрічок елеваторів та ремінних передач виникає через перевантаження або слабке натягнення ременя. У елеваторів причиною буксування найчастіше є завал черевика, тобто такий стан, коли ківш елеватора не може пройти крізь товщу речовини, що транспортується. До перевантаження та буксування можуть призвести защемлення стрічки, перекоси тощо.

Максимальну температуру барабана або шківа при тривалому пробуксуванні стрічки або ременя можна визначити за формулою (5.14).

Щоб уникнути перегріву і загоряння транспортерних стрічок і приводних ременів не можна допускати роботу з перевантаженням; слід контролювати ступінь натягу стрічки, ременя, їх стан Не можна допускати завалів черевиків елеваторів продукцією, перекосів стрічок і тертя їх про кожухи та інші предмети, що знаходяться поруч. У деяких випадках (при використанні потужних високопродуктивних транспортерів та елеваторів) застосовують пристрої та пристрої, що автоматично сигналізують про роботу передачі з перевантаженням і зупиняють рух стрічки при завалі черевика елеватора.

Іноді зменшення буксування ремінь трансмісії посипають каніфоллю, але це дає лише короткочасний ефект. Обробка ж ременя каніфоллю сприяє утворенню зарядів статичної електрики, що становить певну пожежну небезпеку. Краще в цьому випадку використовувати клинопасову передачу.

Загоряння волокнистих матеріалів при намотуванні їх на валиспостерігається на прядильних фабриках, льонозаводах, а також у комбайнах при збиранні зернових культур. Волокнисті матеріали та соломисті продукти намотуються на вали біля підшипників. Намотування супроводжується поступовим ущільненням маси, а потім сильним нагріванням її при терті стінки машини, обвуглюванням і, нарешті, займанням. Іноді загоряння відбувається внаслідок намотування волокнистих матеріалів на вали транспортерів, що переміщують відходи та готову продукцію. На прядильних фабриках загоряння часто виникають в результаті обриву шнура або тасьми, за допомогою яких обертаються веретени прядильних машин.

Намотування волокнистих матеріалів на обертові вали машин сприяє наявність збільшеного зазору між валом і підшипником (потрапляючи в цей зазор, волокно заклинюється, защемляється, починається процес намотування його на вал з дедалі сильнішим ущільненням шарів), наявність оголених ділянок валу, з якими сприймаються а також використання вологої та забрудненої сировини.

Для запобігання намотування волокнистих матеріалів на вали, що обертаються, машин необхідно захистити вали від безпосереднього зіткнення з оброблюваними волокнистими матеріалами шляхом використання втулок (рис. 5.15), циліндричних і конічних кожухів, кондукторів, напрямних планок, протинамоткових щитів і т.п. мінімальні зазори між цапфами валу та підшипниками, не допускаючи їх збільшення; вести систематичне спостереження за валами, де може бути намотування, своєчасно очищаючи їх від волокон, захистити їх спеціальними протинамотковими гострими ножами, що розрізають волокно, що намотується. Такий захист мають, наприклад, тріпальні машини на льонозаводах.

Мал. 5.15. Захист валу від намотування волокнистих матеріалів: а- вільно насадженою прямою втулкою; б- нерухомою конусною втулкою; 1 - Підшипник; 2 - Вал; 3 - захисна втулка

Тепловий прояв механічної енергії в умовах виробництва спостерігається під час роботи пресів та компресорних установок. Пожежна небезпека цих механізмів розглянута у розділах 10 та 11 цього підручника.

§ 5.4. Тепловий прояв хімічних реакцій

Іскровий розряд виникає у тих випадках, коли напруженість електричного поля досягає пробивного для даного газу значення Значення залежить від тиску газу; для повітря при атмосферному тиску воно становить близько . Зі збільшенням тиску зростає. Відповідно до експериментального закону Пашена ставлення пробивної напруженості поля до тиску приблизно постійно:

Іскровий розряд супроводжується утворенням звивистого, розгалуженого каналу, що яскраво світиться, по якому проходить короткочасний імпульс струму великої сили. Прикладом може служити блискавка; довжина її буває до 10 км, діаметр каналу - до 40 см, сила струму може досягати 100 000 і більше ампер, тривалість імпульсу становить близько 100 см.

Кожна блискавка складається з декількох (до 50) імпульсів, наступних по тому самому каналу; їх загальна тривалість (разом із проміжками між імпульсами) може досягати кількох секунд. Температура газу в іскровому каналі буває до 10000 К. Швидке сильне нагрівання газу призводить до різкого підвищення тиску і виникнення ударних і звукових хвиль. Тому іскровий розряд супроводжується звуковими явищами - від слабкого тріску при іскрі малої потужності до гуркоту грому, що супроводжують блискавку.

Виникненню іскри передує утворення в газі сильно іонізованого каналу, який отримав назву стрімера. Цей канал виходить шляхом перекриття окремих електронних лавин, що виникають по дорозі іскри. Родоначальником кожної лавини є електрон, що утворюється шляхом фотоіонізації. Схема розвитку стримеру показано на рис. 87.1. Нехай напруженість поля така, що електрон, що вилетів за рахунок будь-якого процесу з катода, набуває на довжині вільного пробігу енергію, достатню для іонізації.

Тому відбувається розмноження електронів - виникає лавина (при цьому позитивні іони не відіграють істотної ролі внаслідок набагато меншої рухливості; вони лише обумовлюють просторовий заряд, що викликає перерозподіл потенціалу). Короткохвильове випромінювання, що випускається атомом, у якого при іонізації був вирваний один з внутрішніх електронів (це випромінювання показано на схемі хвилястими лініями), викликає фотоіонізацію молекул, причому електрони, що утворилися, породжують все нові лавини. Після перекривання лавин утворюється добре провідний канал - стример, яким спрямовується від катода до анода потужний потік електронів - відбувається пробою.

Якщо електроди мають форму, при якій поле в міжелектродному просторі приблизно однорідно (наприклад, являє собою кулі досить великого діаметру), то пробій виникає при певному напрузі значення якого залежить від відстані між кулями . На цьому заснований іскровий вольтметр, за допомогою якого вимірюють високу напругу. При вимірах визначається найбільша відстань у якому виникає іскра. Помноживши потім отримують значення вимірюваної напруги.

Якщо один з електродів (або обидва) має дуже велику кривизну (наприклад, електродом служить тонкий дріт або вістря) то при невеликій напрузі виникає так званий коронний розряд. При збільшенні напруги цей розряд перетворюється на іскровий чи дуговий.

При коронному розряді іонізація і збудження молекул відбуваються не в усьому міжелектродному просторі, а поблизу електрода з малим радіусом кривизни, де напруженість нуля досягає значень, рівних або перевищують . У цій частині розряду газ світиться. Світіння має вигляд корони, що оточує електрод, чим і викликана назва цього виду розряду. Коронний розряд з вістря має вигляд пензля, що світиться, у зв'язку з чим його іноді називають кистьовим розрядом. Залежно від знака коронуючого електрода говорять про позитивну або негативну корону. Між коронуючим шаром та некоронуючим електродом розташована зовнішня область корони. Режим пробою існує лише в межах коронуючого шару. Тому можна сказати, що коронний розряд є неповним пробою газового проміжку.

У разі негативної корони явища на катоді подібні до явищ на катоді тліючого розряду. Прискорені полем позитивні іони вибивають з катода електрони, які викликають іонізацію та збудження молекул у коронуючому шарі. У зовнішній області корони поле недостатньо для того, щоб повідомити електрони енергію, необхідну для іонізації або збудження молекул.

Тому електрони, що проникли в цю область, дрейфують під дією нуля до анода. Частина електронів захоплюється молекулами, унаслідок чого утворюються негативні іони. Таким чином, струм у зовнішній області визначається лише негативними носіями - електронами і негативними іонами. У цій галузі розряд має несамостійний характер.

У позитивній короні електронні лавини зароджуються біля зовнішнього кордону корони і прямують до коронуючого електроду - аноду. Виникнення електронів, що породжують лавини, обумовлено фотоіонізацією, спричиненою випромінюванням коронуючого шару. Носіями струму у зовнішній області корони служать позитивні іони, які дрейфують під впливом поля до катоду.

Якщо обидва електроди мають велику кривизну (два електрони, що коронують), поблизу кожного з них протікають процеси, властиві коронуючому електроду даного знака. Обидва коронуючі шари поділяються зовнішньою областю, в якій рухаються зустрічні потоки позитивних і негативних носіїв струму. Така корона називається двополярною.

Згадуваний у § 82 під час розгляду лічильників самостійний газовий розряд є коронний розряд.

Товщина коронуючого шару та сила розрядного струму зростають із збільшенням напруги. При невеликій напрузі розміри корони малі та її свічення непомітно. Така мікроскопічна корона виникає поблизу вістря, з якого стікає електричний вітер (див. § 24).

Корона, що з'являється під дією атмосферної електрики на верхівках корабельних щоглів, дерев тощо, отримала за старих часів назву вогнів святого Ельма.

У високовольтних пристроях, зокрема лініях високовольтних передач, коронний розряд призводить до шкідливих витоків струму. Тому доводиться вживати заходів щодо його запобігання. З цією метою, наприклад, проводи високовольтних ліній беруть досить великого діаметра, тим більшого, чим вища напруга лінії.

Корисне застосування в техніці коронний розряд знайшов у електрофільтрах. Газ, що очищається, рухається в трубі, по осі якої розташований негативний коронуючий електрод. Негативні іони, що є у великій кількості у зовнішній області корони, осідають на забруднюючих газ частинках або крапельках і захоплюються разом з ними до зовнішнього електроду, що не коронює. Досягши цього електрода, частинки нейтралізуються і осідають на ньому. Згодом при ударах по трубі осад, утворений уловленими частинками, осипається до збірки.

Іскровий розряд

Іскровий розряд(іскра електрична) – нестаціонарна форма електричного розряду, що відбувається в газах. Такий розряд виникає зазвичай при тисках атмосферного порядку і супроводжується характерним звуковим ефектом - «тріском» іскри. Температура у головному каналі іскрового розряду може досягати 10 000 . У природі іскрові розряди часто виникають у вигляді блискавок. Відстань, що «пробивається» іскрою в повітрі, залежить від напруги і вважається рівною 10 кВна сантиметр.

Умови

Іскровий розряд зазвичай відбувається, якщо потужністьджерела енергії недостатня для підтримки стаціонарного дугового розрядуабо тліючого розряду. У цьому випадку одночасно з різким зростанням розрядного струму напруга на розрядному проміжку протягом дуже короткого часу (від кількох мікросекунд до кількох сотень мікросекунд) падає нижче напруги згасання іскрового розряду, що призводить до припинення розряду. Потім різниця потенціалів між електродами знову зростає, досягає напруги запалювання і повторюється. В інших випадках, коли потужність джерела енергії досить велика, також спостерігається вся сукупність явищ, характерних для цього розряду, але є лише перехідним процесом, що веде до встановлення розряду іншого типу - найчастіше дугового. Якщо джерело струму неспроможний підтримувати самостійний електричний розряд протягом багато часу, спостерігається форма самостійного розряду, звана іскровим розрядом.

Природа

Іскровий розряд є пучок яскравих, швидко зникаючих або змінюють один одного ниткоподібних, часто сильно розгалужених смужок - іскрових каналів. Ці канали заповнені плазмою, До складу якої в потужному іскровому розряді входять не тільки іони вихідного газу, а й іони речовини електродів, що інтенсивно випаровується під дією розряду. Механізм формування іскрових каналів (і, отже, виникнення іскрового розряду) пояснюється стримерною теорією електричного пробою газів. Відповідно до цієї теорії, з електронних лавин, що виникають в електричному полі розрядного проміжку, за певних умов утворюються стримери - тонкі розгалужені канали, що тьмяно світяться, містять іонізовані атоми газу і відщеплені від них вільні електрони. У тому числі можна назвати т. зв. лідер - розряд, що слабко світиться, «прокладає» шлях для основного розряду. Він, рухаючись від одного електрода до іншого, перекриває розрядний проміжок і з'єднує електроди безперервним провідним каналом. Потім у зворотному напрямку прокладеним шляхом проходить головний розряд, що супроводжується різким зростанням сили струму і кількості енергії, що виділяється в них. Кожен канал швидко розширюється, у результаті на його кордонах виникає ударна хвиля. Сукупність ударних хвиль від іскрових каналів, що розширюються, породжує звук, сприйманий як «тріск» іскри (у разі блискавки - грім).

Напруга запалювання іскрового розряду, як правило, досить велика. Напруженістьелектричного поля в іскрі знижується від кількох десятків кіловольт на сантиметр (кв/см) у момент пробою до ~100 вольт на сантиметр (в/см) через кілька мікросекунд. Максимальна сила струму в потужному іскровому розряді може досягати значень кількох сотень тисяч ампер.

Особливий вид іскрового розряду ковзний іскровий розряд, що виникає вздовж поверхні поділу газу та твердого діелектрика, поміщеного між електродами, за умови перевищення напруженістю поля пробивної міцності повітря. Області ковзного іскрового розряду, в яких переважають заряди якогось одного знака, індукують на поверхні діелектрика заряди іншого знака, внаслідок чого іскрові канали стелиться поверхнею діелектрика, утворюючи при цьому так звані фігури Ліхтенберга. Процеси, близькі до тих, що відбуваються при іскровому розряді, властиві також кистьового розряду, який є перехідною стадією між короннимта іскровим.

Поведінка іскрового розряду дуже добре можна розглянути на уповільненій зйомці розрядів (Fімп. = 500 Гц, U = 400 кВ), отриманих з трансформатора Тесла. Середній струм і тривалість імпульсів недостатня для запалювання дуги, але освіти яскравого іскрового каналу цілком придатна.

Примітки

Джерела

• А. А. Воробйов, Техніка високої напруги. - Москва-Ленінград, Держенерговидав, 1945.
• Фізична енциклопедія, т.2 - М.: Велика Російська Енциклопедія стор.218.
• Райзер Ю. П.Фізика газового розряду - 2-ге вид. – М.: Наука, 1992. – 536 с. - ISBN 5-02014615-3

Див. також

Wikimedia Foundation.

2010 .

Дивитись що таке "Іскровий розряд" в інших словниках: - (Іскра), що не встановився електрич. розряд, що виникає в тому випадку, коли безпосередньо після пробою розрядного проміжку напруга на ньому падає протягом дуже короткого часу (від дек. часток мкс до сотень мкс) нижче величини напруги…

Фізична енциклопедіяіскровий розряд - Електричний імпульсний розряд у формі нитки, що світиться, що відбувається при високому тиску газу і характеризується великою інтенсивністю спектральних ліній іонізованих атомів або молекул. [ГОСТ 13820 77] іскровий розряд Повний розряд у ...

Довідник технічного перекладача - (іскра електрична) нестаціонарний електричний розряд у газі, що виникає в електричному полі при тиску газу до кількох атмосфер. Відрізняється звивистою розгалуженою формою та швидким розвитком (бл. 10 7 с). Температура у головному каналі …

Kibirkštinis islydis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. spark discharge vok. Funkenentladung, f; Funkentladung, f rus. іскровий розряд, m pranc. décharge par étincelles, f … Fizikos terminų žodynas

Іскра, одна з форм електричного розряду у газах; виникає зазвичай при тисках атмосферного порядку і супроводжується характерним звуковим ефектом «тріском» іскри. У природних умовах І. н. найчастіше спостерігається у вигляді блискавки. Велика Радянська Енциклопедія

Іскра електрична, нестаціонарний електричний розряд у газі, що виникає в електрич. поле при тиску газу до дек. сотень кПа. Відрізняється звивистою розгалуженою формою та швидким розвитком (бл. 10 7 с), супроводжується характерним звуковим… Великий енциклопедичний політехнічний словник

- (Іскра електрична), нестаціонарний електрич. розряд у газі, що виникає в електрич. поле при тиску газу до дек. атм. Відрізняється звивистою розгалуженою формою та швидким розвитком (бл. 10 7с). Темп pa в гол. каналі І. н. досягає 10 000 До … Природознавство. Енциклопедичний словник

4.9. На підставі зібраних даних обчислюють коефіцієнт безпеки K s у наступній послідовності.
4.9.1. Обчислюють середній час існування пожежонебезпечної події (t0) (середній час перебування у відмові) за формулою
(68)
де t j- час існування i-го пожежонебезпечної події, хв;
m- загальна кількість подій (виробів);
j- Порядковий номер події (виробу).
4.9.2. Точкову оцінку дисперсії ( D 0) середнього часу існування пожежонебезпечної події обчислюють за формулою
(69)
4.9.3. Середнє квадратичне відхилення () точкової оцінки середнього часу існування події - t0 обчислюють за формулою
(70)
4.9.4. З табл. 5 вибирають значення коефіцієнта t b в залежності від числа ступенів свободи ( m-1) при довірчій ймовірності b = 0,95.
Таблиця 5

m-1	1	2	Від 3 до 5	Від 6 до 10	Від 11 до 20	20
t b	12,71	4,30	3,18	2,45	2,20	2,09

4.9.5. Коефіцієнт безпеки ( Kб) (коефіцієнт, що враховує відхилення значення параметра t0, обчисленого за формулою (68), від його істинного значення) обчислюють з формули
(71)
4.9.6. При реалізації протягом року лише однієї події коефіцієнт безпеки приймають рівним одиниці.
5. Визначення пожежонебезпечних параметрів теплових джерел інтенсивності відмов елементів
5.1. Пожежонебезпечні параметри теплових джерел
5.1.1. Розряд атмосферної електрики
5.l.l.l. Прямий удар блискавки
Небезпека прямого удару блискавки полягає в контакті горючого середовища з каналом блискавки, температура в якому досягає 30000°З силі струму 200000 А і часу дії близько 100 мкс. Від прямого удару блискавки спалахують усі горючі середовища.
5.1.1.2. Вторинний вплив блискавки
Небезпека вторинної дії блискавки полягає в іскрових розрядах, що виникають в результаті індукційного та електромагнітного впливу атмосферної електрики на виробниче обладнання, трубопроводи та будівельні конструкції. Енергія іскрового розряду перевищує 250 мДж і достатня для займання горючих речовин із мінімальною енергією запалювання до 0,25 Дж.
5.1.1.3. Занесення високого потенціалу
Занесення високого потенціалу в будинок відбувається за металевими комунікаціями не тільки при їх прямому ураженні блискавкою, але і при розташуванні комунікацій у безпосередній близькості від блискавковідводу. За дотримання безпечних відстаней між блискавковідводами та комунікаціями енергія можливих іскрових розрядів досягає значень 100 Дж і більше, тобто достатня для займання всіх горючих речовин.
5.1.2. Електрична іскра (дуга)
5.1.2.1. Термічна дія струмів короткого замикання
Температуру провідника ( tпр), °С, що нагрівається струмом короткого замикання, обчислюють за формулою
(72)
де tн – початкова температура провідника, °С;
Iк.з - струм короткого замикання, А;
R- Опір провідника, Oм;
tк.з - час короткого замикання, з;
Зпр - теплоємність провідника, Дж×кг-1×К-1;
mпр - маса провідника, кг.
Займистість кабелю та провідника з ізоляцією залежить від значення кратності струму короткого замикання Iк.з, тобто від значення відношення Iк.з до тривало допустимого струму кабелю чи дроту. Якщо ця кратність більше 2,5, але менше 18 для кабелю і 21 для дроту, відбувається запалення полівінілхлоридної ізоляції.
5.1.2.2. Електричні іскри (краплі металу)
Електричні іскри (краплі металу) утворюються при короткому замиканні електропроводки, електрозварюванні та при плавленні електродів електричних ламп розжарювання загального призначення. Розмір крапель металу при цьому досягає 3 мм (при стельовому зварюванні - 4 мм). При короткому замиканні та електрозварюванні частинки вилітають у всіх напрямках, та їх швидкість не перевищує 10 та 4 м×с-1 відповідно. Температура крапель залежить від виду металу і дорівнює температурі плавлення. Температура крапель алюмінію при короткому замиканні досягає 2500 °С, температура зварювальних частинок та нікелевих частинок ламп розжарювання досягає 2100 °C. Розмір крапель при різанні металу досягає 15-26 мм, швидкість - 1 м×с-1 температура 1500 °C. Температура дуги при зварюванні та різанні досягає 4000 °С, тому дуга є джерелом запалювання всіх горючих речовин.
Зона розльоту частинок при короткому замиканні залежить від висоти розташування дроту, початкової швидкості польоту частинок, кута вильоту і носить імовірнісний характер. При висоті розташування дроту 10 м ймовірність влучення частинок на відстань 9 м становить 0,06; 7м-0,45 та 5 м-0,92; при висоті розташування 3 м ймовірність попадання частинок на відстань 8 м становить 0,01, 6 м - 0,29 і 4 м-0,96, а при висоті 1 м ймовірність розльоту частинок на 6 м-0,06, 5 м - 0,24, 4 м - 0,66 та 3 м - 0,99.
Кількість теплоти, яке крапля металу здатна віддати горючому середовищі при охолодженні до температури самозаймання, розраховують наступним способом.
Середню швидкість польоту краплі металу при вільному падінні (wк), м×с-1, обчислюють за формулою
(73)
де g=9,8l м×с-1 - прискорення вільного падіння;
Н- Висота падіння, м.
Об'єм краплі металу ( Vк), м3, обчислюють за формулою
(74)
де d k – діаметр краплі, м.
Масу краплі ( m k), кг, обчислюють за формулою
(75)
де r - густина металу, кг×м-3.
Залежно від тривалості польоту краплі можливі три її стани: рідке, кристалізації, тверде.
Час польоту краплі в розплавленому (рідкому) стані (tp), с, розраховують за формулою
(76)
де C p - питома теплоємність розплаву металу, Дж×к-1К-1;
m k – маса краплі, кг;
S k=0,785 - площа поверхні краплі, м2;
Тн, Тпл - температура краплі на початку польоту та температура плавлення металу відповідно, К;
Т 0 - температура навколишнього середовища (повітря), К;
a- Коефіцієнт тепловіддачі, Вт, м-2 К-1.
Коефіцієнт тепловіддачі визначають у наступній послідовності:
а) обчислюють число Рейнольдса за формулою
(77)
де d k – діаметр краплі м;
v= 15,1×10-6 - коефіцієнт кінематичної в'язкості повітря за нормальної температури 20°С, м-2×с-1.
б) обчислюють критерій Нуссельта за формулою
(78)
в) обчислюють коефіцієнт тепловіддачі за формулою
, (79)
де lВ=22×10-3 - коефіцієнт теплопровідності повітря, Вт×м-1×-К-1.
Якщо t£tр, то кінцеву температуру краплі визначають за формулою
(80)
Час польоту краплі, протягом якого відбувається її кристалізація, визначають за формулою
(81)
де Зкр - питома теплота кристалізації металу, Дж×кг-1.
Якщо tр (82)
Якщо t>(tр+tкр), то кінцеву температуру краплі у твердому стані визначають за формулою
(83)
де Здо - питома теплоємність металу, Дж кг -1×K-1.
Кількість тепла ( W), Дж, що віддається краплею металу твердому або рідкому паливному матеріалу, на який вона потрапила, обчислюють за формулою
(84)
де Тсв - температура самозаймання пального матеріалу, К;
До- Коефіцієнт, що дорівнює відношенню тепла, відданого горючому речовині, до енергії, запасеної в краплі.
Якщо відсутня можливість визначення коефіцієнта До, то приймають До=1.
Суворіше визначення кінцевої температури краплі може бути проведено при врахуванні залежності коефіцієнта тепловіддачі від температури.
5.1.2.3. Електричні лампи розжарювання загального призначення
Пожежна небезпека світильників обумовлена ​​можливістю контакту пального середовища з колбою електричної лампи розжарювання, нагрітої вище за температуру самозаймання пального середовища. Температура нагрівання колби електричної лампочки залежить від потужності лампи, її розмірів та розташування у просторі. Залежність максимальної температури на колбі горизонтально розташованої лампи від її потужності та часу наведена на рис. 3.

Чорт. 3

5.1.2.4. Іскри статичної електрики
Енергію іскри ( Wі), Дж, здатної виникнути під дією напруги між пластиною та будь-яким заземленим предметом, обчислюють за запасеною конденсатором енергії з формули
(85)
де З- Місткість конденсатора, Ф;
U- Напруга, В.
Різниця потенціалів між зарядженим тілом та землею вимірюють електрометрами в реальних умовах виробництва.

Якщо Wі³0,4 Wм.е.з ( Wм.е.з мінімальна енергія запалення середовища), то іскру статичної електрики розглядають як джерело запалювання.
Реальну небезпеку представляє "контактна" електризація людей, що працюють з діелектричними матеріалами, що рухаються. При зіткненні людини із заземленим предметом з'являються іскри з енергією від 2,5 до 7,5 мДж. Залежність енергії електричного розряду з тіла людини та від потенціалу зарядів статичної електрики показана на рис. 4.
5.1.3. Механічні (фрикційні) іскри (іскри від удару та тертя)
Розміри іскор удару і тертя, які являють собою розпечену до свічення частинку металу або каменю, зазвичай не перевищують 0,5 мм, а їхня температура знаходиться в межах температури плавлення металу. Температура іскор, що утворюються при зіткненні металів, здатних вступати в хімічну взаємодію один з одним з виділенням значної кількості тепла, може перевищувати температуру плавлення і тому її визначають експериментально або розрахунком.
Кількість теплоти віддається іскрою при охолодженні від початкової температури tн до температури самозаймання пального середовища tсв обчислюють за формулою (84), а час охолодження t - наступним чином.
Відношення температур (Qп) обчислюють за формулою
(86)
де tв – температура повітря, °С.
Коефіцієнт тепловіддачі ( a), Вт×м-2×К-1, обчислюють за формулою
(87)
де wі - швидкість польоту іскри, м×с-1.
Швидкість іскри ( wі), що утворюється при ударі вільно падаючого тіла, обчислюють за формулою
(88)
а при ударі про тіло, що обертається, за формулою
(89)
де n- Частота обертання, с-1;
R- Радіус тіла, що обертається, м.
Швидкість польоту іскор, що утворюються при роботі з ударним інструментом, приймають рівною 16 м×с-1, а з висікаються при ходьбі у взутті, підбитого металевими набійками або цвяхами, 12 м×с-1.
Критерій Біо обчислюють за формулою
(90)
де dі - діаметр іскри, м;
lі – коефіцієнт теплопровідності металу іскри при температурі самозаймання пального речовини ( tсв), Вт м -1×K-1.
За значеннями відносної надлишкової температури qп та критерію У i визначають за графіком (рис. 5) критерій Фур'є.

Чорт. 5

Тривалість остигання частинки металу (t), с, обчислюють за формулою
(91)
де F 0 - критерій Фур'є;
Зі - теплоємність металу іскри при температурі самозаймання палива, Дж×кг-1×К-1;
rі - густина металу іскри при температурі самозаймання пального речовини, кг×м-3.
За наявності експериментальних даних про запалювальну здатність фрикційних іскор висновок про їх небезпеку для аналізованого пального середовища допускається робити без проведення розрахунків.
5.1.4. Відкрите полум'я та іскри двигунів (печей)
Пожежна небезпека полум'я обумовлена ​​інтенсивністю теплового впливу (щільністю теплового потоку), площею впливу, орієнтацією (взаємним розташуванням), періодичністю та часом його на горючі речовини. Щільність теплового потоку дифузійних полум'я (сірники, свічки, газового пальника) становить 18-40 кВт×м-2, а попередньо перемішаних (паяльні лампи, газові пальники) 60-140 кВт×м-2 табл. 6 наведено температурні та часові характеристики деяких полум'я та малокалорійних джерел тепла.
Таблиця 6

Найменування палаючої речовини (виробу) або пожежонебезпечної операції	Температура полум'я (тління або нагріву), оС	Час горіння (тління), хв
Легкозаймисті та горючі рідини	880	¾
Деревина та лісопиломатеріали	1000	-
Природні та скраплені гази	1200	-
Газове зварювання металу	3150	-
Газове різання металу	1350	-
Тліюча цигарка	320-410	2-2,5
Цигарета, що тліє	420-460	26-30
Сірник, що горить	600-640	0,33

Відкрите полум'я небезпечне не тільки при безпосередньому контакті з пальним середовищем, але і при його опроміненні. Інтенсивність опромінення ( gр), Вт×м-2, обчислюють за формулою
(92)
де 5,7 - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, Вт-м-2-К-4;
eпр - наведений ступінь чорноти системи
(93)
еф - ступінь чорноти смолоскипа (при горінні дерева дорівнює 0,7, нафтопродуктів 0,85);
eв - ступінь чорноти опромінюваної речовини приймають за довідковою літературою;
Тф - температура смолоскипа полум'я, К,
Тсв - температура палива, К;
j1ф-коефіцієнт опроміненості між випромінюючої і опромінюваної поверхнями.
Критичні значення інтенсивності опромінення залежно від часу опромінення для деяких речовин наведено у табл. 7.
Пожежна небезпека іскор пічних труб, котелень, труб паровозів і тепловозів, а також інших машин, багать, значною мірою визначається їх розміром і температурою. Встановлено, що іскра діаметром 2 мм пожежонебезпечна, якщо має температуру близько 1000 °С, діаметром 3 мм-800 °С, діаметром 5 мм-600 °С.
Тепловміст та час охолодження іскри до безпеки температури обчислюють за формулами (76 і 91). При цьому діаметр іскри приймають 3 мм, швидкість польоту іскри (wі), м×с-1, обчислюють за формулою
(94)
де wв - швидкість вітру, м×с-1;
H- Висота труби, м.
Таблиця 7

Матеріал	Мінімальна інтенсивність опромінення, Вт×м-2, при тривалості опромінення, хв
	3	5	15
Деревина (сосна вологістю 12%)	18800	16900	13900
Деревно-стружкова плита щільністю 417 кг×м-3	13900	11900	8300
Торф брикетний	31500	24400	13200
Торф кусковий	16600	14350	9800
Бавовна-волокно	11000	9700	7500
Шаруватий пластик	21600	19100	15400
Склопластик	19400	18600	17400
Пергамін	22000	19750	17400
Гума	22600	19200	14800
Вугілля	¾	35000	35000

Поділіться статтею з друзями:

Схожі статті

• 

  Соковита та ніжна куряча грудка тушкована в молоці
• 

  Яких хмар не буває сріблястих чи золотистих
• 

  Географічні об'єкти: назви