Экспериментальная оценка пожаровзрывоопасности композитных баллонов со сжатым газом
Экспериментальным путем получены зависимости давления газа в баллоне при его нагревании. Показано, что отклонение теоретических значений, полученных ранее, составляет в среднем 6%. Експериментальним шляхом отримані залежності тиску газу в балоні під час його нагрівання. Показано, що відхилення теор...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Проблемы машиностроения |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110265 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Экспериментальная оценка пожаровзрывоопасности композитных баллонов со сжатым газом / Ю.П. Ключка, В.И. Кривцова, А.И. Ивановский // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 5. — С. 54-57. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-110265 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Ключка, Ю.П. Кривцова, В.И. Ивановский, А.И. 2017-01-01T16:38:17Z 2017-01-01T16:38:17Z 2011 Экспериментальная оценка пожаровзрывоопасности композитных баллонов со сжатым газом / Ю.П. Ключка, В.И. Кривцова, А.И. Ивановский // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 5. — С. 54-57. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110265 614.8 Экспериментальным путем получены зависимости давления газа в баллоне при его нагревании. Показано, что отклонение теоретических значений, полученных ранее, составляет в среднем 6%. Експериментальним шляхом отримані залежності тиску газу в балоні під час його нагрівання. Показано, що відхилення теоретичних значень, отриманих раніше, становить в середньому 6%. Obtained experimentally by the dependence of pressure in the gas tank when it is heated. It is shown that the deviation of the theoretical values obtained previously, an average of 6%. ru Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України Проблемы машиностроения Нетрадиционная энергетика Экспериментальная оценка пожаровзрывоопасности композитных баллонов со сжатым газом Experimental evaluation explosion of composite compressed gas cylinders Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Экспериментальная оценка пожаровзрывоопасности композитных баллонов со сжатым газом |
| spellingShingle |
Экспериментальная оценка пожаровзрывоопасности композитных баллонов со сжатым газом Ключка, Ю.П. Кривцова, В.И. Ивановский, А.И. Нетрадиционная энергетика |
| title_short |
Экспериментальная оценка пожаровзрывоопасности композитных баллонов со сжатым газом |
| title_full |
Экспериментальная оценка пожаровзрывоопасности композитных баллонов со сжатым газом |
| title_fullStr |
Экспериментальная оценка пожаровзрывоопасности композитных баллонов со сжатым газом |
| title_full_unstemmed |
Экспериментальная оценка пожаровзрывоопасности композитных баллонов со сжатым газом |
| title_sort |
экспериментальная оценка пожаровзрывоопасности композитных баллонов со сжатым газом |
| author |
Ключка, Ю.П. Кривцова, В.И. Ивановский, А.И. |
| author_facet |
Ключка, Ю.П. Кривцова, В.И. Ивановский, А.И. |
| topic |
Нетрадиционная энергетика |
| topic_facet |
Нетрадиционная энергетика |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблемы машиностроения |
| publisher |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Experimental evaluation explosion of composite compressed gas cylinders |
| description |
Экспериментальным путем получены зависимости давления газа в баллоне при его нагревании. Показано, что отклонение теоретических значений, полученных ранее, составляет в среднем 6%.
Експериментальним шляхом отримані залежності тиску газу в балоні під час його нагрівання. Показано, що відхилення теоретичних значень, отриманих раніше, становить в середньому 6%.
Obtained experimentally by the dependence of pressure in the gas tank when it is heated. It is shown that the deviation of the theoretical values obtained previously, an average of 6%.
|
| issn |
0131-2928 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110265 |
| citation_txt |
Экспериментальная оценка пожаровзрывоопасности композитных баллонов со сжатым газом / Ю.П. Ключка, В.И. Кривцова, А.И. Ивановский // Проблемы машиностроения. — 2011. — Т. 14, № 5. — С. 54-57. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT klûčkaûp éksperimentalʹnaâocenkapožarovzryvoopasnostikompozitnyhballonovsosžatymgazom AT krivcovavi éksperimentalʹnaâocenkapožarovzryvoopasnostikompozitnyhballonovsosžatymgazom AT ivanovskiiai éksperimentalʹnaâocenkapožarovzryvoopasnostikompozitnyhballonovsosžatymgazom AT klûčkaûp experimentalevaluationexplosionofcompositecompressedgascylinders AT krivcovavi experimentalevaluationexplosionofcompositecompressedgascylinders AT ivanovskiiai experimentalevaluationexplosionofcompositecompressedgascylinders |
| first_indexed |
2025-11-25T23:07:34Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:07:34Z |
| _version_ |
1850578474613342208 |
| fulltext |
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 5 54
УДК 614.8
Ю. П. Ключка*
В. И. Кривцова*, д-р техн. наук
А. И. Ивановский**, канд техн. наук
* Национальный университет гражданской защиты Украины
(г. Харьков, e-mail: worlon@list.ru)
* Национальный университет гражданской защиты Украины
(г. Харьков, e-mail: apbu@rambler.ru)
** Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины
(г. Харьков, e-mail: apbu@rambler.ru)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА
ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ
КОМПОЗИТНЫХ БАЛЛОНОВ СО СЖАТЫМ ГАЗОМ
Экспериментальным путем получены зависимости давления газа в баллоне при его на-
гревании. Показано, что отклонение теоретических значений, полученных ранее, со-
ставляет в среднем 6%.
Експериментальним шляхом отримані залежності тиску газу в балоні під час його на-
грівання. Показано, що відхилення теоретичних значень, отриманих раніше, становить
в середньому 6%.
Постановка проблемы
Водород в сжатом виде (до 70 МПа) является одним из основных способов его хра-
нения в автомобиле [1]. Наряду с баллонами из стали или сплавов металлов применяются
баллоны из композитных материалов [2]. Одной из проблем использования этих систем яв-
ляется их пожаровзрывоопасность, обусловленная свойствами водорода и самой системой
хранения.
В связи с этим определение изменения характеристик композитного баллона с водо-
родом и времени до его разрушения под воздействием внешнего источника тепла является
актуальной проблемой.
Анализ последних достижений и публикаций
В работах [2, 3] приведены требования к эксплуатации баллонов и методы испыта-
ний. В соответствии с [2] проводится испытание композитных баллонов на циклическую
долговечность при экстремальных температурах. Баллон выдерживают 48 ч при температуре
65 °С и относительной влажности 95%. Затем при этих же условиях его нагружают гидрав-
лическим давлением от не более 0,1 Р до не менее 1,3 Р с частотой не более 10 циклов в ми-
нуту. Количество циклов – 500. Затем тот же баллон, охлажденный до температуры минус
45 °С, нагружают гидравлическим давлением от не более 0,1 Р до рабочего давления с час-
тотой не более трех циклов в минуту. Количество циклов – 500. После этого баллон должен
иметь давление не менее 85% от расчетного давления разрушения при испытании на опре-
деление давления разрушения баллонов и лейнеров.
Также согласно [2] проводятся испытания баллонов воздействием пламени. Испыта-
нию подвергаются баллоны в сборе с предохранительным устройством, заполненные при-
родным газом или воздухом.
Источник огня должен иметь длину 1,65 м и ширину, обеспечивающую воздействие
пламени на поверхность баллона по всему диаметру. В качестве источника огня может быть
применено любое топливо в количестве, достаточном для достижения необходимой темпе-
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 5 55
ратуры испытаний и длительности горения до срабатывания предохранительного устройст-
ва. Баллон устанавливают горизонтально на расстоянии 100 мм от его нижней части до по-
верхности горючего. Предохранительные устройства должны быть защищены от прямого
воздействия пламени металлическими экранами. Экраны не должны соприкасаться с пре-
дохранительными устройствами. Температуру поверхности баллона контролируют не менее
чем тремя термопарами, расположенными вдоль нижней части баллона на расстоянии не
более 0,75 м друг от друга. Через 5 мин после воспламенения температура поверхности бал-
лона должна быть не менее 590 °С. Баллон должен выпустить газ через предохранительное
устройство. После проведения испытаний баллоны должны быть утилизированы.
Несмотря на вышеперечисленное на сегодняшний день отсутствуют результаты ис-
пытаний баллонов в случае воздействия на них повышенных температур без учета истече-
ния газа из баллона, что возможно, например, при ДТП, пожаре.
В работе [4] получены теоретические оценки значений времени до разрушения бал-
лона с водородом под воздействием повышенной внешней температуры, а также построены
регрессионные модели зависимости времени до разрушения баллона от температуры окру-
жающей среды, характера ее изменения, плотности водорода и объема баллона. Однако в
данных работах отсутствуют
результаты эксперименталь-
ных исследований, которые
бы позволили судить об аде-
кватности приведенных мо-
делей.
Основная часть
Целью данной рабо-
ты является получение экс-
периментальным путем за-
висимостей изменения дав-
ления газа в композитном
баллоне и времени до раз-
рушения при его нагревании
и сравнение с теоретически-
ми значениями [4].
Для проведения экс-
перимента был использован
композитный баллон объе-
мом 4 л (рис. 1) и рас-
Рис. 1. Фото баллона, используемого в эксперименте
8 220 В220 В
6
7
1
10
5 4
9
2 3
Рис. 2. Схема баллона, подготовленного к эксперименту:
1 – баллон; 2 – термопара; 3 – электроизоляционная слюда; 4 –
нихромовая обмотка №1; 5 – нихромовая обмотка №2; 6 – асбесто-
вый шнур; 7 – вентиль баллона; 8 – силовой электрокабель; 9 –
асбестокартон; 10 – минеральный утеплитель
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 5 56
считанный на рабочее давление 200 атм, проверочное 300 атм.
Для измерения температуры использовался прибор А565 XK с погрешностью изме-
рения температуры ±0,2% и хромель-копелевая термопара. Давление в баллоне измерялось с
помощью манометра МТП-160 с диапазоном измерения (0÷40 МПа) и классом точности 1,5.
Эксперимент проводился при температурах и временных диапазонах, которые возможны
при пожаре [5].
Порядок подготовки баллона к эксперименту согласно схеме на рис. 2:
1. Композитный баллон 1 заполнялся до давления 13,5 МПа.
2. К внешней оболочке баллона крепилась термопара 2 и баллон в цилиндрической его
части обматывался электроизоляционной слюдой 3.
3. На баллон наматывалась нихромовая проволока 4 и 5.
4. Поверх нихромовой обмотки наматывался асбестовый шнур 6.
5. Подключался силовой кабель 8 к обмоткам 4 и 5.
6. Теплоизолировался баллон
с помощью асбестокартона
9 и минерального утепли-
теля 10.
На рис. 3 показан бал-
лон в процессе подготовки к
эксперименту.
Он был установлен
вертикально в яме глубиной 70
см (рис. 4).
На рис. 5 приведены
полученные результаты изме-
нения температуры и давления
в баллоне.
Из рисунка следует,
что по истечении 720 секунд
расчетные значения давления
становятся немного выше, чем
экспериментальные. Это мож-
но объяснить изменением ха-
рактеристик композитного ма-
2
1
3
Рис. 3. Фото баллона:
1 – кабель термопары;
2 – магистральная линия к манометру;
3 – силовой электрокабель
1
20,7 м
8
4
75
6
3
9
Рис. 4. Схема экспериментальной площадки:
1 – теплоизолированный баллон; 2 – яма; 3 – магист-
ральная линия к манометру; 4 – силовой электрокабель;
5 – кабель термопары; 6 – манометр МТП-160;
7 – измеритель температуры XK(L)-50÷0÷800; 8 – ис-
точник электропитания; 9 – теплоизоляция
0
50
10
15
20
25
30
35
0
100
200
300
400
500
600
0 120 240 360 480 600 720 840 960
1
2
3
с,τ
873
773
673
573
473
373
273
T, K P, МПа
Рис. 5. Зависимость изменения температуры и давления
в баллоне при его нагреве:
1 – расчетные значения давления в соответствии с [4]; 2 – экспе-
риментальная зависимость изменения давления в баллоне от
времени; 3 – экспериментальная зависимость изменения темпе-
ратуры на стенке баллона от времени
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2011, Т. 14, № 5 57
териала в процессе нагрева, в
частности деструкцией.
На рис. 6 показано взрыв
баллона на экспериментальной
площадке, а на рис. 7 – фото
баллона после эксперимента.
На рис. 8 приведены за-
висимости относительной по-
грешности теоретического зна-
чения давления по отношению к
экспериментальным данным от
времени.
Из рисунка следует, что
максимальное значение относи-
тельного отклонения составляет
12%, а среднее значение – около
6%, что позволяет говорить об адекватности модели, предложенной в работе [4].
Выводы
Экспериментальным путем получены зависимости давления в баллоне при его на-
гревании. Эти значения позволили сделать вывод об адекватности теоретической модели,
приведенной в [4]. Показано, что погрешность расчетных значений, полученных в соответ-
ствии с [4], составляет в среднем 6%.
Литература
1. Ключка Ю. П. Особенности использования водорода на автомобильном транспорте / В. И. Крив-
цова, Ю. П. Ключка // Пробл. пожар. безопасности. – 2009. – № 26. – С. 49–61.
2. Баллоны высокого давления для сжатого природного газа, используемого в качестве моторного
топлива на автомобильных транспортных средствах. Общие технические условия: ГОСТ Р 51753-
2001. – [Введен в действие 2001-05-29]. – М.: Гостстандарт России, 2001. – 20 с.
3. Gas cylinders – High pressure cylinders for the on-board storage of natural gas as a fuel for automotive
vehicles: ISO 11439-2003. – [First edition 2000-09-15]. – ISO, 2003. – 80 p.
4. Борисенко В. Г. Определение времени разрушения баллона с водородом, обусловленного измене-
нием температурных параметров окружающей среды / В. Г. Борисенко, В. И. Кривцова,
Ю. П. Ключка // Пробл. пожар. безопасности. – 2010. – № 27. – С. 83–96.
5. Клаус Д. П. Роль естественно-научной криминалистики / Д. П. Клаус. – М., 1985. – 311 с.
Поступила в редакцию
25.10.11
Рис. 6. Взрыв баллона Рис. 7. Фото баллона после эксперимента
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
0 200 400 600 800 1000
с,τ
%,ς
Рис. 8. Относительная погрешность расчетных
значений давления в баллоне от времени
|