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Experiments in the generation of high expansion foam / Expériences
sur la production de mousse à haute expansion
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-
Section, Division of Building Research, National Research Council, Canada
Experiments in the generation of high expansion foam
Expbriences sur la production de mousse
ii
haute expansion
Experimente zur Erzeugung von stark blahendem Schaum
THE GENERATION of large volumes of high expansion foam was introduced as a new method for fighting mine fires1 about ten years ago. Fires in mine road- ways are often difficult to approach and attack by conventional fire-fighting methods because access from the point of entry to the seat of a fire often in- volves long distances and the projections of water streams is reduced because of limited ceiling heights. Experiments conducted by the Safety in Mines Research Establishment of the United Kingdom and the U.S. Bureau of Mines1-' indicate that foam can be produced at a high volume rate to fill and be transported through the road- ways or shafts themselves by relatively small pressure differences to reach a distant fire to control or extinguish it.
More recently, high expansion foam has been considered for use against building fires. As the majority of build- ing fires in urban areas, especially the smaller ones, are efficiently controlled and extinguished by conventional methods, the greatest potential for high expansion foam appears to be against the larger difficult fires. Fire-fighters experience difficulties where large vol- mes of smoke are evolved. Lack of visibility often prevents them from locating the seat of the fire and applying water directly to it. Under such adverse conditions high expansion foam can be used from outside the building to fight inaccessible fires. Foam having an expansion ratio of from 500:l to 1,000:l can be readily produced at a rate suffi- ciently high to fill a compartment of a
46
IL y a environ dix ans, on a commence a
utiliser une nouvelle mkthode de lutte contre les incendies de minesl, qui consiste a produire de grandes quantites de mousse a haute expansion. I1 est souvent difficile d'avoir a c d s aux galeries de mines dans lesquelles des incendies se declarent et de les combattre par les methodes habituelles de lutte contre I'incendie, p a r e qu'il y a souvent de longues distances a parcourir de I'entree de la mine au foyer de I'incendie et les hauteurs de plafond limitees rkduisent la force des jets d'eau, envoyes. Des experiences poursuivies par 1'Etablissement britannique de recherche pour la skurite dans les mines (The Safety in Mines Research Establishment of the United Kingdom) et le Bureau des Mines des Etats-Unis (The U.S. Bureau of M i n e ~ ) l - ~ indiquent qu'on peut produire de la mousse sous un volume eleve pour remplir les galeries et les puits, ou l'y transporter, grice a
des differences de pression relativement faibles, afin d'atteindre un incendie lointain, de le maitriser et de l'eteindre. Plus recemment, on a envisage la possibilite d'utiliser la mousse a haute expansion pour lutter contre les incendies de bltiments. C o m e les methodes classiques de lutte contre l'incendie permettent de maitriser et d'kteindre efficacement la majorite des incendies de bltiments des regions urbaines, en particulier les plus petits, il semble que ce soit pour lutter contre les grands incendies difficiles a eteindre que la mousse & haute expansion ait le plus grand potentiel d'utilisation. Les equipes
DIE Erzeugung grosser Mengen von stark blahendem Schaum wurde vor etwa 10 Jahren als eine neue Methode zur Grubenbrandbekampfungl einge- fiihrt. Feuer in Untertagestrecken sind mit konventionellen Feuerbekampfungs- methoden oft schwer zuganglich und zu bekampfen, da die Entfernungen vom Anfang der Strecke bis zum Brandherd oft betrachtlich sind und die Entfernung, aus der mit Wasserstrahlen gearbeitet werden kann, durch die geringe Firsten- hohe begrenzt ist. Experimente die von der Forschungsanstalt fur Grubensicher- heit in Grossbritamien und dem US Bureau of Mines1-3 durchgefiihrt wur- den, haben gezeigt, dass Schaum schnell in grossen Mengen hergestellt werden kann, leicht durch Schachte oder Strecken transportiert werden und ver- fiillt werden kann. Dabei sind nur verhaltnismassig geringe Druckunter- schiede erforderlich, um ein Feuer in betrachtlicher Entfernung unter Kontrolle zu bringen oder auszuloschen. In der letzten Zeit sind stark blahende Schaume zur Bekampfung von Haus- branden in Erwagung gezogen worden. Da die Mehrzahl der Hausbrande in stadtischen Gebieten, besonders in Kleinstadten, wirkungsvoll durch kon- ventionelle Liischmethoden bekampft werden konnen, scheint der Einsatz von stark blahendem Schaum bei grossen schwierigen Feuern eine bessere Chance zu bieten. Die Feuenvehrmamer sehen sich grossen Schwierigkeiten gegeniiber, wenn grosse Rauchmengen entwickelt werden. Mangelnde Sicht hindert sie oft daran, den Sitz des Feuers auszumachen
building or even an entire building in a relatively short time.
The Division of Building Research of the National Research Council has become interested in the potential use of high expansion foam for fighting fires in buildings. An investigation into the effective use of this agent against build- ing fires was, therefore, undertaken. Laboratory studies were conducted to develop suitable foaming agents. Studies were also conducted using operational type equipment similar to that used by others to study various parameters of foam production.
A. Laboratcry studies on
foaming agents
A good foaming agent for the genera- tion of high expansion fire-fighting foam was assumed to be one that would readily produce foam when diluted with water and suitably mixed with air. This property will be referred to as foam- ability. Foam produced by a good agent should have high film stability and low drainage rate of solution. Preliminary experiments indicated that foam that exhibits low drainage rate, in general, has good film stability. A test based only on foamability and drainage rate as criteria for evaluating the suitability of foaming agents was, therefore, devised, and a study undertaken to develop good foaming agents based on this test.
A 500-ml volume of solution contain- ing a known concentration of foaming agent (e.g., 0.6 per cent active material) is conditioned to equilibrium at 25'C. The solution is poured into an inverted 26-litre polyethylene bottle through a hole at the base of the bottle. Air is bubbled through the solution at a rate of 4 litres per minute, being introduced through four holes of approximately 0.04-in. diameter in a ring held in the inverted neck of the bottle and immersed in the solution. The time at which the bottle is filled with foam is measured, and air flow is stopped. Foamability is determined as the ratio of the volume of foam produced to the amount of air passed into the solution. Excess solution in tile plastics bottle is drained off and the o::e-half drainage time of foam, defined as the time at which one-half of the solution in the foam is drained off, is determined.
The foaming agents examined inclu- ded the following types: ammonium lauryl sulphate, sodium lauryl sulphate, alkyl ether, alkyl aryl sulphate, alkyl aryl sulphonate, amide of fatty acid and amine oxide of fatty acid. Over thirty foaming agents were tested. Solutions with an active content of 0.6 per cent, o r more, were used.
The agents that yielded the best results based on both foamability and one-half drainage time were No. 1 , 2,
3, and 4. Their results are presented in Table I, along with those of agents
de lutte contre l'incendie Cprouvent des difficultes lorsqu'il y a un grand dtgage- ment de furnee. Le manque de visibilite les empeche souvent de. localiser le foyer de l'incendie et de diriger leurs lances dessus. Dans de telles conditions, on peut utiliser la mousse a haute expansion de I'exterieur du b2timent pour combattre les incendies inacces- sible~. On peut facilement produire de la mousse ayant un taux d'expansion de 500 : 1 a 1000 : 1, a une vitesse suffisam- ment elevee pour remplir une partie d'un bitiment ou meme un bgtiment tout entier en un temps relativement court.
La Division des Recherches en construction du Conseil National de recherche s'interesse aux emplois potentiels de la mousse a haute expansion pour lutter contre les incendies de bbtiments. On a donc entrepris une etude de l'emploi efficace de cet agent contre les incendles de bgtiments. On a fait des etudes en laboratoire pour mettre au point des agents moussants appropries. On a egalement fait des essais avec un equipement de type operationnel similaire a celui employe habituellement dans la lutte contre I'incendie pour Ctudier les differents parametres de production de la mousse.
A. Etudes en laboratoire des
agents moussants
On a pose priori qu'un bon agent moussant pouvant produire de la mousse a haute expansion pour la lutte contre l'incendie etait un agent qui, une fois dilue a l'eau et melange a l'air de maniere appropriee, produisait facile- ment de la mousse. Nous designerons cette propriete comme Ctant "la capacite de formation de mousse". La mousse produite par un bon agent devrait avoir une stabilite de pellicule elevee, et un faible taux d'ecoulement de la solution. Des experiences preliminaires ont indique que la mousse qui presente un faible taux d'ecoulement possede en general une bonne stabilite de pellicule. On a donc mis au point un essai base seulement sur la capacite de formation de mousse et le taux d'kcoulement, consideres cornrne criteres, pour evaluer la valeur d'agents moussants et entrepris une etude basee sur cet essai pour arriver a produire de bons agents moussants.
On conditionne jusqu'au point d'equilibre a 25°C un volume de solution de 500 ml contenant une concentration connue d'agent moussant (par exemple 0,6% de produit actif). La solution est verske dans une bouteille de polyethylene renverde, d'une con- tenance de 26 litres, par un trou situe
a la base de la bouteille. D e l'air introduit par quatre trous d'environ 0,04 in (0,lO cm) de diametre pratiques dans un anneau maintenu dans le goulot de la bouteille et plonge dans la solution, arrive sous forme de bulles dans la solution a raison de 4 litres par minute. On mesure le temps necessaire pour que
und das Wasser direkt auf den Brandherd zu richten. Unter derart ungiinstigen Umstanden kann stark blahender Schaum verwendet werden, um von der Aussenseite des Gebaudes unzugangliche Feuer zu bekampfen. Schaum mit einem Blahverhaltnis von 500 : l bis zu 1000 : 1 kann leicht in solchen Mengen und in solcher Zeit hergestellt werden, dass Teile eines Gebaudes oder selbst ganze Gebaude in verhaltnismassig kurzer Zeit gefiillt werden konnen.
Die Abteilung fur Bauforschung im Forschungsrat interessiert sic11 fur die Moglichkeit stark blahende Schaume zur Brandbekampfung in Gebauden zu venvenden. Es wurde daher eine Unter- suchung iiber den effektvollen Einsatz dieser Mittel bei Hausbranden unter- nommen. Es wurden Laborversuche zur Entwicklung geeigneter Schaummittel vorgenommen. Ausserdem wurden Studien unter Venvendung von Geraten wie sie bei anderen Methoden venvendet werden durchgefiihrt, urn verschiedene Werte bei der Schaumherstellung zu untersuchen.
A. Laborversuche iiber
Schaummittel
Es wurde von der Voraussetzung ausgegangen, dass ein gutes Schaummit- tel fur stark blahende Schaume dasjenige ist, das bei der Losung in Wasser leicht Schaum erzeugt, wenn es auf geeignete Weise mit Luft gemischt wird. Diese Eigenschaft wird im Folgenden als Schaumbildungsfahigkelt bezeichnet werden. Der von einem guten Schaum- mittel gebildete Schaum muss kraftige Blasen haben, und das Losungsmittel darf nur langsam trocknen. Erste Experimente deuten darauf hin, dass ein Schaum, der eine niederige Trocknungsgeschwindigkeit hat, im allgemeinen auch stabile Blasen hat. Es wurde daher eine Untersuchung zur Ermittlung geeigneter Schaummittel vor- bereitet, die sich nur auf die Schaum- bildungsfahigkeit und dieTrocknungsge- schwindigkeit als Kriterien bezog. Aufbauend auf dieser Untersuchung wurde eine Studie zur Entwicklung guter Schaummittel erstellt.
500- ml Losungsmittel enthalten ein Schaummittel mit bekannter Konzentra- tion (2.B. 0,6% aktives Material). Diese Stoffe werden bei einer Temperatur von 25°C rniteinander emischt. Die Losung wird durch eine dffnung im Boden in eine 26 1 fassende Polyethyleneflasche gegossen. Aus einem Ring der in die Fliissigkeit getaucht ist und an dem Hals der Flasche gehalten wird, tritt aus 4 Lochern mit je 0,04 Zoll Durchmesser Luft in einer Menge von 4 1 je Minute in die Losung ein. Die Zeit nach der die Flasche gefiillt ist wird gemessen und der Luftstrom wird abgestellt. Die Schaum- bildungsfahigkeit wird bestimmt als das Verhaltnis des erzeugten Schaumvolumen zu der Menge der in die Losung einge- tretenen Luft. Die iiberschiissige Losung
TABLE I : Laboratory results of foaming agents.
TABLEAU I: RPsulrats de laborafoire des agents moussanfs.
Description de I'agent Expansion Ratio
__
450 350 300 300 2600 5200I Sulfate lauryl de sodium (Produit actif 34%) e t solvant
. . .
One-half Drainage Time (min.) _. . - - 8.6 8.01
2 Savon liquide A base de potasse caustique
A I'huile de coco (produit a c t i f 2 0 x )
...
Description of Agent... -. . - . .
I Sodium lauryl sulphate (34 per cent active material) and solvent
. . .
2 Coconut o i l caustic potash liquid soap(20 per cent active material)
. . .
3 ~ m m o n i u m lauryl sulphate (30 per centactive material) and small a m o u n t of
3 Sulfate lauryl d'ammonium (produit actif
...
30%) e t petite quantite d'alcool 4 Agent de lutte contre I'incendie No. I en
vente dans le commerce
. . .
5 Agent de lutte contre I'incendie No. 2en vente dans le commerce
. . .
Foamability
______I
I .O 1.0.
alcohol
. . .
4 Commercial fire fighting agent No. I...
5 Commercial fire fighting agent No. 2...
6 Ammonium lauryl sulphate (30 per centactive material
. . .
6 Sulfate lauryl d'ammonium (produit actif 30%)
. . .
I .O 8.0 1.01
7.7 3.5 I .O1
1.6 Capacith de formmion de mousse - . - 1-0 I ,O 1.0 I ,o 1.0 1.0 Demi-temps d'6coulement (minutes) ... - ..- Taux d'exponsion 450 350 3 00 300 2600 5100TABELLE I: Laborresulfate fur Schaummiffel.
Beschreibung des SchGummittels
I Natrium Lauryl-Sulphate 34% aktives Material und L t i s u n g s m i t t ~
. . .
2 Kokosnussoil mic flussiger Seife aufKaliumhydroxydbasis (20% aktives Material)
. . .
3 Ammonium Lauryl Sulphate (30% akti-ves Material) und geringe Mengen Alkohol
. . .
...
4 handelsubliches Feuerloschmittel N r . I 5 handelsubliches Feuerloschmittel N r . 2 6 Ammonium Lauryl Sulphace (30% aktiv- Material)
. . .
holbe Trock- nungszeit (Min.)
in der Plastikflasche wird abgelassen und die Halbzeit der Schaurntrocknungs- zeit wird bestimmt. Diese Zeit ist definiert als die Zeit, in der die Halfte der in dern Schaum enthaltenen Flussig- keit getrocknet ist.
Zu den untersuchten Schaummitteln gehoren folgende: Ammonium Lauryl Sulphate, Nafrium Lauryl Sulphate, Alkyl Ather, Alkyl Aryl Sulphate, AIkyl Aryl Sulphonate, Amide
-
oder Fettsiure und Amine Oxyde von Fettsauren. Mehr als dreissig Schaummittel wurden gepruft. Losungen mit Konzentrationen von 0,6% und mehr wurden verwendet.Die Schaummittel, die sowohl hin- sichtlich der Schaurnbildungsfahigkeit,
als auch der Halbtrocknungszeit die best- en Ergebnisse erbrachten waren Nr. 1,2, 3 und 4. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt, zusammen mit den Schaumrnitteln Nr. 5 und 6, die splter in diesem Bericht erortert werden. Alle sechs Schiurnm~ttel der Tabelle 1 weisen den Schaurnbildungsfahigkeits-
wert 1,O auf. Fiir diese Mittel wurde das Blahverhaltnis aufgestellt und mit in Tabelle 1 aufeefuhrt. damit Vereleiche der schaumer;eugung bei einsatzghigen Geraten angestellt wcrden konnten.
Schaummittel Nr. 6 , Ammonium Lauryl Sulphate, lieferte einen ver- haltnismassig schlechten Schaum. Die erstaunliche Verbesserung, die erzielt wurde, wenn eine geringe Menge Alkohol zur Erzielung des Schaummittels Nr. 3 hinzugefugt und durch Erwarrnen verteilt wurde, legt die Vermutung nahe, dass Zusatze order Verunreinigungen einen wichtigen Einfluss auf das Verhalten der Schaummittel haben.
Der Hauptbestandteil des Schaumrnit- tels Nr. 1 war technisches Natrium Lauryl Sulphate. Dieses Material ist kastenartig und war sehr schwer in Wasser zu losen. Urn dieses Problem zu losen wurde nach einem Losungsmittel gesucht, in dem sich die Paste leicht lost und das eine Flussigkeit bildet, die sich leichter in Wasser verteilt. Es wurde gefunden, dass ein geeignetes Losungs- mittel zu diesern Zweck Butyl Carbitol 1st.
Bei einem Versuch wurde anstelle des technischen Materials, das fiir Schaum- rnittel Nr. 1 verwendet wurde, reine~es Natriam Lauryl Sulphate (U.S.P.) ver- wendet. Es wurde festgestellt, dass der erzeugte Schaum von geringerer Qualitat ist. Dieses Ergebnis legt die Moglichkeit nahe, dass in dem technischen Mater~al gewisse Bestandteile vorhanden sind, die in dern reineren Material beseitigt wurden, und die fur das unterschiedliche Verhalten der beiden Scbaumrnaterialien verantwortlich sind.
Das Schaurnrnittel Nr. 2, Kaliurn- hydroxyd, war in Wasser leicht loslich. Es liess sich sehr vlel leichter als die Mittel Nr. 1 und 3 verarbeiten, die ebenfalls gute Resultate erzielten. Dieses Schaumrnittel wurde daher bei den meisten folgenden Versuchen zur Priif~ng der verschiedenen Werte bei der Schaum- herstellung verwendet.
Zu der Untersuchung gehorten ausser- dem zwei irn Handel erhaltllche Schaurn-
No. 5 and 6, which are discussed further in this paper. All six agents presented in Table I yielded foamability of 1.0. The expansion ratio of foam was determined and included in Table I so that compari- son could be made with foam produced by operational type equipment.
Agent No. 6, ammonium lauryl sulphate, yielded relatively poor foam. The dramatic improvement obtained when a small amount of alcohol was added and dissolved by heating to pro- duce agent No. 3 suggests that additives or impurities can play an important part in the behaviour of foaming agents. The chief ingredient of agent No. 1 was a technical grade of sodium lauryl sulphate. This material, which had the consistency of paste, was very difficult to dissolve in water. In order to over- come this problem a search was made for a solvent that would readily dissolve the paste and form a liquid more soluble in water. One suitable solvent found for this purpose was butyl carbitol.
In one experiment a purer grade of sodium lauryl sulphate (U.S.P.) was tried in place of the technical grade used in agent No. 1. The foam produced was not as good as that produced using agent No. 1. These results suggest the possibility that the technical grade contained certain materials not present in the purer grade to account for the difference in the behaviour of the two agents.
Agent No. 2, caustic potash liquid soap, was readily soluble in water. It was much easier to handle than agents No. 1 and 3, which also yielded good results. This agent was therefore used in most of the subsequent experiments in examining various parameters of foam production.
Two commercial brands of foaming agents being marketed for producing high expansion fire fighting foam were included in this study. One of the agents, No. 4, yielded results comparable to those of the best agents found in this investigation, but the other agent, No. 5, seemed son~ewhat inferior, based on this test.
B.
Experiments using a foam generatorI.
Influence of air flow and solution
flow
A small-scale operational-type foam generator was constructed and used for the study of some of the parameters of foam production. Foam was produced by spraying a dilute solution of foaming agent on a net of about b-in. mesh and passing air through the wetted net. The layout of the equipmwt is illustrated in Figure 1. An axial flow fan capable of delivering 5,000 cfm of air against a static presssure of 4 in. was used to pass air through the wetted net. A bell- mouth entry to the fan inlet was used to
la bouteille soit remplie de mousse et on coupe I'arrivee d'air. La capacite de formation de mousse est determinee comme etant le rapport volume de mousse produite/quantite d'air envoyee dans la solution. On laisse s'Ccouler la solution en excts contenue dans la bouteille de plastique et on determine le demi-temps d'Ccoulement de la mousse, defini c o m e etant le temps qu'il faut pour laisser s'ecouler la moitie de la solution de mousse.
Les etudes ont port6 sur les agents moussants suivants: sulfate lauryl d'am- monium, sulfate lauryl de sodium, ether alkyle, sulfate aryl alkyl, sulfonate aryl alkyl, amide d'acide gras et oxyde d'amine d'acide gras. Plus de trente agents moussants ont Cte soumis a des essais. On a utilise des solutions ayant une teneur active de 0.6% ou plus. Ce sont les agents No. 1, 2, 3 et 4 qui ont donne les meilleurs resultats bases a la fois sur la capacitt de forma- tion de mousse et le demi-temps d'ecoulement. Ces resultats sont indiques sur le tableau I, ainsi que ceux des agents 5 et 6, dont il est question plus loin. Les six agents prksentes sur le tableau I avaient une capacite de formation de mousse d e 1,O. On a determine le taux d'expansion de mousse et on I'a indique sur le tableau I d e fagon pouvoir Ctablir une comparaison avec la mousse produite par de I'tquipe- ment de type optrationnel.
L'agent No. 6, le sulfate lauryl d'ammonium, a produit relativement peu de mousse. L'amelioration remarquable obtenue lorsqu'on a ajoutk une petite quantite d'alcool et dissous le melange en chauffant, pour produire I'agent No 3 semble indiquer que des additifs ou des impuretes peuvent jouer un r61e important dans le comportement des agents moussants.
Le composant principal de I'agent No. 1 etait une qualite technique de sulfate lauryl de sodium. Ce produit, qui a une consistance plteuse, etait tres difficile a dissoudre dans I'eau. Pour surmonter cette difficulte, on a cherche un solvant qui dissoudrait facilement la p i t e et formerait un liquide plus soluble dans I'eau. On a trouve que le butyl carbitol ttait un solvant approprie ?i
cet usage.
Dans une experience, on a essaye d'employer une qualite plus pure de sulfate lauryl de sodium (U.S.P.)
i
la place de la qualite technique utiliste dans I'agent N o 1. La mousse produite n'etait pas aussi satisfaisante que celle produite en utilisant I'agent N o 1. Ces resultats laissent penser que la difference de comportement des deux agents serait due certaines substances contenues dans la qualite technique, mais pas dans la qualite plus pure.L'agent N o 2, savon liquide a base de potasse caustique, se dissolvait facile- ment dans I'eau. I1 ttait beaucoup plus facile
A
manier que les agents N o 1 et 3, qui ont donne aussi de bons resultats. On a donc utilise cet agent dans la plupart des experiences suivantes pour examiner les differents ~ a r a m e t r e s de production de mousse.mittel, die als Schaumfeuerbekampfungs- mittel mit hohem Blahvermogen verkauft werden. Eines der Mittel, Nr. 4, erzielte Ergebnisse, die mit den Ergebnissen der besten in dieser Untersuchung ge- fundenen Mittel vergleichbar sind. Jedoch das andere Mittel, Nr. 5, schien be.i dieser Untersuchung schlechter zu seln.
B.
Versuche unter Verwendung eines SchaumerzeugersI. Einfluss des Luftstrornes und
des Losungsmittelstrornes
Fur die Untersuchungen wurde ein kleiner Schaumerzeuger konstruiert, der zur Ermittlung einiger Schaumherstel- lungswerte venvendet wurde. Der Schaum wurde erzeugt, indem eine verdunnte Losung des Schaummittels auf ein Netz rnit etwa 118 Zoll Maschen gespruht wurde und dann Luft durch das nasse Netz geblasen wurde. Die Anlage des Gerates ist in Abbildung 1 darge- stellt. Die Luft wurde mittels eines Axiallufters mit einer Leistung von 140 Kubikmeter je Minute gegen einen statischen Druck von 4 Zoll Was- sersaule durch das nasse Netz geblasen. Um die Messung des Luftstromes zu erleichtern, wurde an der Einlassseite des Ventilators eine glockenfcirrnige Offnung angebracht. Durch den gleich- massigen Eintritt wurde gewahrle~sle:, dass der Luftstrom einen Ausgangs- coefficienten nahe 1 hat. Durch Pru- fungen mit einem Staurohr wurde nachgewiesen, dass ein Coefficient von 1 angenommen werden kann, ohne dass dadurch die Genauigkeit wesentlich beeinflusst wird. Daher konnte die Stromungsgeschwindigkeit durch ein einziges Staurohr in der Mitte der Eintrittsoffnung bestimmt werden und dieser Messwert reprasentierte die mittlere Geschwindigkeit uber den gan- zen Querschnitt.
Die Staurohrablesung in Zoll Was- sersaule wurde nach folgender Formel in Geschwindigkeit umgewandelt
v
= 4065dp
-
dabei V = Geschw~ndigkeit der Luft in Fuss je Minute
p = statischer Druck in Zoll Wassersaule
Diese Formel bezieht sich auf Luft von Normaldruck bei 70°F (21°C): bei einer Dichte des Wassers in dem Instrument die der gleichen Temperatur entspricht. Die Temperaturabweichun- gen der Luft und des Messinsfrumentes betrugen gewohnlich wenlger als 20 Fahrenheitgrade (ewa 5°C) und wurden vernachlassigt.
Die Gleichmassigkeit des sich dem flachen Baumwollnetz ( 1,4 ,q-Fuss) nahernden Luftstromes wurde mlt elnem Anemometer gemessen und fur zufrie- denstellend gefunden. Gutc Prufwerte
facilitate the measurement of air flow. As it provided smooth entry conditions it was known that it would have a coeffi- cient of discharge close to 1. Traverses made with a pitot tube verified that a coefficient of 1 could be assumed without significant error. Thus the flow velocity could be determined from a single pitot reading taken at the centreline of the throat of the entry device, this being taken as t h e average velocity over the
cross-section.
The pitot reading, taken in inches of water, was converted t o velocity using the formula
V = 4 0 0 5 4 ~
where V = velocity of air in fpm, p = pitot static pressure in in.
W.G.
This formula applies to air at standard pressure at 70°F, with the water head based o n the density of water at thesame temperature. Deviations from 70°F in the temperature of the air and gage Suid were usually less than 20 deg. and were disregarded.
The uniformity of air flow approach- ing the flat cotton net of 11.4 sq. ft. area was checked by anemometer and was considered satisfactory. Good checks were obtained with the flow readings as determined at the entry device.
Water and foaming agent solution (containing agent as received, diluted half and half with water) were pumped through appropriate flowmeters. They were mixed together and discharged through four full-cone nozzles, each having a spray angle of about 90 deg. The nozzles were positioned so that there would be sl~ght overlap of cover- age, providing a fairly uniform spray over the entire net. The nozzle pressures were about 25 psi when delivery through each nozzle was about 7 U.S. gpni.
Experiments were conducted to in- vestigate the influence of air flow and of solution flow on foam production. Agent No. 2, a caustic potash liquid soap which is readily miscible with water, was used. The concentration of the sprayed solution was 0.6 per cent active content. Air flow was varied from 1,100 to 5,700 cfm to provide mean alr speed across the net ranging from 100 to 500 ft. per min. The solution flow was varied from 11 to 29 U.S. gpm.
The rate of foam production was determined by measuring the time token to fill a 128 cu. ft. container with foam. At least two repeat tests were conducted for each combination of air flow and
On a con~pris dans cette Ctutle deux marques d'ngents nioussants qui se vendent actuellenient dans le commerce pour produire de In mousse
A
haute expansion pour la lutte contre I'inccndie. Un des agents, le No 4, a donne des resultats coniparables B ceux des meilleurs agents de cette et~lde, mais I'autre, le No 5, s'est !eveIC quelque peu inferieur dans cet essal.B.
Experiences faites e n
utilisant un generateur
P
mousse
I .
Influencedu
debitd'air
etde
I'bcoulement
de
la solutionOn a construit un petit generateur
i
mousse de type opCrationnel pour etudier quelques-uns des paranietres de produc- tion dc mousse. On a produit de la mousse en pulverisant une solution diluee d'un agent nioussant sur un filet d'environ 118 in (0,31 cm) de niaille et en faisant passer de I'air i travers le filet mouille. La figure I illustre In disposition de I'equipement. L'air a etC envoyei
travers le tilet rnouille au moyen d'un ventilateur ecoulement axial ayant un debit de 5000 cfni (141,58 ni3/nin) d'air B une pression statique de 4 in (10.16 c n ~ ) . On a ~~tilisC un dispositif d'entree en f o r n ~ e dc clocheB I'admission du ventilateur qob~r faciliter la niesure du debit d a ~ r . Comnie I'entree etait I~sse, on savait q ~ l c le coefficient de decharge serait proche de I. Un tube de Pitot relic au dispositif d'entree a permis de verifier qu'on pouvait tnbler sur un coefficient de I sans erreur sensible. On a pu alors determiner la vitesse d'i.coulement a
partir d'unq seule lecture du tube de Pitot prise o I'axe de la gorge du dis- positif d'entree, cette vitesse etant consideree comme Ctant la vrtcsse moyenne B la section transversnle.
La lecture du tube de Pitot, prise en pouces d'eau, a ete convcrtic en vitessc selon la formulc:
V = 4005 d p dans laquelle
V = le vitesse de I'air en picds par minute (fpm) , p
-
lo pression statiquc dc P ~ t o ten pouces de h n ~ ~ t c u r d'e;ul.
Cette formule s'applique I'air $ Line pression standard a 70°F (21"C), ,la hauteur d'eau Ctant baskc sur la dens~te de I'eau a la n3me tcn~pernture. Les ecarts de tempCraturcs de I'air et du liquide de la jauge, h partir de 70°F etaient en general inferieurs i 20°F; on pouvait donc ne pas en tenir compte.
On a vCrifiC l'uniformite du debit de I'air qui approchait du filet de coton plat d'une superficie de 11,4 pieds carres (1,06 m" :au nloyen d'un anemonittre et on a considere les resultats c o n m e satisfaisants. Les resultats determines
wurden niit deni. Stromungs~nessgeriit an der Eingangsseite erzielt.
Wasser und Schaumniittelliisungen (Schii~~nimittelgehalt .wie geliefert, halb und halb niit Wasser verdunnt) wurden durch pztssende Mengennlessgeriite gepumpt. S i e . wurden mrleinander geniischt und durch vier Vollkonusdusen gepresst, wobei jebe Duse eincn Spruh- winkel von 9O0.hat. Die Dusen wurden so ongeordnet, dass sich die bespruliten Fliichen leicht uberschnitten, und dnss cine zienilich gleichniiissigc Bespriih~~ng des ganzen Nctzes erfolgte. Bei einer Liternienge durch jede Duse von etwn 7 U.S. gpm. (26,5 Liter pro Minute) betrqg der Druck an jeder Duse ctwa 25 psi (1.7 atu).
Es wurden Versuche ausgefiihrt, Llm den Einfluss des Luftstromes und des Flussigkeitsstromes auf die Schaument- wicklung festzustcllen. Schaummittel Nr. 2, eine flussige Seife auf Kalium- hydroxydbasis, die leicht niit Wasser mischbar ist, wurde dabei verwendet. Die Konzentration dcr aktiven Teile in der Spruhlosung betrug 0,6%,. D e r Luftstrom wurde im Bereich von 31-161 Kubikmcter je Minute vcriindert, urn eine niittlere Luftgeschwindigkeit uber den ganzen Netzbereich on 30-150 Meter pro Minute zu erhalten. Der Durchfluss der Losung wurdc in1 Bereich von 41.109 Liter je Minute variiert.
Die Schaun~bildungsleist~~ng wurde bestin~mt, indem die Zeit geniessen wurde, die zur Fullung eine 3,6 cbm fussenden Behiilters benotigt wurde. Jcder durcligcfiihrte Versuch bei einer bestirnniten Kombination von Luft- und Fliissigkeitsdurcliflussn~enge wurde min- destens einnial wiederholt. Es wurden tler Luftwirkungsgrnd und das Bllhungs- vcrliiiltnis des Schaulnes bestinimt. Dnbei ist der Luftwirkungsgrad detiniert ~rls der Antcil dcr Luft, der die gasfBrmige ['hose .dcs Scha~r nics biltlet. Der Wirkungsgrod bci der U~nwandlung tlcr Flussigkcit in tlic fliissiye Schnumphnse wurde ebenfalls ~intcrsucht, es wurde jctloch gefilndcn, dass dicscr Welt bei tlcn n~eistcn vcrwendeten Kombinn- tionen von Flussigkcit und Luft nnliczu looc%, betrug. Dic besten Resultnte wurden beim maximalen Flussigkcits- durchsntz fcstgestcllt, bei 109 Litern jc
Minute (Abbildung 2). Die Bedcutung' :~~~srciclicnder Bcspruli~~ng des Nctzes mit Flussigkeit ist ZILIS Abbildung 2
crsichtlich. Es wurdc fcstgcstellt. class dcr Wirkungsgrad bei nicdrigcn Flussig- keitsdurclisatzn~engen nbfiel, besondcrs wcnn die Luftn~cnge gross war. Die optimale Luftgcschwindigkcit an d c ~ n
F l a t 4 1 " x R e c t d u c t D i f f u s i n g s c r e e n F l e x i b l e d u c t ( A 1 5 " B e l l m o u t h e n t r y R e g u l a r
1
I
I
II
I
I
I
I
I
I
d u c tI
( 0 )I
FIGURE 1 : Layout of experimental high expansion foam generator. FIGURE 1 : Disposition du g&nt?rateur expirimental ri mousse ri haute expansion.
ABBILDUNG 1 : Anlage des Experimentalgeriiles zur Erzeugung von stark blahendem Schaum.
F l a t n e t = filet plat = Flachnetz. Diffusing screen = ecran de diffusion = Diffusionsgitter. Rectangular duct = conduit rectangulaire = rechteckige Leitung. F u l l cone spray nozzles = tuyeres 1 c6ne cornplet = Vollkonus-Spruhduse. Regular p y r a m i d n e t = filet en forme de pyrarnide rBgulier = Netz, regelrnassige Pyrarnide. M e t a l cone d u c t = conduit conique rnbtallique = Metallkonusleitung. Flexible d u c t = conduit flexible = flexible Leitung. P i t o t t u b e connected t o m a n o m e t e r
= tube de Pitot relib au manornetre = Staurohr rnit Manometer verbunden. A x i a l flow f a n = ventilateur
A
Bcoulernent axial =Axiallufter. Bell m o u t h e n t r y = dispositif d'entrBe 1 cloche = glockenforrnige Eintrittsoffnung. F l o w m e t e r = ddbimbtre =
Durchflussrnessgerat. Valve = soupape = Ventil. Bypass c o n t r o l = cornmande de ddrivation = Bypassregelung. A g e n t supply = alirnentation agent = Losungzufuhr. P u m p = pompe = Purnpe. W a t e r = eau = Wasser.
- - - - - -- - - - 9' 6" = 2,88 m 18" = 45,8 crn 8' = 2,43 m 15" = 38,l crn 8' 6" = 2,58 rn 143" = 37,97 crn 29" = 73,66 crn 41" = 114,14cm 16" = 40,6crn 40" = 111,6crn
solution flow selected. Air efficiency, defined as the efficiency of converting air to the gaseous component of foam, and expansion ratio of foam were determined. The efficiency of convert- ing solution to the liquid component of foam was also examined, but this value was found to be nearly 100 per cent for most of the combinations of solution flow and air flow used. The best results were obtained at the maximum solution rate employed, 29 U.S. gpm (Figure 2). The importance of spraying an adequate amount of solution on the net is apparent from Figure 2, because efficiency was found to fall off at low rates of solution flow, especially when the air flow was high. The optimum air speed across the flat cotton net was about 200 ft. per min, as indicated by both Figures 2 and 3. The expansion ratio of foam was in the range of 200 : 1 to 1,000 : 1 (Figure 4), and varied inversely as the solution rate.
2.
Foaming a g e n t sThree foaming agents, No. 1, 2 and 3, which yielded very good results in laboratory studies, were examined more critically on the basis of foam produc- tion rate. Experiments were conducted at varying concentrations of agents at air flow of 200 ft. per min. across the flat net and solution flows of 11 and 23 U.S. gpm, and at air flow of 500 ft. per min. and solution flow of 29 U.S. gpm. Optimum foaming agent concen- tration defined as that at which further increase in concentration will not improve foam production rate was determined for each of three agents under the three conditions. Satisfactory results on foam production were obtained by all three agents. It was not possible to classify these agents in order of effectiveness, although the optimum concentrations of agents No. 1 and 3 were both about 0.3 per cent active material compared t o about 0.6 per cent for agent No. 2. On the basis of active content, therefore, agents No. 1 and 3 are superior to agent No. 2.
par le dispositif d'entree ont permis d'obtenir de bonnes verifications.
L'enu et la solution d'agent moussant (a parts egales d'agent et d'eau) ont ete pompees, en passant par des debitmetres appropries. Elles ont ete melangees et dechargees par quatre tuyeres cbne complet, ayant chacune un angle de pulverisation d'environ 90". Les tuyeres etaient placees de f a ~ o n
B
ce que les jets se recouvrent legerement pour couvrir ainsi le filet tout entier de maniere assez uniforme. La pression aux tuyeres etait d'environ 25 Ib/sq. in. (1,75 kg/cmY) avec un debit pour chaque tuyere d'environ 7 gprn U.S. (26,46 litres).Des experiences ont ete effectuees pour Ctudier I'influence du debit de I'air et de I'ecoulement de la solution sur la production de mousse. On a utilise I'agent No 2, un savon liquide
B
base de potasse caustique, qui est facilement miscible a l'eau. La solution pulverisee avait une teneur active de 0,6%. Le debit de I'air variait de I100 a 5700 pieds cubes/minute (31,15 a 161,41 m3/mn) pour donner une vitesse d'air moyenne a travers le filet de 100 a 500 pieds par minute (30,s a 152 m/mn. L'ecoulement de la solution variait de 11 a 29 gpm U.S. (41,58 a 109,62 litres/mn).Le taux de production de mousse a tte determine en mesurant le temps pris pour remplir de mousse un recipient de 128 pieds cubes (3,62 m3). Les essais ont etC repetes au moins deux fois pour chaque combinaison de debit d'air et d'ecoulement de solution. On a determine le rendement de I'air, defini comme le rendement de conversion d'air en compose gazeux de mousse, et le taux d'expansion de mousse. On a aussi etudie le rendement de conversion de la solution en compose liquide de mousse, mais on a constate que cette valeur approchait de 100
% pour la plupart des
combinaisons de debit d'air et d'ecoule- ment de solution utilisees. On a obtenu les meilleurs resultats au taux de solution maximum employe (29 gpm US.-109,62 litres/minute) (figure 2). La figure 2 montre bien I'importance qu'il y a a pulveriser une quantite adequate de solution sur le filet, car on a constate que le rendement diminuait ade faibles taux d'ecoulement de solution, specialement lorsque le debit de I'air etait elevt. La vitesse d'air optimum passant par le filet plat de coton etait d'environ 200 pieds par minute (60,96 m/rnn), comme indique sur les figures 2 et 3. Le taux d'expansion de mousse allait de 200 : 1 a 1000 : 1 (figure 4) et variait inversement au taux de solution.
2.
A g e n t s m o u s s a n t sOn a etudie plus a fond trois agents moussants N o 1, 2 et 3, qui avaient donne de tres bons resultats dans les essais en laboratoire. On a fait des experiences avec des agents de concen- trations differentes, les debits d'air a travers le filet plat etant respectivement de 200 pieds par minute (60,96 m/mn) et 500 pieds par minute (152,40 m/mn), pour des icoulements de solution de 11 et 29 gpm U.S. (41,58 litres/mn et 109,62 litreslmn) dans le premier cas
flachen Baumwollnetz betrug etwa 60 m pro Minute, wie aus Abbildungen 2 und 3 ersichtlich. Das Blahverhaltnis des Schaunws lag in dem Bereich von 200 zu 1 zu 1000 zu I (Abbildung 4) und anderte sich im umgekehrten Verhaltn~s zu der Fliissi,~keitsdurchsatzmenge.
2.
SchaurnrnittelDie drei Schiiummittel, Nr. I, 2 und 3 zeigten in den Laborversuchen sehr gute Ergebnisse und wurden zur Ermittlung der Schaumbildungsleistungen weiteren Priifungen unterzogen. Die Versuche wurden mit verschiedenen Sch2ummit- telkonzentrationen bei einer Luftge- schwindigkeit von 60 m pro Minute an dem Flachnetz durchgefiihrt; die Fliissigkeitsmengen betrugen 41 und 109 Liter je Minute. EinweitererVersuch lief bei einem Luftstrom von 150 m je Minute und einem Fliissigkeitsdurchsatz von 109 Litern je Minute. Unter diesen drei Versuchsbedingungen wurden die optimalen Schaummittelkonzentrationen festgestellt: Das Optimum wurde als der Punkt definiert, an dem eine weitere Erhohung der Konzentration die Schaumbildungsleistung nicht weiter erhoht. Bei allen drei Schaummitteln wurden zufriedenstellende Schaumbil- dungsresultate erzielt. Es war nicht moglich, diese Schaummittel beziiglich ihrer Leistungen in eine Reihenfolge zu bringen, obwohl die optimalen Konzen- trationen der Schaummittel Nr. 1 und 3 bei etwa 0,3 % aktivem Material im Vergleich zu etwa 0,6% bei Schaummit- tel Nr. 2 lagen. Wird daher der aktive Gehalt als Kriterium gewahlt, dann sind Nr. 1 und Nr. 3 dem Schaummittel Nr. 2 iiberlegen.
3.
NetzrnaterialAhnliche Versuche wurden durch- gefiihrt, inden1 das Baumwollnetz durch ein Nylonnetz mit etwas kleineren Maschen ersetzt wurde. Die Ergebnisse der Versuche sind in Abbildung 5 dargestellt. Bei niedrigen Luftdurchsatz- mengen, bei Luftgeschwindigkeiten am Netz von 30-60 m je Minute, bildete das
I
I
I
1 4
U S G a l l M i nI
I
200 300 400 5 0 0
MEAN A I R SPEED AT
N E T . FT
P E R M I N
Fig. 2 : Itzfluence of mean air speed at net on air efficiency, at consrant solrrtion flow.
A i r S p e e d , 200 FtlMin I
100 FtlMin
300 FtlMin
)
0 1 1I
14 17 20 23 2 6 29SOLUTION FLOW, US GALLONSIMINUTE
Fig. 3: lnflr~ence of so/r~/ionflow rate on air efficiency, at coristarrt air speed.
Air Speed 300 FtlMin
-
1
.
200 FtlMin ' * -. >-., 100 FtlMin 0l
I I 1I
I
11 1 4 1 7 20 23 2 6 29SOLUTION FLOW, U S GAI 1.ONSIMINUTE
Fig. 4 : Influence of solrrtion flow rate on exparrsion ratio of foanl, ut constant (fir speed.
Fig. 2 : Eflet de la vitesse moyeririe de I'air alr filet srrr le reridemerit de l'air, porrr 11r1 Pcolrlenierrt de solirtiori cori-
stunt.
Abb. 2 : Der Einfllrss der mittleren Llrjfgeschwindigkeit am Netz auf den
Luftwirklrngsgrad, bei koristar~tem
Flussigkeitsd~rrclzsatz.
Fit. 3: Ebet dlr taux d'Pcoulemerrt de la
sol~rtiorr bur le rerldemerit de l'air, pour lrne vitesse d'air constante.
Abb. 3 : Einfllrss der Fliissigkeitsdurch-
satzmengen a14 den Lldtwirkungsgrad bei koristariter L~ftgesc/iwindigkeit. Fig. 4 : Effet dlr talrx d'Pcoulernent de la
sollrtiori slrr le talrx d'expansion de la moluse, pollr lrrle vitesse d'air cori- stante.
Abb. 4 : Der Einfluss der Fliissigkeits-
d~rrcltsatzmenge atrf d a ~ Sclial~mblah-
verhaltnis bei koristanter Luftge-
sclr windlgkeit
.
A i r efficiency - Rendement de I'air =
Luftwirkungsgrad. Mean air speed a t
n e t
-
Vitesse moyenne de I'air au filet : mittlere Luftgeschwindigkeit amNetz. Solution flow - Ecoulement de la solution - Flussigkeitsdurchsatz.
Expansion ratio -- Taux d'expansion - Blahverhaltnis.
Baumwollnetz etwas besseren Schaum als das Nylonnetz. Bei hoheren Geschwindigkeiten erwies sich jedoch das Nylonnetz als iiberlegen. D a es von Vorteil ist grossere Schaurnmengen durch Verwendung einer kleineren Maschengrosse zu erzielen, wird dem Nyllonetz der Vorzug gegeben. Nach- folgende Versuche wurden daher unter Verwendung des Nylonmaterials durch- gefiihrt.
4.
Form des
NetzesFerner wurde die Pyramidenform des Netzes untersucht, um eine Form zu finden, bei der die Netzflache uber den Leitungsquerschnitt ver rossert werden konnte. Die rechteckige %fFnung, die bei dem Flachnetz verwendet wurde, wurde durch eine kreisformige Leitung ersetzt, die eine Linge von 2,s m hatte und deren Durchmesser von 406
mm an der
Eintrittsseite bis auf 736 mm am Ende erweitert wurde (Abbildung I b). Anstelle der vier vorher verwendeten wurde eine einzige Vollkonusspriihduse mit einem Spriihwinkel von 90" ver- wendet, Am Ende der Leitung wurde ein zu einer regelmassigen Pyramide geformtes Nylonnetz angebracht, wobei53
3.
N e t materialSimilar experiments were conducted by replacing the cotton mesh net with a nylon net having slightly smaller open- ings. The results of the experiments are presented in Figure 5. At low air flow rates corresponding to net air speeds of 100 and 200 ft. per rnin. the cotton net was slightly better for foam production than the nylon net. At higher rates, however, the nylon net was superior. As it is an advantage t o be able t o produce large quantities of foam using small net size, the nylon net is preferable. Subse- quent experiments were therefore con- ducted using the nylon material.
4.
Shape o f netI t was decided to study pyramid net configurations in which the area of net might be increased over the duct area. The rectangular enclosure containing the flat net was replaced by a circular duct increasing from 16 in. diameter at its inlet end to 29 in. diameter in 8.5 ft. of length (Figure Ib). One full cone nozzle having a spray angle of about 90 deg was used in place of the four previously used, and a nylon net made into a regular pyramid was fitted to the end of the duct, a plywood plate adapter being used to accommodate the circular duct and the pyramidal net configura- tion. The first net of this shape had a square base of 29 in. and a slant height also of 29 in. This net will be referred t o a s a 29/29 net.
Foam production rate was satisfac- tory up to a mean net air speed of about 300 ft. per min., corresponding to duct air speed of about 750 ft. per min. Further ex~eriments were conducted
et 29 gpm U.S. (109,62 litres/mn) dans le deuxikme cas. On a determint la concentration optimum des agents mous- sants pour chacun des trois agents dans les trois conditions diffkrentes, cette concentration btant dtfinie comme celle
a laquelle une concentration plus 6levke n'amtliore pas le taux de produc- tion de mousse. Les agents ont permis tous les trois d'obtenir des resultats satisfaisants de production de mousse.
I1 n'a pas t t t possible de classer ces agents par ordre de rendement, bien que les concentrations optima des agents N o I et 3 Btaient toutes deux d'environ 0,3
%
de produit actif par comparaison a environ 0,6% pour l'agent No 2. Par consequent, les agents No 1 et 3 sont superieursA
l'agent No 2 sur la base de la teneur active.3.
MatCriau d u filetOn a fait des experiences semblables en rempla~ant le filet de coton par un filet de nylon ayant des mailles legtre- ment plus petites. Les resultats de ces experiences sont prtsentks sur la figure 5. A de faibles debits d'air correspondant a des vitesses d'air au filet de 100 et 200 pieds par minute (30,46 B
60,96 mm/n), o n a pu obtenir avec le filet de coton une production de mousse legkrement suptrieure a celle obtenue avec le filet de nylon. Cependant le filet de nylon s'est rkvele plus avantageux a des debits d'air superieurs. C o m e il est avantageux de pouvoir produire de grandes quantites de mousse en utilisant un filet de petites dimensions, il est preferable d'employer le filet de nylon. O n a donc utilise le filet de nylon dans les exptriences suivantes.
using nets df longer slant heights, 29/43
4. F~~~~
d u
filet
and 24/52. Foam production wassatisfactory when duct air speed was On a decide d'etudier des filets de increased to 1,800 ft. per min., corres- forme pyramidale, cette forme perrnet- ponding to net air speed of 330 ft. per tant d'augmenter la superficie du filet par
100
I
II
/-- N y l o n Net 2 9 US G a l l M i n
C o t t o n Net 29 US G a l l M i n C o t t o n Net 20 US G a l l M i n
MEAN A I R SPEED A T NET, F T PER M I N
zur Unterbringung der runden Leitung und des pyramidenformigen Netzes eine Sperrholzkonstruktion hergestellt wurde. Das erste pyramidenformige Netz hatte einen Durchrnesser an der Grundflache von 29 Zoll (736 mm) und eine Seitenlange von ebenfalls 29 Zoll (736 mm). Dieses Netz wird im folgenden als 29/29 Netz bezeichnet werden.
Bei mittlerer Luftgeschwindigkeit am Netz von etwa 90 m pro Minute, das entspricht einer Luftgeschwindigkeit von etwa 227 m pro Minute (750 Fuss pro Minute), waren die Schaurnbildungs- leistungen zufriedenstellend. Weitere Versuche wurden mit grosseren Kegel- hohen, 29/43 und 24/52 ausgefiihrt. Die Schaumbildung war zufriedenstellend, wenn die Luftsgeschwindigkeit in der Leitung auf 548 m je Minute erhoht wurde; dieser Wert entspricht einer Luftgeschwindigkeit an dem Netz von 120 m pro Minute. Es wurden dabei immer noch Leistungen von 65
%
erzielt, trotz der schlechten Lieferung der Schaummittel zur Konusspitze.Eine oft genannte Einwendung gegen die Verwendung von stark blahenden Schaumen besagt, dass das dazu erfordec- liche Gerat sehr unhandlich ist. D a die Form des Netzes einen derartig auffallen- den Einfluss auf die Schaumproduktion hat, wurde der Einfluss dieses Wertes weiter untersucht. Es wurde angenorn- men, dass die maximale Luftgeschwindig- keit in einer Leitung zur Herstellung stark blahenden Schaumes mit 548 m je Minute ausreichend ist. Die Schaumbil- dungsfahigkeiten von Leitungen mit verschiedenen Durchmessern sind auf Tabelle 2 angegeben, dabei basieren die Untersuchungen auf elnem 24/52 Netz.
Daraus ist ersichtlich, dass selbst bei Verwendung von einfachen Netzformen verhaltnismassig hohe Schaurnherstel- lungsleistungen erzielt werden konnen,
Fig. 5 : The irlfluence of tneatl air speed at net on air efficiency, at cot~stutrt solution flow for Iwo net materials. Fig. 5: EIet cle la vitesse rnoyetlnc de
/'air au filet sur /e rencle~r~et~t de I'air pour derix ~nat/riau.r de filet rlff'b.etlts, /'Pcoulement cle solrrtio~r Nant constunt.
Abb. 5 : Der Eit~ffirss de,r mittlererz Luftgeescl~wincligkc.i cr~n Netz a i d clc,ri Luftwirkirt~gsgrud, fii'r zwei Netz- materialien, 6ei ~ O I I . F ~ N I I I C I . l;'liis.~igkeils-
durchsatztnetigc~.
N y l o n net
-
filet de nylon-
Nylon- netz. Cotton n e t filet de coton- 3 ft. (0,9 rn) 4 ft. (1,2 rn) 5 ft. (1,5 rn) 6 ft. (1.8 m) 7.06 sq. ft. (0,65 m 4 12.56 sq. ft. (!,I6 rn3) 19.62 sq. ft. (1,82 rn2) 28.20 sq. ft. (2,62 m2)
Foam production rate Taux de production de mousse
Schaumbildungsleistungen Duct diameter
Diamhtre de conduit Leitungsdurchmesser
12.500 cfm (350 m3/rnn)
(
X-sectional area of duct X-superficie en coupe du conduit
Querschnittsflache der Leitung
22,500 cfm (630 rn3/mn) 35,000 cfrn (980 rn3/mn) 50,000 cfm (1.400 m3/mn)
TABLE 11: Potential foam production rate. TABLEAU 11: Tour de production potentiel de la mousse. TABELLE 11: Mogliche Schaumbildungsleistungen.
min. An efficiency as high as 65 per cent could still be obtained, despite a poor delivery cf foaming agent to the cone tip. One of the objections that has often been raised against the use of high expansion foam is that the equipment required is very cumbersome. Because the shape of the net makes such a marked difference on foam production, the inhence of this parameter is discussed further. It was assumed that the maxi- mum air speed through a duct for producing high expansion foam satisfac- torily is 1,800 ft. per min. The foam generation capabilities of ducts of different diameters, based on a 24/52 net configuration, are shown in Table 11.
Thus, even with a simple net shape such as that used, fairly high foam pro- duction rates could be achieved using quite small ducts. It is conceivable that further improvements on foam produc- tion rate could be made for a given duct size by selecting other net shapes.
Conclusions
1. Three new foaming agents found to yield satisfactory results both in labora- tory studies and operational experiments are recommended for consideration in producing high expansion fire fighting foam. They are:
Agent No. 1, sodium lauryl sulphate plus butyl carbitol or other suitable solvent.
Agent No. 2, coconut-oil caustic-potash liquid soap.
Agent No. 3, ammonium lauryl sulphate plus lauryl alcohol.
2. High foam production rate through a given duct opening can be achieved by ensuring that:
The mean air speed across the net is about 300 ft. per min.
The solution flow is about 1 gpm for every 200 cfm of air, with foaming agent concentrations near optimum. The sprayed solution will wet the net as
uniformly as possible.
3. A foam generator could be designed on the basis of information presented in this paper. The required foam producing capacity will dictate the air flow, which in turn is related to solution flow, net size and duct size. These data will determine the physical size of the foam generator.
References: Foot of col. I, next page
F~RE
INTERNATIONAL
.
16rapport a la superficie de l'ouverture du conduit d'arrivee d'air. On a remplace la chambre rectangulaire dans laquelle ttait monte le filet plat par un conduit en forme de tronc de c6ne d'une longueur de 8,5 pieds (2,60 m) et ayant 16 pouces
(40 cm) de diamktre
A
son admission et29 pouces (73,6 cm) de diamktre a I'autre extremite (figure lb). On a remplace les quatre tuykres a c6ne complet par une seule tuytre ayant un angle de pulvbrisation d'environ 90" et on a monte a l'extremite du conduit un filet de nylon de forme pyramidale, au moyen d'un adaptateur de contreplaqd. Le premier filet de cette forme avait une base carree de 29 pouces (73,6 cm) de c6tC et une pente egalement de 29 pouces. On le designera donc sous l'appellation filet 29/29.
Le taux de production de mousse a etC satisfaisant jusqu'a une vitesse d'air moyenne au filet d'environ 300 pieds par minute (91,44 m / m ) correspondaqt a une vitesse d'air au conduit d'environ
750 pieds par minute (228,60 m/mn). On a fait d'autres experiences avec des filets de plus grande pente 29/43 24/52). La production de mousse a ete satisfaisante lorsque la vitesse d'air au conduit a ete portee A 1800 pieds par minute (548,64 m / m ) , correspondant une vitesse d'air au filet de 330 pieds par minute (100,58 m/mn). On pouvait encore obtenir un rendement aussi eleve que 65
%,
malgre un mauvais debit d'agent moussanta
l'extremite du c6ne. L'une des objections qui a souvent btb soulevee contre I'emploi de moussea
haute expansion est que 1'6quipement necessaire est trks encombrant. Comme la forme du filet affecte de manikre certaine la production de mousse, on a etudiir de plus prks I'influence de ce paramttre. On a admis que la vitesse maximum de I'air envoyt dans un conduit pour produire de f a ~ o n satis- faisante de la mousse A haute expansion etait de 1800 pieds par minute(548,64 m/mn). Le tableau I1 indique la capacite de formation de mousse de conduits de diamttres differents, pour un filet de 24/52.
Ainsi, mCme avec un filet de forme simple c o m e celui utilise, on a pu obtenir des taux de production de
Suite, page suivante, col. I
bei gleichzeitig recht kleinen Leitungen. Es kann angenommen werden, dass weitere Verbesserungen in der Schaum- bildungsleistung fiir eine gegebene Leitungsgrosse erzielt werden konnen, indem andere Netzformen gewahlt werden.
Schlussfolgerungen
1. Drei neue ScMummittel zeigten sowohl bei Laborversuchen als auch bei Betriebsgeraten zufriedenstellende Ergebnisse. Diese Mittel empfehlen sich zur Herstellung von stark blahendem Schaum zur Feuerbekampfung. Sie sind : Schaummittel Nr. 1, Natrium Lauryl
Sulphate plus Butyl Carbitol oder andere geeignete Losungsmittel. Schaumittell Nr. 2, Kokosnussoil mit
fliissiger Seife auf Kaliurnhydroxyd- basis.
Schaummittel Nr. 3, Ammonium Lauryl Sulphate plus Sauryl Alkohol.
2. Hohe Schaumbildungsleistungen in einer gegebenen Leitung konnen dadurch erzielt werden, dass:
die mittlere Luftgeschwindigkeit am Netz etwa 91 m pro Minute betragt. Der Fliissigkeitsdurchsatz betragt etwa
3,7 liter je 5,6 m 2 je Minute Luft, bei
Schaummittelkonzentrationen nahe O~timum.
~ a b k i mu& die verspriihte Fliissigkeit das Netz so gleichmassig wie moglich benetzen.
3. Aufgrund der in diesem Bericht gemachten Angaben kann ein Schaum- erzeugungsgerat entwickelt werden. Die geforderte Schaumbildungsleistung be- stimmt dabei die Luftmenge, die ihrerseits mit der Losungsmenge, der Netzgrosse und der Leitungsgrosse ver- kniipft ist. Diese Werte bestimmen die Masse des Schaumerzeugungsgerates.
Dieser Bericht ist ein Beitrag der Abteilung fiir Bauforschung und ist mit Genehmigunq des Direktors der Ab teilung freigegeben worden.
Quellennachweis, nPchste Seite, Spalte I (Furs)
(Suite de la page pre'ce'dente, col. 2) mousse assez Cleves avec de petits conduits. On pense qu'il devrait &tre possible d'amkliorer le taux de produc- tion de mousse pour un conduit de dimensions donnees en Ctudiant d'autres formes de filet.
Conclusions
1. On recommande de considerer trois nouveaux agents moussants ayant donne des resultats satisfaisants tant au cours d'essais en laboratoire que d'experiences faites avec de l'tquipement operationnel. Ce sont :
Agetit No 1, sulfate lauryl de sodium plus butyl carbitol ou un autre solvant approprie.
Agent No 2, savon liquide base de potasse caustique a I'huile de coco. Agent No 3, sulfate lauryl d'amrnonium
plus alcool lauryl.
2. On peut obtenir un taux elevt de production de mousse par un conduit donne en s'assurant que:
La vitesse d'air moyenne au filet est d'environ 300 pieds par minute
(9 1,44 m/mn).
L'ecoulement de solution est d'environ 1 gpm (3,7 iitres par minute) par 200 pieds cubes par minute (5660 litreslmn) d'air, avec des concentrations d'agent moussant approchant des concentra- tions optima.
La solution pulvCrisee doit humecter le filet aussi uniformement que possible. 3. On pourrait mettre au point un generateur a mousse sur la base des renseignements donnes dans ce Tapport. On se basera sur la capacite de formation de mousse requise pour determiner le debit d'air, qui i son tour depend de I'ecoulement de la solution et des dimen- sions du filet et du conduit. Ces donnees dttermineront les dimensions du genera- teur i mousse.
REFERENCES
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Ce rapport est une cotrtribution de la Division des Recherches en construction et il est soumis uvrc I'approbation du Directeur de la Division.
