CC BY
36
SCIENCE TIME
РАСЧЕТ ВЗРЫВОЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ С ПРОТИВОВЗРЫВНОЙ ПАНЕЛЬЮ
Кочетов Олег Савельевич, Московский государственный университет приборостроения и информатики, г. Москва
E-mail: o_kochetov@mail.ru
Аннотация. В работе рассмотрена методика расчета взрывных нагрузок на технологическое оборудование, здания и сооружения при 0 воздействии внешних и внутренних аварийных, взрывоопасных факторов. • Приводятся конструкции разработанных средств для обеспечения взрывопожаробезопасной работы оборудования в технологических цепочках современного производства. Исследованы параметры предложенных
конструкций взрывозащитного устройства.
Ключевые слова: взрывные нагрузки, технологическое оборудование, здания и сооружения, взрывозащитное устройство, сбросное отверстие, скорость распространения пламени.
Производственные помещения чаще всего имеют форму прямоугольного параллелепипеда (рис.1). Если размеры такого помещения обозначить А, В и С, причем А£В£С, то в случае инициирования горения в геометрическом центре объема максимальную поверхность фронта пламени можно выразить [1-8]:
F0m = рАВ,
Она не зависит от размера С и определяется только площадью поперечного сечения здания.
Степень расширения газов e при сгорании по существу представляет собой отношение температуры продуктов сгорания к температуре горючей смеси, и поэтому ее легко вычислить по тепловому эффекту химической реакции горения. Для практических инженерных расчетов значительно более удобно пользоваться не величиной e, а функционально связанной с ней степенью повышения давления при взрыве в замкнутом объеме:
n=1+g(e-1),
178
о
Щ SCIENCE TIME Щ
Она входит в перечень так называемых стандартных параметров пожаровзрывоопасности веществ, определяется экспериментально и содержится в справочной литературе [1].
Один из вариантов предохранительной разрушающейся конструкции в виде противовзрывной панели представлен на рис.3, и предназначен для безфонарных зданий [9-16].
С учетом того, что связь между n и e0 устанавливается зависимостью: e0 -1= (n-1)/g, то расчетные формулы для определения площади сбросных отверстий в окончательном виде можно записать нижеследующим образом [2, с.45]:
- для докритического режима истечения:
о
5 >
хКи {у-1)
ау
3 / у-1
V P J
2 у
2 RT
Г Л
M
\Г-1)
( 2 у+1 ^
ffr
(1)
о
- для надкритического режима истечения:
5 >
Хру (v -1)
( рЛ т 2 ^ rRT0 ( 2 ^
р \г0 J i M yT + 1 у
\(г+1)/(г-1)
ау
Рис. 1 Общая схема взрывозащитного производственного здания
(2)
о
179
о
Щ SCIENCE TIME Щ
Полученные расчетные формулы можно использовать как в расчете взрывных клапанов и мембран для взрывозащиты технологического оборудования, так и в расчете легкосбрасываемой кровли и вышибных проемов для взрывозащиты зданий.
Причем, в оборудовании могут реализоваться оба режима истечения газов в зависимости от его прочности (давление Рт) и места сброса газов (давление P0), а при взрывозащите зданий практически всегда допустим только докритический режим истечения, и поэтому для зданий следует пользоваться формулой (1).
На рис.3 приведена одна из конструкций противовзрывной панели для покрытия (или кровли) взрывоопасного или радиоактивного объекта.
Противовзрывная панель состоит из бронированного металлического каркаса 1 с бронированной металлической обшивкой 2 и наполнителем -свинцом 3. В покрытии объекта 7 у проема 8 симметрично относительно оси 9 заделаны четыре опорных стержня 4, телескопически вставленные в неподвижные патрубки-опоры 6, заделанные в панели. Для фиксации предельного положения панели к торцам опорных стержней 4 приварены листы-упоры 5. Для того, чтобы сдемпфировать (смягчить) ударные нагрузки при возврате панели наполнитель выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни 4 выполнены упругими.
Дополнительные элементы 10 могут быть выполнены из эластомера, например, полиуретана, или комбинированными, например,
упругодемпфирующими в виде упругого элемента, например, пружины, заполненной полиуретаном.
Возможен вариант, когда в качестве упругого элемента комбинированных дополнительных элементов 10, демпфирующих воздействие ударной волны, используется коническая пружина 11, нижнее основание которой упирается в листы-упоры 5 и закреплено на них посредством заполнения полиуретаном, а верхнее основание обращено в сторону бронированной металлической обшивки
2. Такая схема позволяет плавно сжиматься упругому элементу при возрастании избыточного давления взрывной волны.
Разрушающаяся часть взрывозащитного устройства (рис.4) выполнена в виде двух коаксиально расположенных ниш (углублений в стене здания), одна из которых, внешняя образована плоскостями 1, 2, 3, 4 правильной
четырехугольной усеченной пирамидой с прямоугольным основанием, а другая -внутренняя представляет собой две наклонные поверхности 5 и 6, соединенные ребром 7, с образованием паза, при этом толщина стены от ребра 7 до внешней поверхности ограждения 8 здания должна быть не менее = 20 мм.
Противовзрывная панель работает следующим образом.
180
о
Щ SCIENCE TIME Щ
При взрыве внутри производственного помещения (на чертеже не показано) происходит подъем панели от воздействия ударной волны и через открытый проем 8 сбрасывается избыточное давление. После взрыва и спада избыточного давления, опустившись, панель перекрывает проем 8 и вредные вещества не поступают в атмосферу. Для фиксации предельного положения панели служат листы-упоры 5. Для того, чтобы сдемпфировать (смягчить) ударные нагрузки при возврате панели наполнитель металлического каркаса 1 выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни 4 выполнены упругими. Кроме того, дополнительные элементы 10, оказывают демпфирующее воздействие ударной волне.
На ПЭВМ в компьютерной среде «Excel» были установлены зависимости (рис.2, рис.5) для определения диаметра сбросного отверстия взрывного клапана для защиты цилиндрического сосуда диаметром D =1,8 м и высотой Н = 4 м от взрыва паров ацетона, а также выявлена закономерность изменения диаметра сбросного отверстия от скорости распространения пламени.
о
Зависимость диаметра сбросного отверстия от диаметра сосуда y = 0,2313x - 0,0009 п о
и,и 2 „ п 7 . ,5
к °,7 S н ^ 0 6-
О, 0,0 О) 03 t ПС.
О 0,5 О L. О п А .
I 0,4 О О ^ г\ о _
ю 0,3 О £"02-
й 0,2 2 (0
■! 0,1 - 0 -
0, 5 1, Диам 52 етр сосу 2, да, м 53 3
о
Рис. 2 Зависимость диаметра сбросного отверстия от диаметра сосуда
181
а
о
SCIENCE TIME
Рис. 3 Конструкция противовзрывной панели
о
о
Рис. 4 Схема предохранительной разрушающейся конструкции ограждения зданий
При анализе полученных результатов были выявлены нижеследующие закономерности.
1. Зависимость диаметра сбросного отверстия от диаметра защищаемого сосуда определяется как линейная и характеризуется следующей, полученной в результате аппроксимации формулой:
d = 0,2313D-0,0009 .
2. Зависимость изменения диаметра сбросного отверстия от скорости распространения пламени характеризуется следующей, полученной в результате аппроксимации степенной зависимостью:
d = 0,636u0 5017 .
182
о
Щ SCIENCE TIME Щ
Рис. 5 Зависимость изменения диаметра сбросного отверстия взрывного клапана от скорости распространения пламени паров ацетона
Литература:
1. Методика расчета нагрузок на здания и сооружения при воздействии внешних аварийных дефлаграционных взрывов. Мишуев А. В., Хуснутдинов Д. 3. -М.: МИСИ, НТЦ «Взрывоустойчивость», 2004. - 65 с.
2. Кочетов О.С. Методика расчета требуемой площади сбросного отверстия взрывозащитного устройства. Журнал «Пожаровзрывобезопасность», № 6, 2009, стр.41-47.
3. Гетия С.И., Кочетов О.С. Эффективность взрывозащитных устройств в технологических процессах. М.: МГУПИ, «Вестник МГУПИ», серия «Машиностроение», № 24, 2009. С.92-104.
4. Кочетов О.С. Расчет взрывозащитных устройств. Журнал «Безопасность труда в промышленности», № 4, 2010, стр.43-49.
5. Баранов Е.Ф., Кочетов О.С.Расчет взрывозащитных устройств для объектов водного транспорта / Речной транспорт (CCI век). № 3, - 2010. С.66-71.
6. Кочетов О.С. Расчет конструкций взрывозащитных устройств. Интернетжурнал "Технологии техносферной безопасности" (http://ipb.mos.ru/ttb). Выпуск № 3 (49), 2013 г.
183
а
о
Щ SCIENCE TIME Щ
7. Кочетов О.С., Новиков В.К., Баранов Е.Ф., Маслов И.В. Повышение взрывобезопасности на объектах водного транспорта // Речной транспорт (CCI век). № 2, - 2014. С. 40-43.
8. Кочетов О.С.Теоретические исследования развития взрыва в замкнутых и полузамкнутых объемах // Научные аспекты глобализационных процессов:сборник статей Международной научно-практической конференции (23 сентября 2014 г.,г.Уфа).-Уфа:РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2014.-100с.С. 7-
13.
9. Кочетов О.С. Методика стендовых испытаний взрывозащитных мембран// Техника и технологии: Пути инновационного развития [Текст]: Сборник научных трудов 4-ой Международной научно-практической конференции (30 июня 2014 г.) / редкол.:Горохов А.А. (отв.Ред.);Юго-Зап.гос .ун-т.Курск, 2014.271с., С. 166-173.
10. Кочетов О.С. Исследование эффективности взрывозащитных устройств// Современное общество, образование и наука: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции 30 июня 2014 г.: в 9 частях. Часть 5. Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2014. 164с.
6 С. 78-80.
11. Кочетов О.С. Способ взрывозащиты производственных зданий// Современное общество, образование и наука: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции 30 июня 2014 г.: в 9 частях. Часть 5. Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2014. 164с. С. 80-82.
12. Oleg S. Kochetov. Research of Parameters of Explosion-Proof Devices// European Journal of Technology and Design. Vol. 5, No. 3, pp. 123-134, 2014.
13. Кочетов О.С. Расчет взрывозащитных устройств // Science Time. - 2014.— №10 (10).— C. 218-228.
14. Кочетов О.С., Ходакова Т.Д., Стареева М.О. Расчет параметров взрывозащитных устройств // Science Time. - 2015.—№ 2 (14).—C. 112-119.
15. Кочетов О.С. Методика расчета проемов для взрывозащитных устройств // Science Time. - 2015.—№ 4 (16).—C. 406-411.
16. Кочетов О.С. Конструкции взрывозащитных устройств // Science Time. -2015.—№ 8 (20).—C. 75-81.
184
