CC BY
38
| SCIENCE TIME |
il^1 ^jlil КОНСТРУКЦИИ ВЗРЫВОЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ Кочетов Олег Савельевич, Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники, г. Москва E-mail: o kochetov@mail.ru
Аннотация. В работе рассмотрена методика расчета размеров сбросных отверстий и проемов в зависимости от взрывных нагрузок на технологическое оборудование, здания и сооружения при воздействии внешних и внутренних аварийных, взрывоопасных факторов.
Ключевые слова: взрывные нагрузки, технологическое оборудование, здания и сооружения, взрывозащитное устройство, сбросное отверстие, проем, скорость распространения пламени.
При конструировании взрывозащитных устройств прежде всего необходимо провести расчет требуемой площади проходного сечения проема взрывозащитного устройства для сброса давления взрыва. При этом следует выполнить следующее условие: повышение давления в защищаемом объеме при горении среды должно быть полностью компенсировано снижением давления вследствие истечения газов через сбросное отверстие, для этого необходимо удалять в еди-ницу времени из объема количество газов, определяемое формулой [1-12]
О = Еиг(е - 1), (1)
где Б - поверхность фронта пламени; и - нормальная скорость распространения фронта пламени; г - плотность удаляемого газа; е - степень расширения газов при сгорании.
Величины Б, г и е в процессе сгорания и изменения давления также
изменяются, но зададимся значением этих величин для наиболее опасного случая, отмечая эти величины индексом т,
бт = БтИГтСет- 1).
Предельное значение плотности газа можно выразить формулой:
Гт = Го(Рт/РоУЧ
(2)
(3)
где Р - абсолютное значение давления в защищаемом объеме; § =СР/Су -показатель адиабаты; СР и Су - средние теплоемкости газов соответственно при постоянном давлении и постоянном объеме; индекс «о»
При адиабатическом сжатии го-рючего газа в процессе развития взрыва величину ет можно выразить в зависимости от давления в соответствии с уравне -нием:
ет = 1 + (ео-1)(Рт /Ро)(Н)/ё
(4)
Рис. 1 Общая схема взрывозащитного производственного здания
Рис. 2 Схема предохранительной разрушающейся конструкция ограждения
зданий
Рис. 3 Характер изменения давления Эр от времени 1 при горении горючих смесей внутри помещения: 1 - динамика изменения давления для помещений с проемами; 2 - динамика изменения давления для помещений с предохранительной разрушающейся конструкцией
На рис.1 представлена общая схема взрывозащитного производственного здания, состоящего из, расположенного на слое грунта, фундамента, на котором установлено взрывоопасное и пожароопасное оборудование [4,5], на рис.2 дана схема предохранительной разрушающейся конструкции. Разрушающаяся часть 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 ё = 20 мм [13,15,16,17,18].
Для большинства газо-воздушных смесей (ГВС) максимальное давление взрыва в замкнутом объеме ртах при т= 1 составляет 0,7Д,0 МПа т. е. в 6з9 раз превышает атмосферное давление. Такое давление создает нагрузку, существенно превышающую несущую способность конструкций (стен,
| SCIENCE TIME |
перекрытий) промышленных зданий. Очевидно, что такое большое давление допускать нельзя. Для этого при разработке проекта производства предусматриваются проемы. На рис.3 представлен характер изменения давления Эр от времени t при горении горючих смесей внутри помещения: Эрвск -давление, вызывающее вскрытие предохранительных
Углубления в стене здания заполнены тепло-звукопоглощающим материалом 10 и закрыты декоративной, легко разрушающейся при взрыве, панелью 11, что позволяет сохранить теплоизоляцию здания и комфортность нахождения персонала в нем.
Получена формула для определения потребной площади таких проемов:
f = 4 3/^^ fj£-1)
л/АРдоп
"2
Где Vo - свободный объем помещения, м ;
a — коэффициент интенсификации горения;
Wh - нормальная скорость распространения пламени стехиометрического состава, м/с;
-з
r - плотность газов , истекающих из проемов, кг/м ;
e - степень теплового расширения продуктов сгорания;
Эрдоп - допускаемое давление в помещении (5 кПа).
Использование предложенного технического решения позволяет осуществить предотвращение взрывоопасных объектов от разрушения и снижение поступления вредных веществ в атмосферу при аварийном взрыве.
На рис.4 представлена схема противовзрывной панели покрытия (или кровли) взрывоопасного объекта [14,19-24].
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.
в смеси
Рис. 4 Схема противовзрывной панели покрытия здания
К торцам опорных стержней 4, к которым приварены листы-упоры 5, со стороны, обращенной к металлическому каркасу 1 с бронированной металлической обшивкой 2, прикреплены дополнительные элементы 10, демпфирующие воздействие ударной волны.
Дополнительные элементы 10 могут быть выполнены из эластомера, например полиуретана. Дополнительные элементы 10 могут быть выполнены комбинированными (на чертеже не показано), например упруго-демпфирующими в виде упругого элемента, например пружины, заполненной полиуретаном.
Противовзрывная панель работает следующим образом.
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.
Использование предложенного технического решения позволяет осуществить предотвращение взрывоопасных объектов от разрушения и снижение поступления вредных веществ в атмосферу при аварийном взрыве.
«
I
SCIENCE TIME
I
Литература:
1. Кочетов О.С. Методика расчета требуемой площади сбросного отверстия взрывозащитного устройства // Пожаровзрывобезопасность. - 2009. - №6. - С.41-
2. Гетия С.И., Кочетов О.С. Эффективность взрывозащитных устройств в технологических процессах. М.: МГУПИ, «Вестник МГУПИ», серия «Машиностроение», № 24, 2009. С.92-104.
3. Кочетов О.С. Расчет взрывозащитных устройств. Журнал «Безопасность труда в промышленности», № 4, 2010, стр.43-49.
4. Баранов Е.Ф., Кочетов О.С. Расчет взрывозащитных устройств для объектов водного транспорта / Речной транспорт (CCI век). № 3, - 2010. - С.66-71.
5. Кочетов О.С. Расчет конструкций взрывозащитных устройств. Интернет-журнал "Технологии техносферной безопасности" (http://ipb.mos.ru/ttb). Выпуск № 3 (49), 2013 г.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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. С. 78-80.
10. 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.
11. Кочетов О.С. Расчет взрывозащитных устройств // Science Time. - 2014. - № 10(10). - C. 218-228.
12. Кочетов О.С., Ходакова Т.Д., Стареева М.О. Расчет параметров
47.
»
| SCIENCE TIME |
взрывозащитных устройств // Science Time. - 2015. №2(14). - C. 112-119.
13. Кочетов О. С., Стареева М.О., Стареева М.М. Предохранительная разрушающаяся конструкция ограждения зданий // Патент РФ на изобретение № 2517418. Опубликовано 27.05.2014. Бюллетень изобретений №2 15.
14. Кочетов О.С., Стареева М.О., Стареева М.М. Противовзрывная панель // Патент РФ на изобретение № 2517263. Опубликовано 27.05.2014. Бюллетень изобретений № 15.
15. Кочетов О.С., Стареева М.О., Стареева М.М. Устройство для защиты зданий и сооружений с помощью разрушающихся элементов конструкций // Патент РФ на изобретение № 2517331. Опубликовано 27.05.2014. Бюллетень изобретений N2
15.
16. Кочетов О.С., Стареева М.О., Стареева М.М. Способ взрывозащиты производственных зданий // Патент РФ на изобретение № 2520662. Опубликовано 27.06.2014. Бюллетень изобретений №2 18.
17. Кочетов О.С., Стареева М.О., Стареева М.М. Стенд для подбора толщины ограждения, предназначенного для защиты от осколков взрывного характера // Патент РФ на изобретение № 2513879. Опубликовано 20.04.2014. Бюллетень изобретений № 11.
18 Кочетов О.С., Стареева М.О., Стареева М.М. Взрывозащитная разрушающаяся конструкция ограждения зданий // Патент РФ на изобретение № 2522842. Опубликовано 20.07.2014. Бюллетень изобретений №2 20.
19. Кочетов О.С., Стареева М.О., Стареева М.М. Амортизатор для взрывозащитных элементов зданий // Патент РФ на изобретение № 2523326. Опубликовано 20.07.2014. Бюллетень изобретений №2 20.
20. Кочетов О.С., Стареева М.О., Стареева М.М. Амортизатор одноразового действия // Патент РФ на изобретение № 2524712. Опубликовано 10.08.2014. Бюллетень изобретений № 22.
21. Кочетов О.С., Стареева М.О., Стареева М.М. Амортизатор одноразового действия с разрушающимися элементами // Патент РФ на изобретение № 2526109. Опубликовано 20.08.2014. Бюллетень изобретений №2 23.
22. Кочетов О. С., Стареева М.О., Стареева М.М. Противовзрывная панель типа КСС // Патент РФ на изобретение № 2522587. Опубликовано 20.07.2014. Бюллетень изобретений № 20.
23. Кочетов О.С., Стареева М.О., Стареева М.М. Противовзрывная панель Кочетова // Патент РФ на изобретение № 2519065. Опубликовано 10.06.2014. Бюллетень изобретений № 16.
24. Кочетов О.С., Стареева М.О., Стареева М.М. Противовзрывная панель // Патент РФ на изобретение № 2521687. Опубликовано 10.07.2014. Бюллетень изобретений № 19.
