CC BY
33
I
SCIENCE TIME
I
ВЗРЫВОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА С РАЗРУШАЮЩИМИСЯ ЭЛЕМЕНТАМИ
Кочетов Олег Савельевич, Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники, г. Москва
E-mail: o_kochetov@mail.ru
Аннотация. В работе рассмотрены следующие взрывозащитные конструкции для производственных зданий и сооружений: предохранительная разрушающаяся конструкция для ограждения зданий и упруго-демпфирующийся разрушающийся элемент одноразового действия для противовзрывной панели покрытия здания.
Ключевые слова: взрывные нагрузки, здания и сооружения, предохранительная разрушающаяся конструкция, противовзрывная панель.
При создании взрывозащитных устройств необходим расчет требуемой площади проходного сечения проема для сброса избыточного давления взрыва. При этом обязательным условием является: повышение давления в защищае-мом объеме при горении среды должно быть полностью ком-пенсировано снижением давления вследствие истечения газов через сбросное отверстие, т.е. необходимо удалять в еди-ницу времени из объема количество газов, определяемое формулой [1-12]
G = Fur(e - 1),
(1)
где F - поверхность фронта пламени; и - нормальная скорость распространения фронта пламени; г - плотность удаляемого газа; е - степень расшире-ния газов при сгорании.
На рис.1 представлена схема предохранительной разрушающейся конструкция для ограждения зданий [4,5]. 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, перекрытий) промышленных зданий. Очевидно, что такое большое давление допускать нельзя. Для этого при разработке проекта производства предусматриваются проемы. На рис.2 представлен характер изменения давления Dр от времени 1 при горении горючих смесей внутри помещения: Dрвск -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.
Рис. 1 Схема предохранительной разрушающейся конструкция
ограждения зданий
Рис. 2 Характер изменения давления Dр 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.
Получена формула (2) для определения потребной площади таких проемов:
(2)
^ =
у1АРдоп
"2
Где Уо - свободный объем помещения, м ;
а — коэффициент интенсификации горения;
^^ - нормальная скорость распространения пламени в смеси стехиометрического состава, м/с;
г - плотность газов , истекающих из проемов, кг/м ;
е - степень теплового расширения продуктов сгорания;
DрдOп - допускаемое давление в помещении (5 кПа).
На рис.3 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. разрушающегося элемента Для того, чтобы сдемпфировать (смягчить)
1 SCIENCE TIME 1
ударные нагрузки при возврате панели наполнитель выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, а на случай аварии предусмотрен разрушающийся элемент 10.
8
Рис. 3 Схема противовзрывной панели покрытия здания
16
Рис. 4 Схема упруго-демпфирующегося разрушающегося элемента одноразового действия
Упруго-демпфирующийся разрушающийся элемент 10 одноразового действия (рис.4) крепится на опорных стержнях 4 к листам-упорам 5 посредством демпфирующего основания 11 винтами 12. К основанию 11, коаксиально стержню 4, прикреплена посредством фланца 14 винтами 15 втулка 13 одноразового действия, выполненная из хрупкого, разрушающегося материала, например фарфора. Упругая часть разрушающегося элемента 10 выполнена в виде, по крайней мере, трех листовых рессор 19, размещенных
1 SCIENCE TIME 1
между листами-упорами 5 и зажимным элементом 17 втулочного типа с канавками 18 для фиксации одного конца рессор 19, при этом второй конец каждой рессоры 19 посредством шарниров 20 закреплен на листах-упорах 5, а рессоры 19 расположены с наклоном порядка 15°^45° в сторону упругодемпфирующего разрушающегося элемента 15 одноразового действия.
Сборка упруго-демпфирующегося разрушающегося элемента 10 одноразового действия осуществляется в следующей последовательности. К стержню 4, перпендикулярно его оси, приваривается лист-упор 5, после чего к нему винтами 12 крепится основание 11, имеющее канавки (на чертеже не показано) для установки одного из концов листовых рессор 19, на шарниры 20. После чего, на стержне 4, устанавливается втулка 13, выполненная из хрупкого, разрушающегося материала, которая поджимается по резьбовому участку 16 зажимным элементом 17 втулочного типа с канавками 18 для одновременной фиксации другого конца листовых рессор 19. Таким образом, разрушающийся элемент 10 готов к установке на противовзрывную панель.
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.
Литература:
1. Кочетов О.С. Методика расчета требуемой площади сбросного отверстия взрывозащитного устройства. Журнал «Пожаровзрывобезопасность», № 6, 2009,
1 SCIENCE TIME 1
стр.41-47.
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 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 № 15.
1 SCIENCE TIME 1
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 №
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 № 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 № 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 № 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 № 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.
