Результат интеллектуальной деятельности: СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взврывозащиты технологического оборудования.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является способ определения эффективности взрывозащитного устройства по а.с. СССР №593019, F16D 3/04, 1976 г. (прототип), в котором испытывают корпус клапана, затвор, теплоизолирующий и разрывной элементы.

Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность срабатывания разрывной мембраны.

Технический результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов путем увеличения быстродействия и надежности срабатывания разрывных элементов.

Это достигается тем, что в стенде для определения эффективности предохранительных конструкций содержится размещенный в испытательном боксе макет взрывоопасного объекта с установленным в нем взрывным осколочным элементом с инициатором взрыва, защитный чехол и поддон, при этом чехол с поддоном представляют собой единую замкнутую конструкцию, образованную вокруг макета взрывоопасного объекта, а макет оборудован транспортной и подвесной системами, при этом защитный чехол выполнен многослойным и состоящим из обращенного внутрь к макету алюминиевого слоя, затем резинового и перкалевого слоев, а подвесная система состоит из комплекта скоб и растяжек, размещенных на защитном чехле, а также необходимого количества анкерных крюков в потолке, стенах и полу испытательного бокса, а внутри макета взрывоопасного объекта, по его внутреннему и внешнему периметрам, установлены видеокамеры видеонаблюдения, выполненные во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер соединены с блоком записывающей и регистрирующей аппаратуры, выход которого соединен с блоком анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов, причем в потолочной части макета выполнен проем, который закрыт взрывозащитным элементом, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях, один конец каждого из которых жестко вмонтирован в потолок макета, а на втором имеется горизонтальная перекладина, между взрывным осколочным элементом и проемом, выполненным в потолочной части макета, и закрытым взрывозащитным элементом, по фронту движения взрывной волны установлен трехкоординатный датчик давления во взрывозащитном исполнении, выход которого соединен со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, причем по обе стороны от датчика давления расположены датчики температуры и влажности, контролирующие термовлажностный режим в макете, выходы которых также соединены со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, а внутренние и внешние поверхности ограждений макета обклеены тензодатчиками, выходы которых также соединены со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры.

На фиг. 1 показана принципиальная схема стенда для определения эффективности предохранительных конструкций, на фиг. 2 представлен вариант противовзрывной панели.

Стенд для определения эффективности предохранительных конструкций содержит макет 1 взрывоопасного объекта с установленным в нем взрывным осколочным элементом 14 с инициатором взрыва 13, защитный чехол 2 и поддон 3, при этом чехол с поддоном представляют собой единую замкнутую конструкцию, образованную вокруг макета 1 взрывоопасного объекта, размещенного в испытательном боксе 8. Кроме того, макет 1 оборудован транспортной 6 и подвесной 5 системами, а защитный чехол 2 выполнен многослойным и состоящим из обращенного внутрь к макету 1 алюминиевого слоя, затем резинового и перкалевого слоев. Подвесная система состоит из комплекта скоб и растяжек 5, размещенных на защитном чехле, а также необходимого количества анкерных крюков (петель) в потолке, стенах и полу испытательного бокса 8. Транспортная система 6 предназначена для удаления разрушенного макета 1 после проведения испытаний из испытательного бокса 8 вместе с защитным чехлом 2.

Транспортная система представляет собой тележку с дышлом. На раме тележки крепятся проставки, на которые устанавливаются и крепятся поддон и макет 1. Внутри макета 1 взрывоопасного объекта, по его внутреннему и внешнему периметрам, установлены видеокамеры 7 и 4 видеонаблюдения за процессом развития ЧС, смоделированной посредством взрывного осколочного элемента 14 с инициатором взрыва 13, причем видеокамеры 4 и 7 выполнены во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер через внутреннюю полость проставок 10 соединены с блоком 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры, выход которого соединен с блоком анализаторов 18 записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете 1 взрывоопасного объекта.

В потолочной части макета 1 выполнен проем 15, который закрыт взрывозащитным элементом 16, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях 19, один конец каждого из которых жестко вмонтирован в потолок макета 1, а на втором имеется горизонтальная перекладина. Между взрывным осколочным элементом 14 и проемом 15, выполненным в потолочной части макета 1, и закрытым взрывозащитным элементом 16, по фронту движения взрывной волны установлен трехкоординатный датчик давления 9 во взрывозащитном исполнении, выход которого соединен со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. По обе стороны от датчика давления 9 расположены датчики температуры 20 и влажности 21, контролирующие термовлажностный режим в макете 1, выходы которых также соединены со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. Внутренние поверхности ограждений макета 1 обклеены тензодатчиками 12 (тензорезисторами), а внешние - тензодатчиками 11, выходы которых также соединены со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. После проведения подготовительных к подрыву операций с макетом 1 и взрывным осколочным элементом 14 с инициатором взрыва 13, выведения и герметизации коммуникаций и подсоединения соответствующих электрических цепей чехол монтируется вокруг макета 1, герметично соединяется с поддоном и растягивается с помощью подвесной системы, образуя замкнутое герметичное пространство (объем) вокруг макета 1.

Инициатором взрыва 13 взрывного осколочного элемента 14 могут быть использованы горючие жидкости. Уравнение окисления стехиометрической смеси:

,

где - количество молей кислорода; - количество молей азота, углекислоты и воды Q - теплота сгорания, ккал/(кг⋅моль).

Если принять, что вся теплота сгорания реакции окисления идет только на нагрев продуктов сгорания, то температуру взрыва T_взр (адиабатическая температура горения) можно определить из теплового баланса реакции окисления стехиометрической смеси:

где - теплоемкости продуктов сгорания при температуре взрыва.

Принимаем при T_взр, равной 2000°C:

Расчет необходимого количества взрывчатого вещества, например горючей жидкости (ацетона C₃H₆O), для создания стехиометрической концентрации в помещении определяется по формуле

где M - молекулярный вес жидкости; V_К - объем помещения, л; V_В - объем воздуха, необходимый для полного сгорания одной молекулы горючей жидкости, л.

где P_бар - барометрическое давление, мм рт.ст.; V_o=22,4 л - объем грамм-молекулы воздуха при 0°C и давлении 760 мм рт.ст.,

объем (см³) горючей жидкости

где ρ - плотность жидкости, г/см³.

Стенд для определения эффективности предохранительных конструкций работает следующим образом.

В испытательном боксе 8 устанавливают макет 1 взрывоопасного объекта, а по его внутреннему и внешнему периметрам устанавливают видеокамеры 7 и 4 видеонаблюдения за процессом развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте, которую моделируют посредством установки в макете 1 взрывного осколочного элемента 14 с инициатором взрыва 13, при этом видеокамеры 4 и 7 выполняют во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер через внутреннюю полость проставок 10 соединяют с блоком 17, и производят запись и регистрацию протекающих процессов изменения технологических параметров в макете 1, после чего регистрируют посредством системы анализаторов 18 записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете 1 взрывоопасного объекта.

В потолочной части макета 1 выполняют проем 15, который закрывают взрывозащитным элементом 16, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях 19, один конец каждого из которых жестко фиксируют в потолке макета 1, а на втором крепят горизонтальную перекладину. Между взрывным осколочным элементом 14 и проемом 15 устанавливают трехкоординатный датчик давления 9 во взрывозащитном исполнении, выход которого соединяют со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры, а по обе стороны от датчика давления 9 располагают датчики температуры 20 и влажности 21, контролирующие термовлажностный режим в макете 1, выходы которых также соединяют со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры.

Внутренние поверхности ограждений макета 1 обклеивают тензодатчиками 12 (тензорезисторами), а внешние - тензодатчиками 11, выходы которых также соединяют со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. После обработки полученных экспериментальных данных составляют математическую модель, прогнозирующую аварии на взрывоопасном объекте.

Противовзрывная панель (фиг. 2) состоит из бронированного металлического каркаса 19 с бронированной металлической обшивкой 20 и наполнителем - свинцом 21. В покрытии объекта 25 у проема 26 симметрично относительно оси 27 заделаны четыре опорных стержня 22, телескопически вставленных в неподвижные патрубки-опоры 24, заделанные в панели. Для фиксации предельного положения панели к торцам опорных стержней 22 приварены листы-упоры 23. 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 22 могут быть выполнены упругими.

Наполнитель может быть выполнен по форме в виде шарообразной крошки одного диаметра; в виде шарообразной крошки разного диаметра. Наполнитель может быть выполнен в виде крошки произвольной формы разного диаметрального (максимального по внешнему, произвольной формы, контуру крошки) размера.

Противовзрывная панель служит для фиксации предельного положения панели при взрывной нагрузке. К торцам опорных упругих стержней 22 с листами-упорами 23 прикреплен демпфирующий элемент 28 (фиг. 2), предназначенный для демпфирования ударных нагрузок панели о листы-упоры 23.

Демпфирующий элемент 28 прикреплен оппозитно панели и направлен в ее сторону, т.е. навстречу ее движению во время взрыва.

Демпфирующий элемент 28 выполнен в виде объемного тела с внутренней полостью и поверхностями, эквидистантными поверхностям панели, при этом его внутренняя полость заполнена дисперсной системы воздух-свинец, а свинец выполнен в виде крошки шарообразной формы.

Противовзрывная панель работает следующим образом.

При взрыве внутри производственного помещения (на чертеже не показано) происходит подъем панели 19 от воздействия ударной волны и через открытый проем 28 сбрасывается избыточное давление.

При взрывном движении вверх панели по упругим стержням 22 она встречает на своем пути демпфирующий элемент 28, при взаимодействии с котором происходит гашение энергии взрыва.

После взрыва и спада избыточного давления, опустившись, панель перекрывает проем 26 и вредные вещества не поступают в атмосферу. Для фиксации предельного положения панели служат листы-упоры 23. Для того чтобы сдемпфировать (смягчить) ударные нагрузки при возврате панели, наполнитель металлического каркаса 19 выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни 22 могут быть выполнены упругими.

Использование предложенного технического решения позволяет осуществить предотвращение взрывоопасных объектов от разрушения и снижение поступления вредных веществ в атмосферу при аварийном взрыве.

Возможен вариант, когда к демпфирующему элементу 28 (фиг. 2), предназначенному для демпфирования ударных нагрузок панели о листы-упоры 23, оппозитно панели и в направлении ударной волны присоединяют буферное устройство (на чертеже не показано), выполненное в виде конуса, вершина которого находится на оси проема защищаемого объекта.

Возможен вариант, когда внутреннюю полость демпфирующего элемента 28, предназначенного для демпфирования ударных нагрузок панели о листы-упоры, заполняют трехслойной симметричной дисперсной системой, при этом центральный слой, являющийся слоем симметрии объемного тела демпфирующей пластины с внутренней полостью и поверхностями, эквидистантными поверхностям панели, выполняют из вибродемпфирующего материала, а прилегающие к нему слои заполняют дисперсной системой воздух-свинец.

Возможен вариант, когда центральный слой демпфирующего элемента 28, являющегося его слоем симметрии, как объемного тела с внутренней полостью и поверхностями, эквидистантными поверхностям панели, выполняют комбинированным, состоящим из трех слоев: средний слой выполняют из жесткого вибродемпфирующего материала, например типа «Агат» или «Антивибрит», а симметрично расположенные относительно него верхний и нижний слои выполняют из сплошного демпфирующего материала, в котором использована губчатая резина или иглопробивной материал типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, или нетканый вибродемпфирующий материал.