Результат интеллектуальной деятельности: КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ГРУЗОВ

Изобретение относится к области безопасной перевозки, хранению и обслуживанию экологически и взрывоопасных грузов, в частности, к специальным контейнерам, предназначенным для обеспечения безопасности обращения с экологически, радиоактивно и взрывоопасным грузом, особенно в регионах с повышенной социальной напряженностью и диверсионной опасностью, а также в условиях возникновения аварийных ситуаций при транспортировке и хранении (пожар, падение, столкновение, прострел пулями и осколками).

Известен контейнер для взрывоопасных грузов (патент RU №2015499, опубл. 30.06.94 г., МПК F 42 B 39/00), включающий разъемный корпус, внутреннюю броневую камеру для размещения груза, которая выполнена также разъемной и прикреплена к корпусу посредством упругопластичных опорных стоек. Вокруг камеры установлена защита, выполненная в виде девиационно-дробящего и диссипативного экранов, внутри камеры смонтирована упругодеформируемая удерживающая преграда, а на внешнюю поверхность корпуса и камеры нанесено теплозащитное покрытие из материала на основе термовспенивающихся графитов. Недостатком данного контейнера является то, что он не обеспечивает защиту окружающей среды и защиту груза от взрыва при длительных воздействиях пожара (от 1 до 10 часов) с одновременным воздействием виброударных нагрузок от падающих на контейнер окружающих элементов и изделий и ударно волновых воздействий от соседних взрывоопасных грузов. Вспенивающееся теплозащитное покрытие при длительном воздействии температуры теряет свои прочностные свойства и осыпается (разрушается при падении, опрокидывании, ударе).

Известен другой контейнер для взрывоэкологически опасных грузов (патент RU №2113689, опубл. 20.06.98 г., МПК F 42 B 39/00), в котором частично устранены недостатки предыдущего. Контейнер содержит разъемный корпус, внутреннюю коническую броневую камеру для размещения груза, пристыкованную к корпусу, вокруг которой размещена теплозащита из сыпучего керамического материала с дисперсностью 200-500 мкм. Днище корпуса выполнено из чередующихся слоев: мелкоячеистой металлической сетки, крупноячеистой минеральной ваты и несгораемого дерева. Камера снабжена отводным каналом, в форме раструба, сужающегося в сторону днища. Недостатком данного контейнера является то, что он так же, как и предыдущий, не обеспечивает защиту груза от взрыва при длительных воздействиях пожара.

Известен контейнер для взрывоопасных грузов, выбранный в качестве прототипа как наиболее близкий к заявляемому по количеству сходных признаков и решаемой задаче (патент RU №2065565, опубл. 20.08.96 г., МПК F 42 B 39/00). Данный контейнер включает в себя корпус, представляющий собой стальной лицевой экран, броневую камеру для размещения груза, снабженную опорными кронштейнами для соединения с корпусом, промежуточный стальной экран в виде диссипативной преграды, расположенную вокруг камеры ударопоглощающую защиту в виде плоской спирали из высокопрочной тонколистовой стали, перфорированной круглыми отверстиями и расположенную внутри камеры, по ее внутренней поверхности, многослойную теплозащиту в виде стеганого чехла, образованного двумя слоями теплостойкого волокнистого материала типа Аримида-Т или СВМ, при этом каждый слой облицован тканью из того же материала. Снаружи на поверхность камеры нанесено методом напыления или окраски теплостойкое защитное покрытие, изготовленное на основе термовспенивающихся графитов.

Недостатком указанного контейнера является то, что он не обеспечивает защиту взрывоопасного груза от загорания или теплового взрыва при высокоинтенсивных длительных пожарах. Для надежной защиты взрывоопасного груза при длительных пожарах, теплозащита из теплостойкого волокнистого материала, размещенная внутри камеры, должна иметь значительную толщину, что приводит к увеличению размеров контейнера, термовспенивающееся покрытие не имеет требуемой прочности при высокой температуре. К тому же при пожарах и интенсивных нагрузках большая часть защитных свойств данного контейнера теряется и он становится далее нестойким к механическим воздействиям.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание конструкции контейнера для взрывоопасных грузов, обеспечивающей защиту груза от ударных нагрузок и тепловых воздействий при длительных интенсивных пожарах (от 1 до 10 часов) с одновременной оптимизацией габаритно-весовых характеристик контейнера.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании предлагаемого изобретения, является повышение эффективности контейнера за счет улучшения теплозащитных свойств и стойкости к ударным нагрузкам (исключение загорания и взрыва груза) при длительных, многочасовых пожарах в хранилищах, горении цистерн с топливом, авариях при перевозках и т.д.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в контейнере для взрывоопасных грузов, включающем корпус, камеру для размещения груза с устройством крепления ее к корпусу, многослойную теплозащиту, слои которой облицованы теплостойким материалом и ударопоглощающую защиту, размещенную вокруг камеры, теплозащиту размещают вне камеры, ударопоглощающую защиту выполняют из двух частей, разнесенных относительно друг друга и в промежутке между ними устанавливают слои теплозащиты, которые в свою очередь относительно друг друга размещают также с зазором, при этом крайние слои размещают вплотную к ударопоглощающей защите и соединяют между собой по торцам с образованием внутренней герметичной полости, которую вакуумируют и в которой размещают по крайней мере один промежуточный слой, торцами отстоящий от торцев крайних слоев и снабженный элементами фиксации в виде точечных опор относительно близлежащих слоев, причем слои и облицовки выполнены из жаропрочного металла, а поверхности облицовок - зеркальными.

Слои теплозащитные могут быть выполнены из фрагментов, разнесенных относительно друг друга, при этом в зазоре между ними размещают элементы устройства крепления камеры к корпусу.

Устройство крепления камеры к корпусу может быть снабжено термопрокладками.

Размещение теплозащиты вне камеры дает возможность расширить выбор материала защиты и применить более эффективный по защитным свойствам к комплексным термомеханическим воздействиям.

Выполнение ударопоглощающей защиты из двух частей, разнесенных относительно друг друга, позволяет разместить в промежутке между ними слои теплозащиты, что снижает давление на них внешних воздействий, повышает стойкость их к механическим ударам, перегрузкам, дает возможность сохранить теплозащитные свойства при длительных термомеханических воздействиях, и при использовании пулезащиты исключить разгерметизацию внутренней полости между крайними слоями.

Размещение крайних слоев теплозащиты вплотную к ударопоглощающей защите позволяет обеспечить виброустойчивость слоев при транспортировке, без жесткой связи их с корпусом, добиться более равномерного распределения давления на теплозащиту при механических воздействиях, что в целом приводит к повышению защитных свойств контейнера.

Установка слоев теплозащиты с зазором относительно друг друга позволяет снизить теплопроводность всей конструкции. Соединение крайних слоев теплозащиты по торцам с образованием герметичной полости, которую вакуумируют, позволяет снизить скорость теплопередачи при минимальных зазорах, так как теплопроводность вакуумных промежутков ниже современных теплоизоляционных материалов, что дает возможность создать малогабаритную эффективную теплозащиту.

Введение, по крайней мере, одного промежуточного слоя в герметичную вакуумированную полость, торцами отстоящего от торцев крайних слоев, позволяет создать два и более последовательно соединенных вакуумных зазора, что еще больше повышает эффективность теплозащиты, и снизить теплопередачу в зоне силового замыкания слоев.

Снабжение промежуточного слоя элементами фиксации в виде точечных опор позволяет исключить смыкание слоев и вакуумного зазора при механических воздействиях на контейнер, причем площадь опорных зон по отношению к поверхности слоев составляет незначительную долю и не оказывает значительного шунтирующего влияния на слои, при этом обеспечивается требуемая жесткость и прочность конструкции. Выполнение слоев и облицовок из жаропрочного металла позволяет создать ударостойкую теплозащиту при минимальной толщине слоев (<1 мм).

Выполнение облицовок с зеркальной поверхностью обеспечивает отражение части теплового потока, воздействующего на контейнер, снижая коэффициент теплообмена, что затягивает прогрев всей теплозащиты во времени.

Для повышения удобства эксплуатации при сборке-разборке и обеспечения силовой схемы закрепления камеры в контейнере, теплозащиту выполняют в виде радиальных фрагментов, в зазорах между которыми размещают элементы устройства крепления камеры к корпусу. Для снижения шунтирующего действия этих элементов на теплопередачу слоев теплозащиты, их снабжают термопрокладками, выполненными на основе материалов, обладающих высоким значением теплоты фазового перехода при температурах, реализуемых при пожарах. Для снижения шунтирующего действия элементов фиксации промежуточного слоя теплозащиты на теплопроводность конструкции, их облицовывают так же, как и слои жаропрочным покрытием с выполнением поверхности с зеркальным блеском.

На фиг.1 изображен общий вид заявляемого устройства;

на фиг.2 изображен разрез контейнера;

на фиг.3 изображена схема теплозащиты;

на фиг.4 изображено устройство крепления камеры к корпусу, где:

1 - корпус;

2 - камера;

3 - элементы устройства крепления камеры к корпусу;

4 - слои теплозащиты;

5 - жаропрочная облицовка слоев;

6, 7 - ударопоглощающая защита;

8 - торцы крайних слоев теплозащиты;

9 - герметичная полость внутри слоев теплозащиты;

10 - промежуточный слой теплозащиты;

11 - торец промежуточного слоя теплозащиты;

12 - элементы фиксации промежуточного слоя (точечные опоры);

13 - термопрокладки с наполнителем;

14 - пулеосколочная защита;

15 - слой базальта;

16 - отверстие в стенке точечной опоры

То - температура на внешней поверхности теплозащиты

ΔT₁, ΔT₂, ΔТ₃ - перепады температур между слоями теплозащиты;

Т₄ - температура на внутренней поверхности теплозащиты.

Примером конкретной реализации заявляемого устройства может служить контейнер для взрывоопасных грузов, например изделий, включающих взрывчатые вещества.

Контейнер состоит из разъемного корпуса 1 (фиг.1, 2), разъемной камеры 2 для размещения груза, выполненных из листовой стали. Вокруг камеры размещена ударопоглощающая защита, выполненная из термостойкого пенопласта или полых стеклянных микросфер (стеклопорошок) и состоящая из 2-х частей 6, 7, между которыми установлены слои теплозащиты 4, выполненные из титана или жаропрочной стали. Крайние слои выполнены толщиной 0,5 мм, промежуточный слой - 0,2 мм. Крайние слои прилегают по всей поверхности к ударопоглощающей защите.

Теплозащита состоит из 2-х фрагментов, установленных в осевом направлении относительно друг друга с зазором. В каждом фрагменте крайние слои заварены между собой по торцам 8 (фиг.4) с образованием герметичной полости 9 (фиг.1,3), которая вакуумирована и в которой размещен по крайней мере один промежуточный слой 10 (фиг.3), торцами 11 отступающий от торцев 8 крайних слоев (фиг.4). Слои размещены относительно друг друга с зазором 1÷2 мм. Таким образом толщина теплозащиты с тремя слоями составляет 3,2÷5,2 мм. Промежуточный слой снабжен точечными опорами из титана 12, представляющими собой цилиндрические тонкие (˜0,3 мм) цилиндрические трубки высотой 1-2 мм. Площадь поверхности опорных зон трубок составляет менее 1% от площади поверхности промежуточного слоя. Титановые слои и опоры азотированы для получения тонкой пленки из нитрида титана, которая является жаропрочной облицовкой 5, практически не изменяющей коэффициент черноты при температурах 400÷1000°С. Поверхность облицовки отполирована до зеркального блеска. Устройство крепления камеры к корпусу (фиг.4) выполнено в виде конусных подвесок, снабженных по торцам термопрокладками 13, наполненными гидроокисью натрия. На поверхность конуса нанесено термовспенивающееся покрытие СТК-1. Конуса смонтированы в зазорах между фрагментами теплозащиты. Титановые и вакуумные слои окружены ударо- и пулеосколочной защитой 6 и 14.

Контейнер при авариях работает следующим образом. В процессе удара, падения, корпус контейнера 1 и ударопоглощающая защита 6, 7 (фиг.1, 2) демпфируют нагрузки, передаваемые на слои теплозащиты 4 и камеру 2 с взрывоопасным грузом.

Для отвода тепла изнутри контейнера при нормативной эксплуатации используются элементы устройства крепления камеры 2 к корпусу 1, выполненные в виде конусных подвесок 3 (фиг.1, фиг.4).

При возникновении пожара тепловой поток разогревает корпус контейнера 1 и проходит через уплотненный стеклопорошок 6 к теплозащите 4. Внешняя зеркальная облицовка 5 крайнего слоя теплозащиты 4 отражает часть теплового потока в стеклопорошок 6, снижая передачу тепла внутрь контейнера. Затем эту же функцию выполняет промежуточная оболочка 10 (фиг.3) в отношении теплового потока, прошедшего через вакуумный зазор в полости 9. Затем по мере прогрева при длительном пожаре (более нескольких часов) вступает в действие следующий слой теплозащиты 4 (фиг.3).

Учитывая, что теплопроводность вакуумных зазоров на несколько порядков ниже самых современных теплоизоляционных материалов, прогрев каждого последующего слоя затягивается по времени. Вследствие этого и с учетом высокой отражающей способности облицовок 5 (фиг.2 и 3) слоев, находящихся в вакууме, данная конструкция теплозащиты позволяет многократно увеличить эффективную отражающую поверхность для теплового потока и снизить температуру взрывоопасного груза.

Проведенные оценки показывают, что предлагаемая конструкция теплозащиты толщиной 3÷10 мм обеспечивает надежную защиту взрывоопасного груза от загорания и взрыва при длительных многочасовых пожарах с температурой на корпусе контейнера ˜800÷1000°С. Такая теплозащита более эффективна, чем защита из базальтового волокна толщиной 150 мм.

Слои теплозащиты 4 с двух сторон прижаты ударопрочной защитой 6, 7 (фиг.1, 2), что повышает виброустойчивость при транспортировке. Для придания конструкции теплозащиты 4 жесткости и исключения смыкания слоев при нагрузках, промежуточный слой 10 (фиг.4) снабжен точечными опорами 12, с отверстиями 16 (фиг.2), которые в процессе эксплуатации контейнера позволяют сохранить зазоры между слоями и оставить их сообщающимися между собой по торцам 11 промежуточного слоя 10. Тем самым сохраняется эффективность теплозащиты при ударах. Конусные подвески снабжены термопрокладками 13 (фиг.1, 4), наполненными веществом с высоким значением теплоты фазовых превращений, что снижает передаваемую от них на камеру температуру. При окружении титановых и вакуумных слоев ударо- и пулеосколочной защитой 6 и 14 (фиг.2), исключается разгерметизация теплозащиты 4 при ударах и прострелах.

Предлагаемая конструкция контейнера устойчива к воздействию температур в диапазоне 400÷1000° при длительности пожара до нескольких часов и механическим ударам с ускорением 5000÷10000 м/с². Ни одна из известных конструкций (в таких габаритах) не выдерживает подобные уровни аварийных воздействий.