БЫСТРОВОЗВОДИМОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПРОДУКТОВ ВЗРЫВА Российский патент 2001 года по МПК F17C1/00 F42D5/00 

Изобретение относится к технике защиты окружающей среды от взрывного воздействия, обеспечения безопасности и герметичного удержания в замкнутом объеме быстровозводимого устройства продуктов взрыва, содержащих высокоскоростные металлические осколки, аэрозоли и газообразные вещества.

Преимущественная область его применения является проектирование, изготовление новых защитных (20-40 м²) быстровозводимых устройств (сооружений), предназначенных для проведения особо опасных работ с различными взрывоопасными экологически вредными объектами.

В результате воздействия на экологически опасные взрывчатые объекты внешних факторов возрастает потенциальная опасность обращения с ними, что требует разработки и применения специальных методов и средств (устройств) по обеспечению безопасности и защиты окружающей среды.

Необходимость применения таких устройств может возникнуть в случаях нетранспортабельности взрывчатых экологически опасных объектов и принятием мер по безопасному обезвреживанию их на месте аварии.

Одним из основных средств, обеспечивающих это условие на всех этапах ликвидации аварии, является применение быстровозводимых локализующих устройств на месте аварии.

Известно техническое решение на устройство, предназначенное для локализации продуктов взрыва (ПВ) заряда ВВ (Тюняев Ю.И., Минеев В.И., Клаповский В. Е. и др. "Прочность железобетонных защитных оболочек при внутреннем взрывном нагружении." (Атомная энергия, т. 73, вып. 4, 1992, с. 263-268) и состоящее из наружной железобетонной и внутренней металлической оболочек, зазор между которыми заполнен слоем демпфирующего материала, а именно керамзитом.

В данном устройстве роль силовой оболочки выполняет железобетонная оболочка. Внутренняя тонкостенная стальная оболочка формирует и удерживает слой демпфирующего материала. Демпфирующий материал, роль которого выполняет керамзит, имеет насыпную плотность более чем в два раза ниже железобетона и предназначен для снижения величины пикового давления УВ и растяжения во времени импульса, который она несет.

К основным недостаткам аналога следует отнести следующее:
1. В описанном устройстве не предприняты меры по сохранению герметичности защитного сооружения. Если внутреннюю металлическую оболочку и выполнить герметичной, она может быть разрушена вследствие значительной упругопластической деформации, из-за уплотнения керамзита и прямого воздействия осколков, вызывающих сквозные пробоины от взрыва химического взрывчатого вещества, сопровождающегося ударной волной (УВ), с газообразными продуктами взрыва (ПВ), распространяющихся от места взрыва со скоростью до 5- 8 км/с, могущей вызвать деформацию бетона, превышающую предел его прочности и привести вследствие этого к образованию в нем сквозных трещин и выходу через них ПВ в окружающую среду. Следовательно, имеется вероятность его разгерметизации.

2. Устройство неразборное, не транспортабельное, не может быть возведено в сжатые сроки на месте аварии, дорогостоящее и не может быть использовано многократно.

Наиболее близким к изобретению техническим решением (прототипом) является "Устройство для локализации продуктов взрыва", патент N 2130563 МКИ F 17 C 1/00 (публикация в БИ N 14 от 10.05.99 г.).

В указанном устройстве, содержащем наружную железобетонную оболочку и внутреннюю металлическую оболочку, зазор между которыми заполнен слоем демпфирующего материала, а между железобетонной оболочкой и демпфирующим слоем введена замкнутая герметизирующая металлическая оболочка.

Основным недостатком этого устройства является то, что оно не может быть возведено на месте аварии в сжатые сроки, оно неразборное, в связи с этим нетранспортабельное, и не может быть использовано многократно в разных местах.

Решаемой технической задачей является разработка быстровозводимого устройства, локализующего внутри его объема продукты взрыва. Причем, наряду с сохранением конструкционной целостности после взрыва, устройство должно обладать свойствами герметичного удержания ПВ и сопутствующих взрыву газов, а также мелкодисперстных аэрозолей.

Ожидаемый результат - быстровозводимость устройства в любом месте страны, обеспечение герметичности защитного быстровозводимого локализующего устройства после взрыва с осколочным воздействием, а также расширение области применения, многократность использования, транспортабельность и относительная дешевизна.

Задача решается тем, что в быстровозводимом устройстве для локализации ПВ, содержащем железобетонную оболочку, замкнутую герметизирующую металлическую оболочку, выполненную из кюветообразных панелей, герметично соединенных между собой по периметру открытых торцов, слой демпфирующего материала, внутреннюю металлическую оболочку, согласно изобретению железобетонная оболочка выполнена из сборно-разборных секций, облицованных с внешней стороны кюветообразными панелями, а с внутренней - металлическими крышками, образуя герметизирующую оболочку-каркас, слой демпфирующего материала размещен между оболочкой-каркасом и внутренней металлической оболочкой, на герметизирующую оболочку-каркас установлен силовой грузовой саркофаг. Саркофаг выполнен многоярусным и состоит из сборно-разборных железобетонных секций, жестко соединенных между собой и укрытых в гравийную или грунтовую засыпку с тентовым покрытием, а внутренняя металлическая оболочка выполнена сборно-разборной в виде ребристо-кольцевого купола.

Сборно-разборные железобетонные секции и элементы металлических оболочек устройства могут быть доставлены в практически любую точку страны любым видом транспорта и собраны на месте взрывоопасного объекта для его локализации.

Размещение замкнутой герметизирующей оболочки-каркаса после демпфирующего слоя исключает пробивание ее осколками, а нагружение ее силовым грузовым саркофагом обеспечивает плотное прилегание оболочки каркаса к железобетонным секциям наружной железобетонной оболочки, что позволяет избежать локальных повреждений после прохождения ударной волны (УВ), а в совокупности с грунтовой или гравийной засыпкой дополнительно уменьшает разрушающее воздействие импульса УВ и повышает конструкционную прочность устройства.

Сущность изобретения показана на чертеже.

Быстровозводимое устройство для локализации ПВ содержит железобетонную оболочку 1 и внутреннюю металлическую оболочку 2, зазор между которыми заполнен слоем демпфирующего материала 3. Железобетонная оболочка 1 выполнена сборно-разборной из железобетонных секций, облицованных сплошными металлическими каркасами 4, герметично соединенными между собой (со стороны демпфирующего слоя 3) смыкающимися плоскостями, вместе образующих замкнутую металлическую герметизирующую оболочку-каркас 4 наружной железобетонной оболочки 1.

На железобетонную оболочку 1 в металлической герметизирующей оболочке-каркасе 4 установлен (в зависимости от мощности локализуемого ВВ) многоярусный силовой грузовой сборно-разборный саркофаг 5 из полукольцевых железобетонных секций, жестко соединенных между собой, укрытых в гравийную или грунтовую засыпку и тентовое покрытие (на чертеже не показано). Основное направление воздействия взрыва 6 на чертеже указано стрелкой.

Слой демпфирующего материала уменьшает амплитуду импульса давления УВ на силовую железобетонную оболочку в герметизирующей металлической оболочке-каркасе, растягивая импульс во времени. Данный слой и частично внутренняя металлическая оболочка поглощают энергию ПВ, осколков, кумулятивных струй и снижают локальные интенсивные нагрузки на указанные оболочки. При этом демпфирующий слой и внутренняя металлическая оболочка частично или полностью разрушаются. Внутренняя металлическая оболочка способствует также снижению температуры ПВ и горячих газов после взрыва, которая не превышает 80^oC (через 10 секунд после взрыва).

Экспериментально установлена толщина демпфирующего слоя из керамзита, улавливающего металлические и другие осколки массой до 12 г, имеющие скорости от 1 до 4,5 км/с, которые являются наиболее опасными из металлических осколков, образовавшихся при аварийном взрыве различных боеприпасов.

Замкнутая герметизирующая оболочка-каркас прилегает к железобетонным секциям наружной железобетонной оболочки и работает с ней совместно. Эта тонкостенная оболочка толщиной 4-6 мм за счет складчатой формы при действии динамических нагрузок допускает большие упругопластические деформации без разрушения. Значительное уменьшение локальных деформаций герметизирующей оболочки-каркаса обеспечивается плотным прижатием ее к стенкам силовой железобетонной оболочки. При такой конструкции исключается образование протяженных магистральных трещин в металлической герметизирующей оболочке-каркасе.

Железобетонная и металлическая герметизирующая оболочка-каркас воспринимают импульсные (динамические) и статические (квазистатические) давления от взрыва, передаваемые через демпфирующий слой. За счет смещения (колебания) стенки устройства металлическая оболочка-каркас испытывает упругопластическую деформацию, сохраняя при этом герметичность.

Железобетонная оболочка, обеспечивая конструкционную целостность всего устройства, может быть повреждена. Однако, металлическая герметизирующая оболочка-каркас препятствует проникновению ПВ, газов и мелкодисперстных аэрозолей в атмосферу.

Расчеты по оценке прочности устройства при различных массах подрываемого ВВ, а также статических параметров герметизирующей оболочки-каркаса показали, что:
устройство снижает уровень деформирования железобетона в среднем на 35-40% при сохранении его несущей способности;
устройство локализует взрыв вплоть до максимальной энергии, при которой сохраняется целостность силовой оболочки из железобетонных секций вместе с герметизирующей оболочкой-каркасом, и предотвращает выброс ПВ в окружающую среду.

Таким образом, предлагаемое изобретение на быстровозводимое устройство для локализации продуктов взрыва:
1. Расширяет область применения защитных сооружений из железобетона (потребность в которых в современной обстановке может возникнуть в любое время в любом возможном месте страны) и позволяет проводить в них особо опасные, особого риска работы, не исключающие аварийных взрывов.

2. Устройство относительно дешевое, не требует специальных материалов. Его можно доставить отдельными секциями (блоками) практически в любое место страны для обезвреживания на месте аварии различных взрывоопасных объектов.

3. Устройство различных модификаций и типоразмеров может быть также применено в интересах создания контейнеров, складов, специальных вагонов или транспортных емкостей с силовой стенкой из железобетона для локализации ПВ и сопутствующих взрыву веществ.

4. Обеспечивает полную локализацию во внутреннем объеме сооружения ПВ, газообразных веществ и аэрозолей, сохраняя герметичность в условиях взрыва, сопровождаемого высокоскоростными металлическими осколками и кумулятивными струями.

5. Устройство позволяет решить вопросы важнейшего направления по разработке и применению специальных методов и средств по обеспечению безопасности обращения с взрывоопасными объектами.

Железобетонная оболочка устройства для локализации продуктов взрыва выполнена из сборно-разборных секций, облицованных с внешней стороны кюветообразными панелями, а с внутренней - металлическими крышками и образует герметизирующую оболочку-каркас. Слой демпфирующего материала размещен между оболочкой-каркасом и внутренней металлической оболочкой. На герметизирующую оболочку-каркас установлен силовой грузовой саркофаг. Саркофаг может быть выполнен многоярусным и может состоять из сборно-разборных железобетонных секций, жестко соединенных между собой и укрытых в гравийную или грунтовую засыпку с тентовым покрытием. Внутренняя металлическая оболочка выполнена сборно-разборной в виде ребристо-кольцевого купола. Использование изобретения позволит обеспечить герметичность защитного устройства после взрыва, а также многократность использования, транспортабельность. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Быстровозводимое устройство для локализации продуктов взрыва, содержащее железобетонную оболочку, замкнутую герметизирующую металлическую оболочку, выполненную из кюветообразных панелей, герметично соединенных между собой по периметру открытых торцов, слой демпфирующего материала, внутреннюю металлическую оболочку, отличающееся тем, что железобетонная оболочка выполнена из сборно-разборных секций, облицованных с внешней стороны кюветообразными панелями, а с внутренней - металлическими крышками, образуя герметизирующую оболочку-кракас, слой демпфирующего материала размещен между оболочкой-каркасом и внутренней металлической оболочкой, на герметизирующую оболочку-каркас установлен силовой грузовой саркофаг. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что саркофаг выполнен многоярусным. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что саркофаг состоит из сборно-разборных железобетонных секций, жестко соединенных между собой и укрытых в гравийную или грунтовую засыпку с тентовым покрытием. 4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что внутренняя металлическая оболочка выполнена сборно-разборной в виде ребристокольцевого купола.