СПОСОБ ОГРАНИЧЕНИЯ ДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА В ЗАМКНУТОМ ОБЪЕМЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК F42D5/04 

Область техники.

Изобретение относится к технической физике, а более конкретно к области взрывных работ, повышения безопасности взрывоопасных объектов в аварийных ситуациях, обеспечения безопасности проведения взрывных работ и, в частности, при обезвреживании взрывоопасных предметов, их разборке или уничтожении раздавливанием или взрывом.

Аналоги и их критика.

Известен способ локализации пыли и газов при взрывах в замкнутых объемах подземных выработок (патент РФ 2010980 БИ 7 от 15.04.94, Е 21 F 5/04), включающий создание в импульсном режиме водяного заслона на пути распространения продуктов взрыва (ПВ) и пыли, возникающих при взрыве. Заслон создают путем опрокидывания сосудов с водой на пути распространения ПВ и пыли. Этот заслон защищает от распространения по выработке ПВ и пыли, возникающих при взрыве.

Недостатком способа является то, что заслон приводится в действие ударной волной и поэтому в силу инерции не предохраняет от действия ударной волны, т. е. действие способа ограничено - он защищает только от ПВ и пыли, но не защищает от ударной волны.

Известен контейнер для взрывного устройства (патент РФ 2094754, БИ 30 от 27.10.97, F 42 D 5/04), предназначенный для локализации продуктов взрыва, содержащий металлический цилиндрический замкнутый корпус с оребренными днищами, амортизаторы в виде набора металлических цилиндрических оболочек и пластин, расположенные параллельно днищам и разделенные заполнителем.

Устройство обеспечивает защиту окружающей среды при аварийном подрыве взрывоопасного объекта, помещенного в контейнер, путем герметичной локализации продуктов взрыва.

Вместе с тем при разрушении корпуса локализация продуктов взрыва не достигается, что является недостатком устройства.

Прототип и его критика.

Известен способ ограничения действия взрывных и ударных волн при взрыве в замкнутом объеме (патент США 2397622 US, нац. кл.102-23, МКИ F 42 D 5/00), включающий заполнение объема, в котором производится взрыв, гетерогенной средой в виде порошкообразного или пористого материала, имеющего низкую плотность (перлит, вермикулит).

Данный способ позволяет снизить интенсивность ударной волны.

Возможности перемешивания ПВ, пыли и образующихся при взрыве аэрозолей с гетерогенной средой при данном способе ограничены. Вследствие этого эффективность локализации образующихся при взрыве аэрозолей, ПВ и пыли низка.

Известен контейнер для взрывного устройства (патент РФ 2082071, БИ 17 от 20.06.97, F 42 D 5/04), предназначенный для ограничения действия взрыва (являющийся прототипом для обоих вариантов заявляемого устройства), содержащий замкнутый корпус с крышкой, составляющие вместе замкнутый объем, в котором размещены взрывное устройство и емкость с разрушаемой при взрыве гибкой оболочкой, заполненная конденсированной средой в виде воды. При взрыве взрывного устройства происходит разрыв емкости, нагрев и испарение воды и поглощение энергии взрыва.

Устройство обеспечивает защиту окружающей среды при аварийном подрыве взрывоопасного объекта, помещенного в контейнер, путем снижения взрывной нагрузки на стенки контейнера.

Недостатком данного устройства является неопределенный характер расположения емкости с водой относительно взрывного устройства и вследствие этого относительно низкая эффективность поглощения энергии взрыва и локализации образующихся при взрыве аэрозолей и ПВ.

Сущность изобретения.

В ряде случаев в практике проведения взрывных работ взрывы зарядов взрывчатого вещества (ВВ) проводятся в замкнутом объеме. В частности, существуют бронебашни, бронекупола, предназначенные для проведения взрывных работ в непосредственной близости от производственных помещений. Подобные бронебашни используются для защиты окружающей среды от действия различных факторов взрыва: ударной волны, пыли и газообразных продуктов взрыва.

Аналогичные задачи решаются при взрывном обезвреживании взрывоопасных предметов под экранирующим куполом, накрывающим данные предметы (см., например, патент РФ 2080553, БИ 15 от 27.05.97, кл. F 42 D 5/04).

Взрывы зарядов ВВ, находящихся внутри бункеров или зданий ограниченной прочности и герметичности в составе устройств типа защитных контейнеров или защитных транспортных средств, могут стать результатом аварийных факторов или несанкционированных действий. При этом уровень аварийных факторов или мощность средств, применяемых при несанкционированных действиях, может превышать защитные способности рассматриваемых устройств. В этом случае также нет гарантии защиты окружающей среды от действия взрыва и, в частности, от пыли, опасных для жизни и здоровья людей аэрозолей и продуктов взрыва.

В этой связи актуальной является задача по созданию способа и устройства для ограничения действия взрыва, обеспечивающих снижение взрывной нагрузки на стенки замкнутого объема (с целью сохранения объема или снижения масштабов разрушений) и снижение риска выхода пыли, аэрозолей и газообразных продуктов взрыва в атмосферу (степень их локализации).

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого способа, является снижение взрывной нагрузки на стенки замкнутого объема (с целью сохранения объема или снижения масштабов разрушений) и снижение уровня выхода пыли, аэрозолей и газообразных продуктов взрыва в атмосферу в случае частичного или полного разрушения объема.

Этот технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного способа, включающего заполнение гетерогенной средой низкой плотности замкнутого объема, в котором осуществляется взрыв, в предлагаемом способе гетерогенную среду низкой плотности (газовзвесь) создают динамически путем ускоренного движения (разгона) слоя диспергированного вещества или слоя жидкости.

Ускоренное движение слоя могут создавать давлением сжатого газа.

При этом предложен ряд конкретных вариантов способа создания ускоренного движения слоя давлением сжатого газа:
- в качестве сжатого газа используют ПВ заряда ВВ (это может быть вспомогательный заряд ВВ или основное взрывное устройство (ВУ));
- в качестве сжатого газа используют ПВ газовой взрывчатой смеси (ГВС);
- в качестве сжатого газа используют продукты горения (ПГ) порохов;
- сжатый газ создают посредством импульсного нагрева газа электрическим разрядом.

Подобных слоев может быть несколько (для обеспечения более равномерного заполнения замкнутого объема газовзвесью).

Ускоренное движение слоя могут создавать проходящей через слой нестационарной ударной волной.

Техническим результатом, достигаемым при использовании первого варианта заявляемого устройства, является снижение взрывной нагрузки на стенки замкнутого объема (с целью сохранения объема или снижения масштабов разрушений) и снижение уровня выхода пыли, аэрозолей и газообразных продуктов взрыва в атмосферу в случае частичного или полного разрушения объема.

Этот технический результат достигается для первого варианта за счет того, что в отличие от известного устройства, содержащего размещенную в замкнутом объеме емкость с разрушаемой при взрыве оболочкой, заполненную конденсированным веществом, в предлагаемом устройстве емкость выполнена в виде слоя, взрывное устройство (ВУ) установлено внутри дополнительного замкнутого объема, образуемого этим слоем, причем слой расположен на расстоянии от внутренней поверхности стенки, образующей замкнутый объем.

Кроме того, слой конденсированного вещества может быть расположен симметрично относительно ВУ.

Техническим результатом, достигаемым при использовании второго варианта заявляемого устройства, является снижение взрывной нагрузки на стенки замкнутого объема (с целью сохранения объема или снижения масштабов разрушений) и снижение уровня выхода пыли, аэрозолей и газообразных продуктов взрыва в атмосферу в случае частичного или полного разрушения объема.

Для второго варианта этот технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного устройства, содержащего размещенную в замкнутом объеме емкость с разрушаемой при взрыве оболочкой, заполненной конденсированным веществом, в предлагаемом устройстве оболочка емкости размещена на расстоянии от стенки, образующей замкнутый объем, при этом ВУ установлено внутри емкости.

Кроме того, оболочка емкости с конденсированным веществом может быть расположена симметрично относительно ВУ.

Кроме того, для обоих вариантов устройства в качестве конденсированного вещества в емкости может быть выбрано диспергированное вещество или/и жидкость. В качестве диспергированного вещества может быть выбран активированный уголь, или/и шарики стеклянные, или/и селикагель, или/и цеолит.

Сущность способа состоит в следующем.

Взрыв как санкционированный, так и несанкционированный, является потенциальным источником ущерба окружающей среде. Источником ущерба являются:
- ударные волны, распространяющиеся в окружающей среде;
- разлетающиеся осколки;
- продукты взрыва;
- аэрозоли, вредные для здоровья людей, и, в частности, радиоактивные аэрозоли.

Существует метод защиты от этого ущерба с применением гетерогенных сред низкой плотности, и, в частности, аэровзвесей диспергированных сред (АДС), и, в том числе, аэровзвеси диспергированных жидкостей (АДЖ) (см., например, патент Великобритании GB 2292997, F 42 D 5/045).

АДЖ могут создаваться взрывным способом за счет взрывного разрушения жидкости при взрыве заряда BB, помещенного в емкость с жидкостью с легко разрушаемой оболочкой (Стебновский С. В. Динамика формирования параметров газокапельного потока при взрывном диспергировании жидкого объема. Сборник "Механика разрушения жидкости", вып. 104, с.40, 1992г.) Процесс взрывного преобразования компактного объема жидкости в мелкодисперсную смесь с воздухом состоит из нескольких характерных стадий. Взрыв возбуждает ударную волну, которая распространяется по объему жидкости от места взрыва к поверхности и приводит ее в движение. При отражении волны от поверхности возникает волна разрежения, в которой реализуются растягивающие напряжения, при определенных условиях приводящие к нарушению сплошности жидкого объема. При реализации плоского движения с фронтами волн, параллельными границам жидкости, при определенных параметрах волн реализуется ситуация "откола". В случае неплоской границы жидкого объема или косого падения ударной волны на границу при движении жидкости могут появиться растягивающие напряжения в приповерхностном слое, которые приводят к его фрагментированию. При движении жидких капель в газе (продуктах взрыва или окружающем воздухе) они могут разрушаться вследствие действия аэродинамической нагрузки.

В то же время экспериментальные исследования, выполненные во ВНИИЭФ, показывают, что аэровзвеси могут создаваться в импульсном режиме за счет развития гидродинамических неустойчивостей и турбулентного перемешивания на неустойчивой границе как жидких, так и псевдожидких (порошкообразных) слоев, движущихся с ускорением под давлением сжатого газа. В качестве сжатого газа могут использоваться продукты взрыва (ПВ) зарядов ВВ, ПВ газовой взрывчатой смеси (ГВС) и собственно сжатый газ.

Теоретический анализ явлений, происходящих при прохождении взрывных ударных волн через слой газовзвеси, показал, что подобные слои являются эффективным средством ослабления ударных волн (см., например, Л.В. Альтшулер, Б.С. Кругликов. Затухание сильных ударных волн в двухфазных и гетерогенных средах. ПМТФ, 5, с.24-29, 1984). Такие взвеси могут содержать капельки жидкости или частицы диспергированной твердой фазы. Как показывают численные расчеты, сравнительно небольшие количества диспергированной конденсированной фазы (в виде капель жидкости или пыли) - с объемной долей порядка нескольких процентов - могут в несколько раз снижать амплитуду давления и импульса избыточного давления ударной волны (см., например, Ю.М.Ковалев, А.Ю. Черемохов. Ослабление воздушных ударных волн системой решеток. ВАНТ, сер. Математическое моделирование физических процессов. 3, с.39-43, 1997).

С другой стороны, краткоживущие АДЖ, создаваемые и импульсном режиме и достаточно быстро оседающие на землю, используются для сорбции аэрозолей из облака взрыва при его перемешивании с дисипергированной средой и, таким образом, существенно ограничивать площадь загрязнения территории, окружающей место взрыва (см. , например, патент Великобритании GB 2292997, F 42 D 5/045).

Источником энергии создания подобных АДЖ может быть как энергия самого взрыва, от которого осуществляется защита (пассивный метод), так и энергия дополнительного источника (активный метод).

Газовзвесь может создаваться динамически при ускоренном движении слоя жидкости или слоя насыпного диспергированного вещества. Ускоренное движение слоя может быть организовано:
а) в режиме разгона слоя давлением сжатого газа;
б) в режиме прохождения через слой нестационарной ударной волны.

Источником сжатого газа могут быть:
а) вспомогательные источники (ПВ дополнительного заряда ВВ; продукты горения пороков; ПВ газовой взрывчатой смеси: газ, нагретый импульсом электрического разряда). В этом случае создание газовзвеси и заполнение ею объема осуществляют до взрыва основного заряда;
б) ПВ основного заряда ВВ. В этом случае газовзвесь создается в процессе взрыва и разлета ПВ этого заряда и разгона ими слоя жидкости или конденсированной диспергированной среды.

Заявляемый способ основан на использовании явлений гидродинамических неустойчивостей и связанного с ними турбулентного перемешивания. При ускорении слоя жидкости сжатым газом на границе газ - жидкость развивается неустойчивость Рэлея-Тейлора (G.l.Taylor. The instability of liquid surfaces when accelerated in a direction perpendicular to their planes. I. Proc.Roy.Soc., v. A120, p. 192, 1950). Неустойчивость Рэлея-Тейлора развивается на границе раздела двух сред разной плотности, движущейся с ускорением, направленным от более легкой среды к более тяжелой. Газ (в том числе и сжатый) практически всегда легче конденсированной среды и поэтому граница сжатый газ - жидкий слой всегда будет неустойчивой.

Иная ситуация возникает в случае, когда слой жидкости ускоряется взрывом заряда ВВ, непосредственно контактирующего с ускоряемым слоем. В этом случае реализуется механизм взрывного разрушения жидкости и вместе с тем механизм гидродинамических неустойчивостей. Через слой проходит нестационарная ударная волна, которая скачком сжимает и ускоряет до большой скорости вещество и внешнюю границу слоя и сразу же после этого начинается торможение границы. Вначале при ускорении границы на фронте волны возникает ситуация, соответствующая неустойчивости, индуцированной ударной волной (Richtmyer R.D. Tavlor instability in shock acceleration of compressible fluids. Commun. Pure Appl. Math. , v.13, p.297 (1960); Мешков Е.Е. Неустойчивость границы раздела двух газов, ускоряемой ударной волной. Изв. АН СССР, МЖГ, 5, с.151-158 (1969), и сразу же затем на стадии торможения границы реализуются условия для возникновения неустойчивости Рэлея-Тейлора, когда ускорение направлено от (более легкого) газа (воздуха) к (более тяжелому) веществу слоя.

Развитие начальных возмущений неустойчивой границы газ-жидкость приводит к развитию зоны турбулентного перемешивания (ТП) газа и жидкости и распространению зоны ТП вглубь слоя. В зоне ТП (более легкий) газ проникает в (более тяжелую) жидкость в виде растущих со временем пузырей, а та, в свою очередь, проникает в газ в виде струй. Эти струи на концах дробятся на капли.

Эксперименты, выполненные во ВНИИЭФ, показывают, что после того, как зона ТП пройдет через слой, процесс фрагментации слоя жидкости и его перемешивание с газом продолжаются, причем ширина слоя раздробленной жидкости растет со временем, т.е. все более и более обширная область газа оказывается перемешанной с жидкостью. В зоне перемешивания жидкость дробится на капли и в результате возникает слой взвеси капель жидкости и газа (газа, ускоряющего слой); со временем ширина слоя газовзвеси растет и по данным экспериментов может вырастать в десятки раз по сравнению с первоначальной толщиной слоя жидкости.

Аналогичным образом происходит расширение и "распухание" слоя диспергированной твердой конденсированной среды, ускоряемого сжатым газом. Эксперименты (Rogue X. , Rodriguez G., Haas J.F., Saurel R. Experimental and numerical envestigation of the shock-induced fluidization of a particoes bed. Shock Waves. (1998) 8, p.29-45) по ускорению слоя шариков из стекла и нейлона диаметром 1-2 мм в канале ударной трубы показывают, что при ускорении слоя воздушной ударной волной наблюдается многократное расширение слоя.

Аналогичные эксперименты со слоем сыпучей среды были выполнены во ВНИИЭФ. Эти эксперименты показывают, что при ускорении слоя диспергированной среды сжатым газом наблюдается распухание слоя, а затем на границе газ - диспергированная среда развивается неустойчивость Рэлея-Тейлора, развитие которой приводит к расширению слоя и созданию газовзвеси.

Пусть ускоренного движения слоя, на котором происходит его разрушение (когда фронт зоны турбулентного перемешивания достигает противоположной границы слоя), можно грубо оценить, пользуясь результатами экспериментов. В соответствии с экспериментами, выполненными во ВНИИЭФ, этот путь не превышает двух толщин слоя. Это наблюдение относится к случаю ускорения слой жидкости сжатым газом.

В случае ускорения слоя нестационарной затухающей ударной волной подобный путь будет путем торможения, т.е. составляющей общего пути, определяемой отрицательным ускорением.

Более точные оценки пути разрушения слоя могут быть определены при помощи численных расчетов на ЭВМ.

Во всех случаях развитие зоны турбулентного перемешивания на начальной стадии зависит от уровня начальных возмущений, источником которых могут быть искажения формы границы слоя, разнодинамичность ускорения и разноплотность вещества слоя.

Источником сжатого газа, ускоряющего слой конденсированного вещества, могут быть:
- ПВ заряда ВВ (это может быть вспомогательный заряд ВВ или заряд ВВ основного ВУ);
- продукты горения порохового заряда;
- ПВ газовой взрывчатой смеси;
- и, наконец, давление сжатого газа может создаваться электрическим разрядом, способным быстро нагреть газ в замкнутом объеме до высокой температуры и соответственно повысить его давление.

Созданная в процессе ускоренного движения слоя (под действием дополнительного источника энергии) газовзвесь существует относительно недолго, пока конденсированная фаза не опадет вниз под действием силы тяжести, однако это время достаточно для проведения взрыва основного заряда, действие которого в объеме с характерным размером в один - несколько метров протекает в течение времени порядка нескольких миллисекунд, что приблизительно на два порядка меньше времени существования слоя газовзвеси (доли секунды).

Разлет образовавшейся газовзвеси приводит к заполнению ею на короткое время замкнутого объема. Заряд основного ВУ подрывается с заданной заранее задержкой относительно подрыва вспомогательного заряда (или зарядов) в момент времени, соответствующий заполнению объема газовзвесью.

В случае, когда в качестве источника сжатого газа используются ПВ заряда ВВ основного ВУ, газовзвесь создается в процессе разлета этих ПВ.

Подобный механизм получения гетерогенной среды, заполняющей замкнутый объем, по сравнению с прототипом, приводит к неограниченному расширению интервала достигаемых плотностей гетерогенной среды в сторону более низких значений. Заявляемый способ позволяет создавать гетерогенную среду практически любой малой плотности, поскольку нет ограничений (снизу) на массу разгоняемого конденсированного вещества.

Кроме этого, заявляемый способ расширяет возможности применения различных веществ по сравнению с прототипом. В случае прототипа это ограниченный набор: вермикулит и перлит. В заявляемом способе наряду с жидкостями в качестве материала слоя конденсированного вещества может быть использовано практически любое конденсированное вещество, только для твердых веществ требуется предварительно их диспергировать.

При этом достигается возможность снижения интенсивности ударных волн и, как следствие, снижение взрывной нагрузки на корпус замкнутого объема.

Это происходит вследствие реализации возможности интенсивного перемешивания газовзвеси с образующимися при взрыве ПВ аэрозолями и пылью. Вследствие резкого увеличения площади контакта нагретых ПВ и газов с частицами гетерогенной среды возрастает теплоотвод от ПВ к этим частицам и соответственно существенно снижается энергия ПВ и ударной волны.

С другой стороны, вследствие турбулентного перемешивания и возрастания площади соприкосновения ПВ с частицами гетерогенной среды возрастает и эффективность сорбции последними аэрозолей, ПВ и пыли, образующимися при взрыве. Частицы газовзвеси с сорбированными ПВ, аэрозолями и пылью через незначительное время опадают под действием силы тяжести и, таким образом, осуществляется локализация последних, т.е. достигается увеличение степени локализации ПВ, аэрозолей и пыли и снижение уровня выхода пыли, аэрозолей и газообразных ПВ в атмосферу в случае частичного или полного разрушения объема.

Может быть несколько источников заполнения замкнутого объема газовзвесью в виде нескольких синхронно разгоняемых подобных слоев (для обеспечения более равномерного заполнения замкнутого объема газовзвесью).

Описанный способ может быть реализован при помощи следующих устройств, являющихся вариантами, сущность которых поясняется ниже.

Первый вариант устройства: в замкнутом объеме (это может быть замкнутый корпус, подземная выработка (штольня, шахта и пр.) или корпус, установленный на массивное основание или грунт, вместе с корпусом составляющие замкнутый объем) помещен заряд ВВ или взрывное устройство (ВУ) и емкость, с легко разрушаемой при взрыве оболочкой. Емкость выполнена в виде слоя, образующего дополнительный замкнутый объем. Слой состоит из конденсированного вещества в виде жидкости или диспергированной среды. Этот слой размещен на расстоянии от стенки замкнутого объема. В то же время ВУ размещено внутри дополнительного замкнутого объема слоя.

При взрыве ВУ реализуется возможность ускорения слоя продуктами взрыва этого заряда и развития гидродинамических неустойчивостей и турбулентного перемешивания (по механизму ускорения сжатым газом) и, в конечном итоге, возможность создания газовзвеси в замкнутом объеме корпуса. В результате создаются гораздо более благоприятные возможности для образования газовзвеси по сравнению с прототипом, в котором условия образования газовзвеси являются неопределенными. Вследствие увеличения площади контакта нагретых ПВ и газов с частицами гетерогенной среды резко возрастает теплоотвод от ПВ к этим частицам и соответственно существенно снижается энергия ПВ и взрывная нагрузка.

С другой стороны, вследствие турбулентного перемешивания и резкого возрастания площади соприкосновения ПВ с частицами гетерогенной среды возрастает и эффективность сорбции последними аэрозолей, ПВ и пыли, образующимися при взрыве заряда ВВ. Частицы газовзвеси с сорбированными ПВ, аэрозолями и пылью через незначительное время опадают под действием силы тяжести и, таким образом, осуществляется локализация последних, т.е. достигается увеличение степени локализации ПВ, аэрозолей и пыли и снижение уровня выхода пыли, аэрозолей и газообразных ПВ в атмосферу в случае частичного или полного разрушения объема и сокращение масштабов загрязненной площади земли, окружающей этот объем.

Слой конденсированного вещества может быть расположен по возможности симметрично относительно ВУ. Следует отметить, что это наиболее оптимальный вариант расположения ВУ, поскольку при его взрыве осуществляется наиболее равномерная нагрузка на слой и его разгон.

Второй вариант устройства: в замкнутом объеме (это может быть замкнутый корпус, подземная выработка (штольня, шахта и пр.) или корпус, установленный на массивное основание или грунт, вместе с корпусом составляющие замкнутый объем) помещен заряд ВВ или взрывное устройство (ВУ) и емкость с легко разрушаемой при взрыве оболочкой. Емкость заполнена конденсированным веществом в виде жидкости или диспергированной среды. Оболочка емкости размещена на расстоянии от стенки замкнутого объема. ВУ размещено во внутреннем объеме емкости и таким образом реализуется возможность, с одной стороны, взрывного разрушения жидкости и, с другой стороны, возможность разлета конденсированного вещества и развития гидродинамических неустойчивостей и турбулентного перемешивания (при ускорении конденсированного вещества по механизму нестанционной ударной волной) и, в конечном итоге, возможность создания газовзвеси в замкнутом объеме корпуса.

В результате создаются гораздо более благоприятные возможности для образования газовзвеси по сравнению с прототипом, в котором условия образования газовзвеси являются неопределенными. Вследствие увеличения площади контакта нагретых ПВ и газов с частицами гетерогенной среды резко возрастает теплоотвод от ПВ к этим частицами. С другой стороны, вследствие турбулентного перемешивания и резкого возрастания площади соприкосновения ПВ с частицами гетерогенной среды возрастает и эффективность сорбции последними аэрозолей. ПВ и пыли, образующимися при взрыве заряда ВВ. Частицы газовзвеси с сорбированными ПВ, аэрозолями и пылью через незначительное время опадают под действием силы тяжести и, таким образом, осуществляется локализация последних, т.е. достигается увеличение степени локализации ПВ, аэрозолей и пыли и снижение уровня выхода пыли, аэрозолей и газообразных ПВ в атмосферу в случае частичного или полного разрушения объема и сокращение масштабов загрязненной площади земли, окружающей этот объем.

Оболочка емкости с конденсированным веществом может быть расположена по возможности симметрично относительно ВУ. Следует отметить, что это наиболее оптимальный вариант расположения ВУ, поскольку при его взрыве осуществляется наиболее равномерная нагрузка на конденсированное вещество и его разгон.

Во всех описанных устройствах в качестве конденсированного вещества может быть выбрано а) диспергированное вещество (в качестве диспергированного вещества может быть выбран активированный уголь, или/и шарики стеклянные, или/и селикагель, или/и цеолит); б) жидкость.

В прототипе положение емкости с жидкостью относительно стенки замкнутого объема и ВУ является неопределенным и вследствие этого процессы разрушения емкости с жидкостью при взрыве ВУ и образования газовзвеси являются неопределенными, будут иметь случайный характер и поэтому будут малоэффективными.

Все описанные выше варианты устройств имеют потенциально повышенную по сравнению с прототипом эффективность ограничения действия взрыва, поскольку в них положение слоя или емкости с конденсированным веществом задается таким образом, чтобы оптимизировать процесс образования газовзвеси и ее перемешивания с ПВ, в результате чего должно достигаться снижение уровня взрывной нагрузки на стенки замкнутого объема и снижение уровня выхода пыли, аэрозолей и газообразных продуктов взрыва в атмосферу в случае частичного или полного разрушения объема, что свидетельствует о достижении технического результата.

Перечень чертежей.

На фиг. 1 изображена общая схема устройства для реализации заявляемого способа.

На схеме позициями обозначены:
1 - основной заряд ВВ или взрывное устройство (ВУ); 2 - стенка замкнутого объема; 3 - конденсированное вещество (жидкость или диспергированное вещество); 4 - разрушаемая оболочка емкости с конденсированным веществом; 5 - выхлопной ствол; 6 - камера.

Здесь газовзвесь в замкнутом объеме 2 создается путем разгона плоского слоя конденсированного вещества 3 (жидкости или диспергированного твердого вещества) в канале выхлопного ствола 5, состыкованного с замкнутым объемом 2, давлением сжатого газа в камере 6, присоединенной к выхлопному стволу 5. Давление сжатого газа в камере 6 может создаваться:
а) взрывом вспомогательного заряда ВВ, помещенного в камере 6;
б) взрывом газовой взрывчатой смеси, заполняющей камеру 6;
в) горением порохового заряда, помещенного в камере 6;
г) электрическим разрядом в камере 6.

На фиг.2 изображена схема первого варианта устройства для осуществления заявляемого способа.

На схеме позициями обозначены:
1 - заряд ВВ или взрывное устройство (ВУ); 2 - стенка замкнутого объема; 3 - конденсированное вещество (жидкость или диспергированное вещество); 4 - разрушаемая оболочка, удерживающая форму слоя конденсированного вещества 3.

В данном устройстве газовзвесь в замкнутом объеме, образованном полусферической стенкой 2 и плоской поверхностью грунта, создается путем разгона слоя конденсированного вещества 3, помещенного в тонкостенную легко разрушаемую оболочку 4, удерживающую полусферическую (или приближающуюся к ней) форму слоя. Разгон слоя происходит под давлением ПВ ВУ 1. ВУ 1 первоначально помещается в дополнительном замкнутом объеме, образованном слоем конденсированного вещества 3 и поверхностью грунта.

Отметим, что в этом случае реализуется вариант заявляемого способа, в котором в качестве сжатого газа используются ПВ ВУ.

На фиг.3 изображена схема второго варианта устройства для осуществления заявляемого способа.

На схеме позициями обозначены:
1 - заряд ВВ или взрывное устройство (ВУ); 2 - стенка замкнутого объема; 3 - конденсированное вещество (жидкость или диспергированное вещество), помещенное в емкость; 4 - разрушаемая оболочка, удерживающая форму емкости.

В данном устройстве газовзвесь в замкнутом объеме создается взрывом ВУ 1, помещенного в емкость с тонкостенной, легко разрушаемой оболочкой 4, заполненную конденсированным веществом 3. Отметим, что в этом случае реализуется вариант заявляемого способа, в котором газовзвесь создается при прохождении через конденсированное вещество нестационарной ударной волны.

Сведения, подтверждающие возможность достижения технического результата
Газовзвесь может создаваться динамически при ускоренном движении слоя жидкости или слоя насыпного диспергированного вещества. Ускоренное движение слоя может быть организовано:
а) в режиме разгона слоя давления сжатого газа;
б) в режиме прохождения через слой нестанционарной ударной волны.

Источником сжатого газа могут быть:
а) вспомогательные источники (ПВ вспомогательного заряда ВВ, продукты горения порохов, ПВ газовой взрывчатой смеси и нагрев газа электрическим разрядом). В этом случае создание газовзвеси и заполнение ею объема осуществляют до взрыва основного заряда ВУ;
б) ПВ основного заряда ВУ.

В этом случае газовзвесь создается в процессе взрыва и разлета ПВ этого заряда и разгона ими слоя жидкости или конденсированной диспергированной среды.

Представленная на фиг. 1 общая схема устройства позволяет реализовать заявляемый способ в режиме ускорения слой конденсированного вещества сжатым газом.

Основной заряд ВВ или взрывное устройство (ВУ) 1 устанавливают внутри замкнутого объема со стенкой 2 (это может быть замкнутый корпус, подземная выработка (штольня, шахта и пр. ) или корпус, установленный на массивное основание или грунт, вместе с корпусом составляющие замкнутый объем).

При осуществлении способа газовзвесь (гетерогенную среду низкой плотности) в замкнутом объеме создают динамически - путем разгона плоского слоя конденсированного вещества (жидкости, например воды, или диспергированного вещества, например активированного угля) 3 давлением сжатого газа в камере 6. Слой разгоняется в канале выхлопного ствола 5, соединенного с замкнутым объемом 2. В этом случае слой конденсированного вещества удерживается вначале в канале выхлопного ствола 5 тонкостенными оболочками 4, которые легко разрушаются давлением газа в камере 6: оболочка 4 может изготавливаться из хрупких пластмасс или стекла.

Это давление может создаваться импульсно:
а) путем взрыва в камере 6 вспомогательного заряда ВВ;
б) путем заполнения камеры 6 газовой взрывчатой смесью, например водорода с кислородом, при атмосферном давлении и инициирования детонации ее в камере, например, при помощи искрового разряда;
в) путем сжигания в камере 6 порохового заряда;
г) путем электрического разряда в камере 6; при этом происходит нагрев газа и резкое повышение его давления.

Для разрушения оболочек 4 и образования газовзвеси конденсированного вещества вследствие развития неустойчивости Рэлея-Тейлора достаточно небольшое давление порядка нескольких атмосфер.

Заполнение замкнутого объема может осуществляться синхронно из нескольких выхлопных стволов, пристыкованных к камере. В этом случае можно будет получать более однородную газовзвесь в замкнутом объеме.

Таким образом, заявляемый способ позволяет создать гетерогенную среду низкой плотности в виде газовзвеси, посредством чего повысить степень локализации ПВ, пыли и аэрозолей, а также снизить уровень взрывной нагрузки, что и обеспечит ограничение действия взрыва в замкнутом объеме.

На фиг. 2 представлена схема первого варианта устройства для реализации заявляемого способа, когда газовзвесь создается за счет энергии самого ВУ, подрываемого в замкнутом объеме. В этом случае между стенкой 2 замкнутого объема и ВУ 1 помещается слой конденсированного вещества 3 (жидкости, например воды, или диспергированного вещества, например активированного угля), удерживаемый легко разрушаемыми оболочками 4, изготовленными, например, из хрупких пластмасс либо стекла. Слой конденсированного вещества 3 образует дополнительный замкнутый объем, в котором помещается ВУ 1. Наружная граница слоя конденсированного вещества располагается на расстоянии от стенки замкнутого объема 1, причем это расстояние больше, чем удвоенная толщина слоя конденсированного вещества.

В этом случае при взрыве ВУ 1 в замкнутом объеме, ограниченном стенкой 2, разрушение оболочки 4 и ускорение слоя осуществляется в режиме ускорения сжатым газом и обеспечивается полная фрагментация вещества 3 слоя, связанная с развитием неустойчивости Рэлея-Тейлора и зоны турбулентного перемешивания и образования газовзвеси. Отметим, что в этом случае реализуется вариант заявляемого способа, в котором в качестве сжатого газа используются ПВ ВУ.

Модельные эксперименты (в плоской одномерной геометрии: жесткая стенка А - вжатый газ - слой воды - слой воздуха (при атмосферных условиях) - жесткая стенка Б), выполненные во ВНИИЭФ, показывают, что при ускорении жидкого слоя продуктами взрыва ГВС создается слой газовзвеси, ширина которого со временем может вырасти в несколько десятков раз по сравнению с первоначальной. При этом наблюдалось снижение в несколько раз взрывной нагрузки на стенку Б.

Аналогичные эксперименты, в которых сжатый газ содержал радиоактивные аэрозоли (он создавался взрывом заряда ВВ с примесью радиоактивных веществ) подтверждают возможность снижения (в несколько раз) выхода радиоактивных аэрозолей в атмосферу, т. е. даже в случае разрушения корпуса замкнутого объема слой газовзвеси будет резко снизать выход в атмосферу токсичных или радиоактивных аэрозолей, образующихся при взрыве.

При этом симметричное положение слоя конденсированного вещества 3 относительно ВУ 1 является оптимальным.

Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает условия эффективного создания гетерогенной среды низкой плотности в виде газовзвеси: повышения сорбции ПВ, аэрозолей и пыли при их перемешивании с гетерогенной средой; снижения интенсивности ударных волн и, как следствие, снижения нагрузки на корпус замкнутого объема и тем обеспечивает ограничение действия взрыва в замкнутом объеме.

На фиг. 3 представлена схема второго варианта устройства для реализации заявляемого способа, когда газовзесь создается за счет энергии самого ВУ, подрываемого в замкнутом объеме. В этом случае внутри замкнутого объема, ограниченного стенкой 2, помещается емкость с конденсированным веществом 3 (жидкостью, например водой, или диспергированным веществом, например активированным углем), удерживаемым легко разрушаемой оболочкой 4, изготовленной, например, из хрупких пластмасс либо стекла. В емкости с конденсированным веществом 3 помещается ВУ 1. Наружная граница слоя конденсированного вещества располагается на расстоянии от стенки замкнутого объема 1, причем это расстояние больше, чем характерный размер емкости с конденсированным веществом.

Отметим, что в этом случае реализуется вариант заявляемого способа, в котором газовзвесь создается при прохождении через конденсированное вещество нестационарной ударной волны.

При этом симметричное положение оболочки емкости с конденсированным веществом 3 относительно ВУ 1 является оптимальным.

В обоих случаях характерная плотность газовзвеси (концентрация конденсированного вещества в ней) будет определяться соотношением объема конденсированного вещества 3 и объема (замкнутого), образованного стенкой 2. Модельные эксперименты в указанной выше постановке показывают, что слой с объемом V_слоя в процессе разгона продуктами взрыва ГВС образует газовзесь, полностью заполняющую замкнутый объем V_{замк .объема}, по крайней мере в случае V_слоя≥1/20 V_{замк .объема} (для еще меньших значений объема слоя эксперименты не производились) (т. е. достижима, по крайней мере, концентрация порядка 5%); в то же время нет оснований полагать, что эта величина является пределом.

Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает условия эффективного создания гетерогенной среды низкой плотности в виде газовзвеси; повышения сорбции ПВ, аэрозолей и пыли при их перемешивании с гетерогенной средой; снижения интенсивности ударных волн и, как следствие, снижения нагрузки на корпус замкнутого объема и тем обеспечивает ограничение действия взрыва в замкнутом объеме.

Изобретение относится к области взрывных работ, а именно к обезвреживанию взрывоопасных предметов. Способ ограничения действия взрыва в замкнутом объеме заключается в том, что замкнутый объем заполняют гетерогенной средой низкой плотности, которую создают динамически путем ускоренного движения слоя диспергированного вещества или слоя жидкости. Устройство для реализации способа по первому варианту содержит размещенную в замкнутом объеме емкость с разрушаемой при взрыве оболочкой, заполненную конденсированным веществом. Емкость выполнена в виде слоя, взрывное устройство установлено внутри дополнительного замкнутого объема, образуемого этим слоем, причем слой расположен на расстоянии от внутренней поверхности стенки замкнутого объема. Устройство для реализации способа по второму варианту содержит размещенную в замкнутом объеме емкость с разрушаемой при взрыве оболочкой, заполненную конденсированным веществом. Оболочка емкости размещена на расстоянии от стенки корпуса, при этом взрывное устройство установлено внутри емкости. Изобретение направлено на повышение эффективной защиты людей и объектов от воздействий продуктов взрыва. 3 с. и 14 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ ограничения действия взрыва в замкнутом объеме, заключающийся в том, что замкнутый объем заполняют гетерогенной средой низкой плотности, отличающийся тем, что гетерогенную среду низкой плотности создают динамически путем ускоренного движения слоя диспергированного вещества или слоя жидкости. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ускоренное движение слоя создают давлением сжатого газа. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве сжатого газа используют продукты взрыва заряда взрывчатого вещества. 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве сжатого газа используют продукты взрыва газовой взрывчатой смеси. 5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве сжатого газа используют продукты горения порохов. 6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что давление сжатого газа создают посредством электрического разряда. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ускоренное движение слоя создают проходящей через него нестационарной ударной волной. 8. Устройство для ограничения действия взрыва взрывного устройства в замкнутом объеме, содержащее размещенную в нем емкость с разрушаемой при взрыве оболочкой, заполненную конденсированным веществом, отличающееся тем, что емкость выполнена в виде слоя, взрывное устройство установлено внутри дополнительного замкнутого объема, образуемого этим слоем, причем слой расположен на расстоянии от внутренней поверхности стенки замкнутого объема. 9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что слой конденсированного вещества расположен симметрично относительно взрывного устройства. 10. Устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что в качестве конденсированного вещества в емкости выбрано диспергированное вещество. 11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что в качестве диспергированного вещества выбран активированный уголь, или/и шарики стеклянные, или/и селикагель, или/и цеолит. 12. Устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что в качестве конденсированного вещества в емкости выбрана жидкость. 13. Устройство для ограничения действия взрыва взрывного устройства в замкнутом объеме, содержащее размещенную в нем емкость с разрушаемой при взрыве оболочкой, заполненную конденсированным веществом, отличающееся тем, что оболочка емкости размещена на расстоянии от стенки корпуса, при этом взрывное устройство установлено внутри емкости. 14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что оболочка емкости с конденсированным веществом расположена симметрично относительно взрывного устройства. 15. Устройство по п. 13 или 14, отличающееся тем, что в качестве конденсированного вещества в емкости выбрано диспергированное вещество. 16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что в качестве диспергированного вещества выбран активированный уголь, или/и шарики стеклянные, или/и селикагель, или/и цеолит. 17. Устройство по п. 13 или 14, отличающееся тем, что в качестве конденсированного вещества в емкости выбрана жидкость.