ВЗРЫВОЗАЩИТНАЯ РАЗРУШАЮЩАЯСЯ КОНСТРУКЦИЯ КОЧЕТОВА ДЛЯ ОГРАЖДЕНИЯ ОСОБО ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2015 года по МПК E04B1/92 

Изобретение относится к взрывозащитным устройствам, применяющимся во взрывоопасных объектах.

Известен взрывной клапан [1] (рис.4 на стр.45), состоящий из корпуса, футерованного грузового затвора, подвижно соединенного с корпусом клапана посредством не менее трех гибких связей в виде цепей и перекрывающего отверстие в корпусе защищаемого объекта. В верхней части корпуса клапана размещен теплоизоляционный элемент и герметизирующая мембрана из алюминиевой фольги или из полимерного материала, которая прижимается к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом разрывного элемента (проволоки), который крепится своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней части корпуса клапана.

Недостатком известного устройства является то, что мембрана используется для герметизации клапана, т.е. она является практически полностью разгруженной и на давление срабатывания клапана существенного влияния не оказывает.

Известен предохранительный клапан [2] (рис.2 на стр.44), состоящий из корпуса, на котором расположен футерованный огнеупорным материалом грузовой затвор в виде насыпного слоя щебня, гравия или песка, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта.

Недостаток известного устройства - мембрана является практически полностью разгруженной и не влияет на давление срабатывания клапана.

Известна противовзрывная панель [3], которая состоит из бронированного металлического каркаса с бронированной металлической обшивкой и наполнителем - свинцом. В покрытии объекта у проема симметрично относительно оси заделаны четыре опорных стержня, телескопически вставленные в неподвижные патрубки-опоры, заделанные в панели. Для фиксации предельного положения панели к торцам опорных стержней приварены листы-упоры, а опорные стержни выполнены упругими.

Недостаток известного устройства - опорные упругие стержни недостаточно надежны из-за отсутствия демпфирующих устройств.

Известны предохранительные разрушающиеся конструкции ограждения [4, 5] безфонарных зданий (организованно разрушающаяся конструкция - ОРК), в которых отсутствуют оконные проемы, и состоят они из железобетонных панелей размером 6000×1800 мм. Панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей. Неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер (200×150 мм), размещенных по контуру ОРК. Разрушающаяся часть выполнена в виде, по крайней мере, двух коаксиально расположенных ниш (углублений в стене здания), одна из которых, внешняя, образована плоскостями правильной четырехугольной усеченной пирамиды с прямоугольным основанием, а другая - внутренняя, представляет собой две наклонные поверхности, соединенные ребром, с образованием паза, при этом толщина стены от ребра до внешней поверхности ограждения здания должна быть не менее δ=20 мм. За счет этих пазов в стене здания при воздействии ударной, взрывной нагрузки этот участок стены может быть разделен на отдельные части. Соединение разрушающихся частей панели в пазах производится арматурой с таким расчетом, чтобы плиты не деформировались при перевозке, монтаже и ветровой нагрузке.

Недостаток известных устройств - опорные упругие стержни недостаточно надежны из-за отсутствия демпфирующих устройств.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является противовзрывная панель по патенту РФ №131757, Кл. Е04В 1/92 (прототип), состоящая из бронированного металлического каркаса с бронированной металлической обшивкой и наполнителем - свинцом. В покрытии объекта у проема заделаны четыре опорных стержня, телескопически вставленные в неподвижные патрубки-опоры, заделанные в панели. Для фиксации предельного положения панели к торцам опорных стержней приварены листы-упоры.

Недостаток известного устройства - опорные упругие стержни недостаточно надежны из-за отсутствия демпфирующих устройств.

Технически достижимый результат - повышение надежности и эффективности срабатывания разрушающихся взрывозащитных устройств при аварийном взрыве на объекте.

Это достигается тем, что во взрывозащитной разрушающейся конструкции для ограждения особо опасных производственных объектов, содержащей железобетонные панели размером 6000×1800 мм, панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей, при этом неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер, размещенных по контуру разрушающейся части, а разрушающаяся часть выполнена в виде по крайней мере двух коаксиально расположенных углублений в стене здания, одна из которых, внешняя, образована плоскостями правильной четырехугольной усеченной пирамиды с прямоугольным основанием, а другая - внутренняя, представляет собой две наклонные поверхности, соединенные ребром, с образованием паза, при этом толщина стены от ребра до внешней поверхности ограждения здания должна быть не менее δ=20 мм, при этом при воздействии ударной, взрывной нагрузки этот участок стены может быть разделен на отдельные части, а напротив разрушающейся части, с внешней стороны ограждения здания, расположен защитный экран из материала повышенной прочности, например бронебойного материала, который закреплен на по крайней мере трех горизонтально расположенных и перпендикулярных ограждению здания стержнях, по концам которых закреплены диски и которые проходят сквозь отверстия в защитном экране, причем диски, расположенные с правой стороны стержней, замурованы в ограждения здания, а в диски с левой стороны стержней упираются упругие элементы, подпирающие защитный экран к ограждению здания.

На фиг.1 представлена общая схема взрывозащитной разрушающейся конструкции для ограждения особо опасных производственных объектов, на фиг.2 - схема упругих элементов, подпирающих защитный экран, в виде предохранительного пакета тарельчатых упругих элементов.

Взрывозащитная разрушающаяся конструкция для ограждения особо опасных производственных объектов (фиг.1) безфонарных зданий (организованно разрушающаяся конструкция - ОРК), в которых отсутствуют оконные проемы, состоит из железобетонных панелей 1 размером 6000×1800 мм. Панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей. Неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер 9 (200×150 мм), размещенных по контуру ОРК. Разрушающаяся часть выполнена в виде по крайней мере двух коаксиально расположенных ниш (углублений в стене здания), одна из которых, внешняя, образована плоскостями 2, 3, 4, 5 правильной четырехугольной усеченной пирамиды с прямоугольным основанием, а другая - внутренняя, представляет собой две наклонные поверхности 6 и 7, соединенные ребром 8, с образованием паза, при этом толщина стены от ребра 8 до внешней поверхности ограждения здания должна быть не менее δ=20 мм. За счет этих пазов в стене здания при воздействии ударной, взрывной нагрузки этот участок стены может быть разделен на отдельные части. Соединение разрушающихся частей панели в пазах производится арматурой (на чертеже не показано) с таким расчетом, чтобы плиты не деформировались при перевозке, монтаже и ветровой нагрузке.

Напротив разрушающейся части, с внешней стороны ограждения здания, расположен защитный экран 11 (фиг.2) из материала повышенной прочности.

Упругие элементы, подпирающие защитный экран, выполнены в виде предохранительного пакета тарельчатых упругих элементов (фиг.2) для защитного экрана разрушающейся части взрывозащитного ограждения здания, которая состоит из железобетонной панели 10, в которую жестко замурован базовый диск 15 несущего (опорного) стержня 13 предохранительного пакета тарельчатых упругих элементов. Несущий стержень 13 жестко и перпендикулярно закреплен к замурованному в железобетонной панели 10 базовому диску 15. Защитный экран 11 через герметизирующую прокладку 12 устанавливается на четыре несущих стержня 14 (на фиг.2 показан предохранительный пакет тарельчатых упругих элементов, установленный на одном из четырех несущих стержней 13). К защитному экрану 11 жестко и перпендикулярно одним из своих концов закреплена направляющая втулка 17, соосная с несущим стержнем 13 и охватывающая его с зазором, а второй конец направляющей втулки 17 входит с зазором в соосное с ней отверстие 20 упорной крышки 16 пакета тарельчатых упругих элементов. Упорная крышка 16 фиксируется на свободном резьбовом конце несущего стержня 13 с помощью стопорной шайбы 21 и гайки 14. Пакет тарельчатых упругих элементов состоит из последовательно соединенных тарельчатых упругих элементов 18 и 19, внутренняя поверхность центральных отверстий которых взаимодействует с соосно расположенной с ними направляющей втулкой 17, а каждый упругий элемент тарельчатого типа содержит тарельчатую упругую поверхность в виде усеченного конуса, большие основания которых попарно упираются друг в друга, образуя пакет, зафиксированный на направляющей втулке 17.

Взрывозащитная разрушающаяся конструкция для ограждения особо опасных производственных объектов работает следующим образом.

Для большинства газовоздушных смесей (ГВС) максимальное давление взрыва в замкнутом объеме составляет 0,7÷1,0 МПа, т.е. в 6÷9 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. Истечение газа в атмосферу приводит к снижению избыточного давления в помещении. Степень снижения давления зависит от площади ПК, закономерностей их вскрытия, вида ГС, характера загазованности помещения, его объемно-планировочного решения и других факторов.

Имеются решения ПК в виде облегченных сбрасываемых стеновых панелей. Эти панели крепятся к каркасу здания таким образом, чтобы при сравнительно небольшом избыточном давлении, возникающем в помещении при взрывном горении ГС, обеспечивалось разрушение креплений и отделение панелей от каркаса. В результате сброса стеновых панелей ликвидируется определенная часть наружного ограждения помещения. В покрытиях сооружения ПК могут устраиваться в виде облегченных плит, перекрывающих заранее предусмотренные проемы. Освобождение этих проемов осуществляется в результате подъема плит под действием нагрузки, возникающей при взрывном горении ГС. Значительный интерес представляют организованно разрушающиеся конструкции (ОРК). Вскрытие ОРК происходит в результате разрушения плит при взрывном горении. Разрушение плит происходит в местах размещения специальных пазов. Толщина слоя бетона в пазу δ=20 мм. Рассмотренные типы ОРК при действии нагрузок быстро разрушаются, не образуя при этом обломков, хорошо сохраняют тепло в отапливаемых зданиях и изготавливаются с использованием существующей технологической оснастки. ОРК представляют собой железобетонные панели размером 6000×1800 мм. Панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей. Неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер (200×150 мм), размещенных по контуру. Плиты имеют ослабленные участки за счет прямолинейных, треугольных в поперечном сечении пазов. За счет этих пазов плита при воздействии нагрузки может быть разделена на отдельные части. Соединение разрушающихся частей панели в пазах производится арматурой с таким расчетом, чтобы плиты не деформировались при перевозке, монтаже и ветровой нагрузке.

Получена формула для определения потребной площади таких проемов:

где V_o - свободный объем помещения, м³;

α - коэффициент интенсификации горения;

w_н - нормальная скорость распространения пламени в смеси стехиометрического состава, м/с;

ρ - плотность газов, истекающих из проемов, кг/м³;

ε - степень теплового расширения продуктов сгорания;

Δр_доп - допускаемое давление в помещении (5 кПа).

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

Предохранительный пакет тарельчатых упругих элементов для защитного экрана разрушающейся части взрывозащитного ограждения зданий работает следующим образом.

Взрывозащитная разрушающаяся конструкция ограждения (фиг.1) безфонарных зданий (организованно разрушающаяся конструкция - ОРК), в которых отсутствуют оконные проемы, состоит из железобетонных панелей размером 6000×1800 мм. Разрушающаяся часть панелей выполнена в виде по крайней мере двух коаксиально расположенных ниш (углублений в стене здания), а напротив разрушающейся части, с внешней стороны ограждения здания, расположен защитный экран 11 (фиг.2) из материала повышенной прочности, например бронированного материала, который закреплен на по крайней мере четырех горизонтально расположенных и перпендикулярных ограждению здания стержнях 13, по концам которых закреплены предохранительные пакеты тарельчатых упругих элементов.

Разрушение железобетонных панелей и плит происходит в местах размещения специальных пазов. Толщина слоя бетона в пазу δ=20 мм. Неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер (200×150 мм), размещенных по контуру. Плиты имеют ослабленные участки за счет прямолинейных, треугольных в поперечном сечении пазов. За счет этих пазов плита при воздействии взрывной нагрузки может быть разделена на отдельные части, которые ударяют с большой силой в защитный экран 11, выполненный из материала повышенной прочности, например бронированного материала. При этом защитный экран 11 движется по несущим стержням 13 вместе с направляющими втулками 17, сжимая при этом упругие элементы тарельчатого типа 18 и 19, которые, в свою очередь, упираются в упорную крышку 16 пакета, гася энергию взрывной волны и предотвращая вылет осколков разрушающейся части панелей и плит наружу, т.е. обеспечивая тем самым безопасность находящихся вне разрушающегося здания производственных объектов и людей.

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

Источники информации

1. Кочетов О.С. Методика расчета требуемой площади сбросного отверстия взрывозащитного устройства. Журнал «Пожаровзрывобезопасность», №6, 2009, стр.41-47.

2. Кочетов О.С. Расчет взрывозащитных устройств. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №4, 2010, стр.43-49.

3. Кочетов О.С, Стареева М.О. Противовзрывная панель. Патент РФ на изобретение №2458212. Опубликовано 10.08.2012. Бюллетень изобретений №22.

4. Сошенко М.В., Шмырев В.И., Стареева М.О., Кочетов О.С. Способ взрывозащиты производственных зданий. Патент РФ на изобретение №2471936. Опубликовано 10.01.2013. Бюллетень изобретений №1.

5. Кочетов О.С, Акатьев В.А., Шмырев В.И., Тюрин М.П., Сошенко М.В., Стареева М.О. Предохранительная разрушающаяся конструкция ограждения зданий. Патент РФ на изобретение №2459912. Опубликовано 27.08.2012. Бюллетень изобретений №24.

Изобретение относится к взрывозащитным устройствам, применяющимся во взрывоопасных объектах. Технический результат - повышение надежности и эффективности срабатывания разрушающихся взрывозащитных устройств при аварийном взрыве на объекте. Это достигается тем, что во взрывозащитной разрушающейся конструкции для ограждения особо опасных производственных объектов, содержащей железобетонные панели размером 6000×1800 мм, панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей, при этом неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер, размещенных по контуру разрушающейся части, а разрушающаяся часть выполнена в виде по крайней мере двух коаксиально расположенных углублений в стене здания, одна из которых, внешняя, образована плоскостями правильной четырехугольной усеченной пирамиды с прямоугольным основанием, а другая - внутренняя, представляет собой две наклонные поверхности, соединенные ребром, с образованием паза, при этом толщина стены от ребра до внешней поверхности ограждения здания должна быть не менее δ=20 мм, при этом при воздействии ударной, взрывной нагрузки этот участок стены может быть разделен на отдельные части, а напротив разрушающейся части, с внешней стороны ограждения здания, расположен защитный экран из материала повышенной прочности, например бронебойного материала, который закреплен на по крайней мере трех горизонтально расположенных и перпендикулярных ограждению здания стержнях, по концам которых закреплены диски и которые проходят сквозь отверстия в защитном экране, причем диски, расположенные с правой стороны стержней, замурованы в ограждения здания, а в диски с левой стороны стержней упираются упругие элементы, подпирающие защитный экран к ограждению зданий. 2 ил.

Взрывозащитная разрушающаяся конструкция для ограждения особо опасных производственных объектов, содержащая железобетонные панели размером 6000×1800 мм, панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей, при этом неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер, размещенных по контуру разрушающейся части, а разрушающаяся часть выполнена в виде по крайней мере двух коаксиально расположенных углублений в стене здания, одна из которых, внешняя, образована плоскостями правильной четырехугольной усеченной пирамиды с прямоугольным основанием, а другая - внутренняя, представляет собой две наклонные поверхности, соединенные ребром, с образованием паза, при этом толщина стены от ребра до внешней поверхности ограждения здания должна быть не менее δ=20 мм, при этом при воздействии ударной, взрывной нагрузки этот участок стены может быть разделен на отдельные части, а площадь разрушающейся части проемов вычисляется по формуле
$$F=\frac{4\sqrt[3]{{{\displaystyle v}}_0^2\alpha {{\displaystyle w}}_{н}\sqrt{\rho \left(\epsilon -1\right)}}}{\sqrt{{{\displaystyle \Delta p}}_{доп}}}$$
где V_o - свободный объем помещения, м³; α - коэффициент интенсификации горения; w_н - нормальная скорость распространения пламени в смеси стехиометрического состава, м/с; ρ - плотность газов, истекающих из проемов, кг/м³; ε - степень теплового расширения продуктов сгорания; Δр_доп - допускаемое давление в помещении (5 кПа), а напротив разрушающейся части, с внешней стороны ограждения здания, расположен защитный экран из материала повышенной прочности, например бронированного материала, который закреплен на по крайней мере трех горизонтально расположенных и перпендикулярных ограждению здания стержнях, по концам которых закреплены диски и которые проходят сквозь отверстия в защитном экране, причем диски, расположенные с правой стороны стержней, замурованы в ограждения здания, а в диски с левой стороны стержней упираются упругие элементы, подпирающие защитный экран к ограждению зданий, при этом углубления в стене здания, одна из которых, внешняя, образована плоскостями правильной четырехугольной усеченной пирамиды с прямоугольным основанием, а другая - внутренняя, представляет собой две наклонные поверхности, соединенные ребром, заполнены теплозвукопоглощающим материалом и закрыты декоративной, легко разрушающейся при взрыве, панелью, отличающаяся тем, что упругие элементы, подпирающие защитный экран к ограждению зданий, выполнены в виде предохранительного пакета тарельчатых упругих элементов для защитного экрана разрушающейся части взрывозащитного ограждения зданий, каждый из которых содержит несущий стержень, один конец которого жестко замурован посредством базового диска несущего стержня в железобетонной панели, а на другом, свободном конце несущего стержня размещен пакет упругих элементов для защитного экрана, несущий стержень жестко и перпендикулярно закреплен к замурованному в железобетонной панели базовому диску, а защитный экран через герметизирующую прокладку устанавливается на четыре несущих стержня, при этом к защитному экрану жестко и перпендикулярно одним из своих концов закреплена направляющая втулка, соосная с несущим стержнем и охватывающая его с зазором, а второй конец направляющей втулки входит с зазором в соосное с ней отверстие упорной крышки пакета тарельчатых упругих элементов, которая фиксируется на свободном резьбовом конце несущего стержня с помощью стопорной шайбы и гайки, а пакет тарельчатых упругих элементов состоит из последовательно соединенных тарельчатых упругих элементов, внутренняя поверхность центральных отверстий которых взаимодействует с соосно расположенной с ними направляющей втулкой, причем каждый упругий элемент тарельчатого типа содержит тарельчатую упругую поверхность в виде усеченного конуса, большие основания которых попарно упираются друг в друга, образуя пакет, зафиксированный на направляющей втулке.