ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ, ЖИДКИХ ИЛИ СЫПУЧИХ СРЕД Российский патент 2015 года по МПК G21F1/00 

Изобретение относится к области защитных устройств резервуаров для хранения газообразных, жидких и сыпучих сред, в том числе радиоактивных, ядовитых, агрессивных, углеводородных, включая горючесмазочные и другие материалы, с многофункциональной защищающей способностью от поражающих факторов оружия ближнего боя, снарядов малокалиберных автоматических пушек калибра до 40 мм, осколков артиллерийских снарядов, кумулятивных гранат ручных противотанковых гранатометов (далее - средства поражения).

Авторами выбрано направление создания высокоэффективного средства защиты за счет комплексирования защитных элементов различного функционального назначения, их разнесения и сочетания в определенном порядке, применения для их изготовления не сложных и не трудоемких технологических процессов, простых конструктивных элементов и недорогих материалов.

В разных областях техники применяются различные устройства и способы защиты от средств поражения.

Известно изобретение "Противогранатометное и противопульное защитное устройство" (патент России №2122702, опубл. 27.11.1998 г.).

Устройство размещается перед защищаемым объектом и состоит из металлических амортизирующих сеток, например панцирных или сетки-рабицы, установленных под углом друг к другу на расстоянии между ними более длины фанаты. Металлические сетки штор имеют различную величину ячеек и находятся в свободном ненатянутом состоянии.

Вместе с тем, устройство обладает низкими противопульными характеристиками из-за ненормированности величины ячеек и недостаточной прочности материала амортизирующих сеток.

Известно также "Устройство для защиты от пуль стрелкового оружия и реактивных кумулятивных гранат гранатометов” (патент России 2193744, опубл. 19.02.2001 г.).

Устройство включает защитные элементы в виде экранов, выполненных из сеток, причем все или часть сеток выполнена из арамидных волокон.

Известно, что предел прочности нитей из арамидных волокон значительно выше, чем у стали, но при обстреле пулями со стальным сердечником и с заостренной оживальной частью прочностные свойства нитей не реализуются из-за бокового смещения нитей при взаимодействии средства поражения с экраном. Вследствие указанных факторов, при обстреле подобными боеприпасами, интегральные защитные свойства описанного устройства не приемлемы для практического применения.

Известна бронезащита от пуль со стальным сердечником, включающая взводные экраны, выполненные из металлических сеток с величиной ячеек от половины до одного калибра пули, причем сетка выполнена из проволоки с твердостью не менее твердости сердечника пули по патенту России №2204107, опубл. 19.02.2001 г.

Существенным недостатком данного устройства является низкая живучесть сетчатого экрана. Это связано с тем, что при повышении твердости материала сетки снижается ее пластичность, а следовательно, увеличивается зона хрупких разрушений.

Известно также устройство защиты легких бронированных машин от противотанковых кумулятивных гранат, включающее элементы динамической защиты, установленные на основной броне машин, отличающееся тем, что каждый элемент динамической защиты представляет собой дополнительную броневую плиту, тыльная сторона которой снабжена амортизационным материалом и в которой выполнены четыре полости для установки попарно под углом друг к другу четырех чашек с пороховым зарядом в нижней части, соединенным с пьезоэлектрическим взрывателем, выше порохового заряда в чашках расположен слой мелких осколков в заливке, который прикрыт влагостойкой крышкой, при этом дополнительная броневая плита соединена при помощи болтов с двухслойным контактным экраном, каждый слой которого представляет заменяемую металлотканевую основу, верхняя и нижняя части каждого слоя расположены под углом, а между собой слои соединены жестким металлическим каркасом и разнесены на расчетное расстояние, причем электрические кабели в бронированной оплетке подведены к двухслойному контактному экрану, а источником электрической энергии является бортовая сеть машины (патент России №2260765, опубл. 20.09.2005 г.).

Недостатком данного устройства является применение взрывчатого вещества, которое накладывает ограничения по области его применения. Если наличие пороха на боевой машине в боевых условиях вполне допустимо, то применение его в мирное время на неохраняемых объектах недопустимо. Кроме того, применение в составе устройства взрывчатого вещества связано с повышенными мерами безопасности, а наличие источника питания и разветвленной сети электропроводов снижают его живучесть.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство, описанное в патенте России на полезную модель №71946, зарегистрированную 27.03.2008 г., представляющее собой топливозаправочный модуль с элементами защиты, включающее топливный резервуар, выполненный в виде «саркофага», включающий железобетонный каркас с расположенным внутри его стальным резервуаром и топливораздаточную колонку, расположенных на едином фундаменте, которое выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является его ограниченная защищающая способность, так как железобетонный каркас обеспечивает защиту только от пуль стрелкового оружия калибра до 7,62 мм, в то время как в распоряжении террористических групп имеются более мощные средства поражения, включая кумулятивные гранаты ручных противотанковых гранатометов. Кроме того, железобетонный каркас выполнен монолитным и представляет собой единое целое с защищаемым резервуаром, имеет большую массу и низкую ремонтопригодность.

Поставленная задача решается разработкой комплексированного многофункционального защитного устройства, обладающего антитеррористическими свойствами и эффективной защищающей способностью резервуаров для хранения газообразных, жидких и сыпучих сред, в том числе радиоактивных, ядовитых, агрессивных, углеводородных, включая горюче-смазочные и другие материалы от средств поражения, основанных на различных физических принципах воздействия.

Предлагаемое устройство защиты в своем составе имеет по меньшей мере два типа экранов, установленных в определенной последовательности и разнесенных на расчетные конструктивные расстояния друг от друга.

Первый тип экрана выполнен «прозрачным» и представляет собой решетку, сваренную из стального прутка с твердостью не ниже твердости стального термоупрочненного сердечника винтовочной пули калибра 7,62 мм. При этом ячейки решетки имеют квадратную форму, а их размеры являются нормированными величинами и составляют не более 2/3 диаметра кумулятивной воронки гранаты ручного противотанкового гранатомета.

Второй тип экрана выполнен сплошным и представляет собой сплошную плиту, изготовленную из армированного высокопрочного фиброжелезобетона или другого материала, не поддерживающего горение с параметрами, не уступающими физико-механическим характеристикам фиброжелезобетона. Для обеспечения необходимых прочностных характеристик и снижения массы сплошных экранов в качестве фибры в бетон добавляют синтетический материал с высокими механическими свойствами.

Предпочтительная толщина сплошных экранов составляет 50 мм. Однако для обеспечения необходимого уровня защищенности от наиболее мощных средств поражения, например снарядов малокалиберных автоматических пушек или осколков осколочно-фугасных снарядов, включая снаряды калибра 100 мм и более, толщина экранов может варьироваться в широких пределах.

Для повышения живучести сплошных экранов при воздействии высокоэнергетических импульсных динамических нагрузок, возникающих при взаимодействии нападающего боеприпаса с поверхностью экрана, применено двухрядное армирование, то есть с обеих сторон на удалении предпочтительно 15 мм от наружных стенок сплошных экранов устанавливается армировочная сетка, выполненная методом сварки из стальной нержавеющей проволоки диаметром не менее 5 мм с ячейками произвольной формы, например квадратной или ромбовидной. С целью снижения зоны хрупких разрушений размеры ячеек армировочной сетки предпочтительно принимают равной 40*40 мм. В необходимых случаях величина ячеек может варьироваться.

Экраны крепятся к резервуару при помощи стальных стяжных болтов диаметром не менее 20 мм и продолговатых гаек высотой не менее 50 мм, закрепленных к наружной стенке резервуара посредством упрочняющих балок, выполненных из равнопрочного швеллера с параллельными гранями полок номером не менее 5П. Упрочняющие балки выполняют также другую важную функцию - повышают прочностные характеристики корпуса резервуара и сводят к минимуму вероятность его проломов при фугасном воздействии взрыва гранаты или другого взрывного устройства в непосредственной близости от корпуса резервуара.

Балка крепится при помощи сварного соединения к внешней стенке корпуса резервуара, так, что опоясав резервуар по его периметру, например поперечному, ее концы сходятся в стык друг другу. Соседние балки крепятся параллельно друг другу на удалении предпочтительно 500 мм.

Для обеспечения изгибной жесткости сплошных экранов при воздействии высокоэнергетических импульсных динамических нагрузок гайки крепятся равномерно, на удалении друг от друга не более 500 мм. Для прохождения стяжных болтов в сплошных экранах предусмотрены сквозные отверстия соответствующего диаметра, а в экране-решетке для этой цели предусмотрены кольца.

Учитывая то, что резервуары для хранения газообразных, жидких и сыпучих сред, в том числе радиоактивных, ядовитых, агрессивных, углеводородных, включая горюче-смазочные и другие материалы, имеют разнообразные формы исполнения (квадратные, прямоугольные, круглые, эллипсовидные, в виде железнодорожных цистерн и другие), а их размеры (продольные и поперечные), достигают 10 и более метров, защитные экраны обоих видов:

а) выполняются таким образом, что их профиль копирует форму корпуса защищаемого объекта;

б) экраны выполняются составными, причем отдельные сегменты имеют квадратную, прямоугольную или иную форму с размерами, позволяющими копировать форму корпуса защищаемого резервуара. При этом для обеспечения равной стойкости всей поверхности сплошных экранов стыковочные края соседних сегментов имеют соответствующие стыковочные пазы, а стыки сегментов сплошных экранов соседних уровней имеют боковое смешение относительно друг друга, например, на 300 мм.

Для снижения материальных затрат и трудоемкости изготовления устройства, а также повышения показателей унификации сегменты экранов и элементы крепления экранов к резервуару выполнены взаимозаменяемыми.

Предлагаемое устройство обладает высокой ремонтопригодностью. Восстановление конструкции и функциональных свойств защитного устройства обеспечивается заменой поврежденных сегментов экранов исправными. Применение в качестве армировочного материала стальной нержавеющей проволоки позволяет повысить долговечность сплошных экранов.

Достигаемый положительный эффект (технический результат) заключается в:

1. Обеспечении надежной защиты резервуаров для хранения газообразных, жидких и сыпучих сред, в том числе радиоактивных, ядовитых, агрессивных, углеводородных, включая горюче-смазочные и другие материалы, от средств поражения, основанных на различных физических принципах за счет комплексирования защитных устройств;

2. Обеспечении пожаробезопасности при воздействии пламени открытого огня любого происхождения, включая пламя горящего напалма в непосредственной близости от защищаемого объекта;

3. Обеспечении высокого уровня восстанавливаемости (ремонтопригодности) конструкции устройства и его защищающей способности (функциональных свойств);

4. Снижении объемно-массовых показателей защитного устройства, по сравнении с другими защитными устройствами, имеющими прочие равные показатели защищающей способности;

5. Обеспечении высоких значений коэффициентов применяемости и унификации конструктивных элементов предлагаемого защитного устройства;

6. Снижении материально-технических и финансовых затрат при изготовлении защитных устройств за счет применения недефицитных и недорогостоящих материалов и несложных технологий их изготовления;

7. Обеспечении удобства в обслуживании и эксплуатации защищаемых объектов.

Учитывая многообразие форм конструктивного исполнения резервуаров, применяемых для хранения газообразных, жидких и сыпучих сред, в том числе радиоактивных, ядовитых, агрессивных, углеводородных, включая горюче-смазочные и другие материалы, применение предлагаемого защитного устройства проиллюстрировано на примере резервуара, имеющего прямоугольную форму и защищаемого только с горизонтального направления.

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстирующими материалами частного случая выполнения устройства. На фиг.1 приведен изометрический вид защитного устройства резервуаров. На фиг.2 показан поперечный разрез защитного устройства резервуаров. На фиг.3 и 4 показаны поперечные разрезы узла крепления и стыка сегментов сплошных экранов соответственно.

Защитное устройство резервуара 1 для хранения газообразных, жидких и сыпучих сред, в том числе радиоактивных, ядовитых, агрессивных, углеводородных, включая горюче-смазочные и другие материалы содержит экран-решетку 2, сплошные экраны 3, конструктивные воздушные зазоры 4, болты крепления 5, упрочняющие балки 6, гайки 7, распорные втулки 8, кольца крепления экрана-решетки 9.

Устройство защиты изготавливают следующим образом.

На резервуар, который подлежит защите, устанавливают элементы крепления защитного устройства. Для этого при помощи сварки по всему периметру резервуара, например поперечному, на расстоянии друг от друга предпочтительно 500 мм закрепляют расположенные параллельно друг другу балки из равнополочного швеллера с параллельными гранями полок, по крайней мере, номером 5П так, чтобы «нитки» швеллера полностью опоясали корпус резервуара. При этом швеллеры привариваются к корпусу резервуара гранями наружу. Количество привариваемых балок (швеллеров) определяется размерами защищаемого резервуара. На балки на одинаковом удалении друг от друга, предпочтительно 500 мм, привариваются гайки. Причем гайки на соседних балках привариваются относительно друг друга так, что они образуют прямую линию, параллельную, например, продольной оси резервуара.

На приваренные гайки устанавливают распорные втулки, на которые накладывают сегменты внутреннего сплошного экрана (экрана первого уровня). Сплошные экраны изготавливаются из высокопрочного фиброжелезобетона или другого материала, не поддерживающего горение, с прочностными характеристиками не ниже фиброжелезобетона методом литья с армированием с обеих сторон сеткой, сваренной из стальной проволоки диаметром не менее 5 мм, с ячейками, например, квадратной или ромбовидной формы с нормируемыми размерами, например 40*40 мм. Сетки устанавливаются на удалении от краев стенок экрана предпочтительно на 15 мм. Между экранами устанавливаются распорные втулки высотой 50 мм. Для обеспечения высоких прочностных качеств сплошных экранов и снижения их массы в качестве фибры в бетон добавляют синтетический материал с высокими физико-механическими свойствами. После сборки сплошного экрана первого уровня (внутреннего) устанавливают сплошной экран следующего уровня. Для удобства установки (сборки) сплошных экранов они выполнены составными и состоят из сегментов. При этом края сегментов имеют соответствующие стыковочные пазы, что обеспечивает равную защищающую способность сплошных экранов по всей их площади. Для подъема-снятия сегментов при сборке (разборке) экранов с использованием подъемных устройств на внешней их поверхности вмонтированы рым-захваты. При сборке сплошных экранов следующего уровня сегменты устанавливаются с боковым смещением относительно стыков сегментов сплошного экрана предыдущего уровня, например на 300 мм. Количество последовательно устанавливаемых сплошных экранов определяется исходя из необходимости обеспечения потребного уровня защищенности от потенциальных средств поражения. Для этой цели в комплекте устройства предусматривается соответствующий комплект стяжных болтов.

После установки (сборки) сплошных экранов на распорные втулки устанавливают экран-решетку, который изготавливается из стального термически упрочненного прутка с твердостью, например равной или выше твердости стального термоупрочненного сердечника винтовочной пули калибра 7,62 мм, сваривая их между собой в форме решетки с квадратными ячейками с соблюдением нормируемых величин ячеек, которые должны соответствовать, например, 2/3 диаметра кумулятивной воронки гранаты ручного противотанкового гранатомета, а в местах крепления экрана-решетки привариваются кольца, внутренний диаметр которых соответствует диаметру стяжного болта. Для удобства сборки (разборки) они также изготавливаются составными, из соответствующих сегментов.

После сборки всех конструктивных элементов они стягиваются болтами в единую жесткую конструкцию.

Работа устройства при воздействии средств поражения осуществляется следующим образом.

1. При воздействии средства поражения кинетического типа, например бронебойно-зажигательной винтовочной пули Б-32, являющегося наиболее мощным средством поражения в классе стрелкового оружия калибра до 7.62 мм.

Пуля пролетает «прозрачный» экран-решетку, не причиняя ему вреда, и встречает на своем пути сплошной экран внешнего уровня, который первым воспринимает высокоэнергетическую импульсную динамическую нагрузку в точке соударения баллистического наконечника пули с сплошным экраном. При этом экран поглощает в себя часть кинетической энергии нападающего боеприпаса, ослабляя его пробивную способность. Нападающий боеприпас в точке соударения вызывает в теле сплошного экрана высокоскоростные высокочастотные волновые процессы, которые охрупчивают структуру материала экрана в точке соударения и в непосредственной близости от нее и, как следствие, вызывают его разрушение. Благодаря наличию в структуре экрана армировочного материала, выполненного в виде сетки, зона хрупких разрушений сплошных экранов локализируется границами ее ячейки, сохраняя общую целостность экрана. Очевидно, что зона хрупких разрушения экрана будет тем больше, чем мощнее будет нападающий боеприпас.

С другой стороны, нападающий боеприпас, встретившись со сплошным экраном, получает скоротечный удар и высокодинамичную импульсную нагрузку, в связи с чем в его теле также возбудаются волновые процессы, направленные в обратном движению боеприпаса направлении, которые приведут к снижению его механической прочности, а в ряде случаев и к его разрушению. Проходя через внешний сплошной экран, боеприпас будет терять часть своей кинетической энергии за счет трения, передавая ее экрану и приобретет так называемый угол нутации. Поэтому его разрушающая способность при подходе к следующему сплошному экрану будет уже невысокая. Например, для винтовочной бронебойно-зажигательной пули Б-32 патрона калибра 7,62 мм сплошной экран следующего уровня окажется непреодолимым препятствием, который предотвратит проникновение продуктов взаимодействия пули за тыльную сторону экрана и защитит резервуар. Если же нападающий боеприпас будет большего калибра, например снарядом малокалиберной автоматической пушки, то у него после пробития внешнего сплошного экрана может еще оставаться запас кинетической энергии, достаточный для пробития следующего сплошного экрана. Поэтому для защиты резервуара от снарядов малокалиберных автоматических пушек следует оптимизировать толщину сплошных экранов и (или) их количество.

Защитное устройство подобным образом в равной мере обеспечивает защиту резервуара как от одиночных выстрелов, так и при стрельбе очередями.

2. При воздействии средства поражения кумулятивного типа.

При воздействии кумулятивного боеприпаса, например гранаты ручного противотанкового гранатомета, первым в работу вступает экран-решетка. Граната, попав в ячейку решетки и продолжая движение внутри нее, деформирует баллистический обтекатель и кумулятивную воронку, нарушая их целостность и центровку относительно оси гранаты. В дальнейшем, в зависимости от соотношения ряда факторов (угла подлета, скорости подлета и др.), исход события может иметь, по крайней мере, два возможных варианта.

Первый, когда головной взрыватель гранаты коснется внешнего сплошного экрана и, при сохранении целостности соединений взрывателя и взрывчатого вещества, произойдет подрыв взрывчатого вещества. Однако процесс формирования кумулятивной струи нарушится, так как целостность кумулятивной воронки будет нарушена, что предотвратит последействие ее действия на резервуар. Взрыв вызовет динамическое нагружение защитного устройства за счет фугасного действия взрыва взрывчатого вещества и осколков гранаты, что приведет к частичному повреждению внешнего сплошного экрана с возможным образованием вторичного потока осколков, который совместно с осколками гранаты будет воздействовать на сплошной экран следующего уровня. Однако эти осколки не вызовут разрушение сплошного экрана следующего уровня, так как их ударный импульс будет растягиваться до допустимых уровней, а кинетическая энергия недостаточной, что исключит повреждение защищаемого объекта-резервуара.

Второй, когда, проходя через экран-решетку, граната получит значительное повреждение (разрушится обтекатель, кумулятивная воронка, нарушится связь пьезовзрывателя с взрывчатым веществом и т.д., нарушится общая целостность гранаты). В этом случае подрыва взрывчатого вещества гранаты не будет. Осколки разрушенной гранаты, обладая некоторой кинетической энергией, будут воздействовать на внешний сплошной экран, но не разрушат его, так как они будут взаимодействовать с экраном на некоторой площади соударения, а их кинетическая энергия будет поглощаться экраном, а скорость соударения осколков будет недостаточна даже для пробития сплошного экрана внешнего уровня.

3. При воздействии пламени очага пожара.

При воздействии пламени пожара, в том числе пламени горящего напалма, обладающего температурой горения свыше 1000°C, в непосредственной близости от защищаемого объекта-резервуара, защитное устройство, имея в своей структуре конструктивные воздушные зазоры, будет работать по принципу «термоса», обеспечивая защищаемому резервуару многократную термоизоляцию. Тем самым обеспечивается надежная защита защищаемого объекта от пожара, возникшего в непосредственной близости от него, в том числе с температурой горения 1000°C и более.

После воздействия средств поражения на защищаемый резервуар восстановление целостности конструкции защитного устройства и его защищающей способности производится путем замены поврежденных сегментов экранов исправными, имеющимися в комплекте.

Изобретение относится к средствам защиты от оружия поражения ближнего боя. В защитном устройстве резервуаров для хранения газообразных, жидких и сыпучих сред, в том числе радиоактивных, защита обеспечивается установкой на корпус резервуара «прозрачного» экрана, выполненного в виде решетки из стального прутка, и сплошных экранов, выполненных из армированного высокопрочного не поддерживающего горение материала, например фиброжелезобетона. Сплошные экраны разнесены относительно друг от друга на нормируемые расстояния. Экраны к корпусу резервуара крепятся при помощи болтов и гаек, расположенных равномерно по всему его корпусу на удалении друг от друга не более чем 500 мм и приваренных к балкам, выполненных из швеллера номером не менее 5П и приваренных по периметру корпуса резервуара параллельно друг другу. Технический результат - снижение массы защитного устройства, способность противостоять кумулятивным гранатам ручных противотанковых гранатометов. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Защитное устройство резервуаров для хранения газообразных, или жидких, или сыпучих сред, выполненных в виде «саркофага», содержащего железобетонный каркас с расположенным внутри его стальным резервуаром, отличающееся тем, что оно содержит состоящие из сегментов экран-решетку и по меньшей мере один сплошной экран, выполненный из высокопрочного фиброжелезобетона или другого материала, не поддерживающего горение, с прочностными характеристиками не ниже характеристик фиброжелезобетона, сегменты которого имеют по периметру стыковочные пазы, рым-захваты, расположенные на их внешней поверхности, и двухрядное армирование в виде армировочной сетки, причем экраны крепятся к наружной поверхности защищаемого резервуара при помощи стальных стяжных болтов и гаек, приваренных на упрочняющих балках, и устанавливаются на удалении друг от друга при помощи распорных втулок, образуя многоуровневую конструкцию с межэкранными воздушными конструктивными зазорами.

2. Защитное устройство по п. 1, отличающееся тем, что экран-решетка выполнен методом сварных соединений из стального термоупрочненного металлического прутка диаметром не менее 15 мм и твердостью не ниже твердости стального термоупрочненного сердечника винтовочной пули калибра 7,62 мм, имеет ячейки квадратной формы с размерами не более 2/3 диаметра кумулятивной воронки гранаты ручного противотанкового гранатомета и устанавливается на удалении не менее 200 мм от сплошного экрана внешнего уровня.

3. Защитное устройство по п. 1, отличающееся тем, что сплошные экраны имеют толщину предпочтительно 50 мм, удалены друг от друга и от стенки резервуара на расстояние предпочтительно 50 мм, а стыки сегментов соседних экранов устанавливаются с боковым смещением относительно друг друга, например, 300 мм.

4. Защитное устройство по п. 3, отличающееся тем, что армировочная сетка выполнена методом сварки из стальной нержавеющей проволоки диаметром не менее 5 мм, имеет ячейки произвольной формы, например квадратной или ромбовидной, размеры которых составляют предпочтительно 40*40 мм, и устанавливается на удалении предпочтительно 15 мм от краев стенок сегментов сплошных экранов.

5. Защитное устройство по п. 1, отличающееся тем, что упрочняющие балки изготавливаются из равнопрочного швеллера с параллельными гранями полок номером не ниже 5П и устанавливаются по периметру резервуара, например поперечному, так, что опоясав резервуар, своими концами сходятся в стык друг другу, причем расстояние между параллельно установленными соседними балками составляет предпочтительно 500 мм.

6. Защитное устройство по пп. 1 и 5, отличающееся тем, что стяжные болты имеют диаметр не менее 20 мм, а гайки имеют высоту предпочтительно 50 мм и приварены к упрочняющим балкам равноудаленно друг от друга на расстоянии предпочтительно 500 мм так, что на соседних балках образуют прямую линию, параллельную, например, продольной оси резервуара.