Способ определения условий перехода горения взрывчатых материалов в детонацию Российский патент 2020 года по МПК G01N25/54 

Изобретение относится к области пожаро-взрывобезопасности и может использоваться для получения исходных данных при проектировании взрывобезопасной аппаратуры и разработке мероприятий, предотвращающих разрушительные последствия аварийных загораний при переработке, хранении и транспортировке взрывчатых материалов (ВМ), а также при исследовании причин аварий с ними.

Известен ряд способов определения склонности порошкообразных ВМ, находящихся в вертикальных емкостях, к переходу горения во взрыв.

Так по способу /1/ критические значения высоты слоя ВМ и давления в очаге поджигания определяют посредством проведения серии измерений давления при поджигании ВМ у дна вертикально стоящей трубы, частично заполненной ВМ, и находят точку излома зависимости максимального давления в очаге от высоты слоя ВМ.

Аналогичный способ /2/ включает заполнение ВМ вертикально установленной трубы диаметром не менее 400 мм до некоторой высоты и поверх него сыпучим инертным материалом (ИМ) с массой, превышающей массу ВМ в 1,5…4,0 раза, поджигание ВМ от закрытого нижнего торца трубы, определение результата испытания. Измерения повторяют, увеличивая высоту слоя ВМ и ИМ, пока не будет достигнут взрыв, а критическую высоту слоя ВМ - Н_кр определяют по высотам слоев ВМ и ИМ (Н_вм)_кр и (Н_им)_кр в этом испытании, используя соотношение Н_кр=(Н_вм)_кр+(Н_им)_кр ρ_им/ρ_вм, где ρ_вм - насыпная плотность ВМ; ρ_им - насыпная плотность ИМ.

Общим недостатком данных способов является необходимость в большом расходе ВМ для проведения необходимых испытаний (измерений), что влечет во-первых повышенную опасность при подготовке и проведении испытаний, а во-вторых повышенное загрязнение окружающей атмосферы продуктами горения/взрыва испытываемого ВМ. Кроме того, осуществление способа /2/ требует подбора инертного материала, имитирующего наличие вышележащих слоев ВМ в трубе, близкого к соответствующему ВМ по физико-механическим свойствам, - размеру частиц, плотности, теплопроводности и т.п., что зачастую весьма затруднительно.

В работах /3, 4/ описаны способы определения условий перехода горения во взрыв порошкообразных взрывчатых веществ в длинных (с большим соотношением длины к диаметру) горизонтально расположенных металлических трубах. Эти способы требует значительно меньшего расхода ВМ, по сравнению с вышеописанными, однако не лишены и отдельных недостатков. Так, например, судя по описанию, способ /3/ для осуществления при горизонтальном расположении трубы требует полного заполнения ее канала ВМ с насыпной плотностью, что ограничивает возможности способа.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения условий перехода горения ВМ в детонацию (ПГД), представленный в работе /4/, включающий размещение слоя ВМ с заданной линейной плотностью в канале трубы с большим соотношением длины к диаметру, инициирование в заданном месте его горения и регистрацию условий ПГД по степени дробления трубы, а также звуковым эффектам, сопутствующим горению и взрыву (детонации).

Недостатки у данного способа следующие:

- способ не универсален, и применим только при условии горизонтального расположения как канала, так и размещенного в нем исследуемого ВМ;

- сложность обеспечения равномерной укладки слоя ВМ в канале трубы при больших соотношениях L/d (L - длина канала, d - его диаметр), существенно сказывающейся на линейной плотности ВМ в канале, а также на параметре S/σ, где σ=π⋅d²/4 - площадь сечения канала трубы, a S - площадь сегмента поперечного сечения слоя ВМ в трубе.

В работе /4/ убедительно показано, что при увеличении соотношения L/d (уменьшении d/L) и увеличении параметра S/σ вероятность ПГД возрастает. В первом случае затрудняется отток газов из канала трубы, во втором, по крайней мере формально, увеличивается плотность заряжания, растет максимально возможное давление взрыва. Поэтому равномерная по длине линейная плотность ВМ в канале (определяемая толщиной укладки его слоя) является важным фактором обеспечения точности в определения условий перехода горения ВМ во взрыв/детонацию.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение диапазона применения и обеспечение универсальности способа, с одновременным повышением информативности испытаний ВМ и точности в определении условий перехода их горения в детонацию.

Решение задачи достигается тем, что в известном способе определения условий перехода горения взрывчатых материалов - ВМ в детонацию, включающем размещение слоя ВМ с заданной линейной плотностью в канале трубы с большим соотношением длины к диаметру, инициирование в заданном месте его горения и регистрацию условий ПГД, в соответствии с изобретением в качестве слоя ВМ с заданной линейной плотностью используют шнуровой (линейный) заряд с легкосгораемой оболочкой с сердцевиной из исследуемого ВМ.

Необходимость и достаточность вышеуказанного отличительного признака предложенного технического решения может быть пояснена следующим образом.

Использование шнурового (линейного) заряда с сердцевиной из исследуемого ВМ с заданной линейной плотностью, и с легкосгораемой оболочкой, в качестве частично заполняющего канал трубы слоя ВМ позволяет:

- во-первых, обеспечить равномерную по длине линейную плотность ВМ в канале трубы, что является важным фактором обеспечения точности в определения условий перехода горения ВМ во взрыв/детонацию;

- во-вторых, дать возможность исследования процессов и условий перехода горения ВМ во взрыв/детонацию не только в горизонтальных каналах, но также и в наклонных, а также непрямолинейных, что обеспечит универсальность способа и расширение диапазона его применения.

Шнуровой (линейный) заряд ВМ может изготавливаться известными способами как с традиционной круглой формой сечения, так и, например, сегментного профиля заданной высоты. В качестве легкосгораемой оболочки заряда может использоваться пропитанная солью-окислителем (например KNO₃) папиросная (сигаретная) бумага, нитроцеллюлоза, полиэтилен с ультрадисперсным наполнителем - солью-окислителем, и т.п.

Также при осуществлении способа могут применяться трубы с каналами различного сечения - круглого, овального (эллиптического), квадратного, прямоугольного и т.п.

При необходимости для обеспечения различных значений параметра S/σ в канале трубы могут одновременно размещаться несколько шнуровых зарядов ВМ.

Изобретение поясняется следующей графической информацией:

На фиг. 1 схематично в разрезе представлено размещение шнурового (линейного) заряда ВМ в канале трубы при осуществлении способа.

На фиг. 2 - пример размещения в канале трубы нескольких шнуровых зарядов ВМ.

На фиг. 3 - пример размещения в канале трубы линейного заряда ВМ с сегментным профилем сечения.

Для упрощения изображения средства воспламенения заряда ВМ в канале и подводящая к ним энергию электропроводка условно не показаны.

Числовыми позициями на иллюстрациях обозначено: 1 - канал в трубе; 2 - шнуровой (линейный) заряд ВМ; 3 - легкосгораемая оболочка заряда.

Способ осуществляется следующим образом.

При проведении испытаний ВМ, - исследований условий перехода его горения в детонацию, в канале трубы 1 размещают шнуровой (линейный) заряд ВМ 2 с легкосгораемой оболочкой 3.

При необходимости воспламенения заряда ВМ 2 внутри канала 1 трубы, источник воспламенения, например, нагреваемую электрическим током нихромовую проволоку совместно с подводящим электроэнергию проводом, стыкуют со шнуровым зарядом 2 в заданном месте предварительно, перед его размещением в канале трубы 1. Если же воспламенение заряда планируется осуществлять с его торца, источник воспламенения стыкуется с зарядом 2 непосредственно перед применением.

Трубу с размещенным в ее канале 1 шнуровым (линейным) зарядом ВМ 2 с легкосгораемой оболочкой 3 устанавливают в необходимой пространственной ориентации - вертикально, горизонтально, под заданным углом наклона к горизонтали/вертикали, или же изгибают в нужных местах с приданием ей необходимой пространственной конфигурации, после чего осуществляют воспламенение заряда ВМ 2 в заданном месте.

Будучи легкосгораемой, оболочка 3 заряда ВМ 2 на процесс его горения, - размеры («площадь») фронта горения и возможность уноса с продуктами реакции непрореагировавших полностью частиц ВМ, практически влияния оказывать не будет.

При определенных соотношениях L/d канала 1 трубы, а также параметре S/σ, определяющем площадь поперечного сечения канала, занятого зарядом ВМ 2, реализуется процесс ПГД, регистрацию которого осуществляют по степени дробления трубы, а также по звуковым эффектам, сопутствующим горению и взрыву (детонации).

Таким образом предложенный способ определения условий перехода горения взрывчатых материалов в детонацию является более универсальным и обладает более широким диапазоном применения по сравнению со способом-прототипом, т.к. позволяет исследовать/испытывать ВМ в каналах различной пространственной ориентации. А благодаря возможности обеспечения равномерной по длине канала линейной плотности заряда ВМ, и как следствие, равномерного отношения сечения заряда к сечению канала по всей его длине, естественно повышается информативность и точность получаемых результатов.

Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:

1) Патент РФ №1790760, G01N 25/54, Способ определения склонности порошкообразных взрывчатых материалов к переходу горения во взрыв, 1992

2) Патент РФ №2037814, G01N 25/54, Способ определения склонности порошкообразных взрывчатых материалов к переходу горения во взрыв в больших объемах, 1995

3) B.C. Завьялов, Б.Н. Кондриков Воспламенение и взрыв порошкообразных взрывчатых веществ в длинных металлических трубах. - М.: Труды МХТИ им. Д.И. Менделеева // Вопросы теории конденсированных взрывчатых систем. - 1980. - Вып. 112. - С. 82-90.

4) Б.Н. Кондриков, Ю.Д. Рябикин, С.П. Смирнов, Л.К. Чекалина, Я.В. Алымова Переход горения в детонацию слоя порошкообразного ВВ в трубах больших размеров - Новосибирск: Физика горения и взрыва №5, 1992 г., с. 66-71 - прототип.

Изобретение относится к области пожаро-взрывобезопасности и может использоваться для получения исходных данных при проектировании взрывобезопасной аппаратуры и разработке мероприятий, предотвращающих разрушительные последствия аварийных загораний при переработке, хранении и транспортировке взрывчатых материалов (ВМ), а также при исследовании причин аварий с ними. Предложен способ определения условий перехода горения взрывчатых материалов в детонацию (ПГД), который включает размещение слоя ВМ с заданной линейной плотностью в канале трубы, инициирование в заданном месте его горения и регистрацию условий ПГД. В качестве слоя ВМ с заданной линейной плотностью используют шнуровой (линейный) заряд с легкосгораемой оболочкой с сердцевиной из исследуемого ВМ. В канале трубы одновременно могут размещаться несколько шнуровых (линейных) зарядов ВМ. Канал трубы и шнуровой или линейный заряд ВМ могут иметь некруглое сечение. В качестве легкосгораемой оболочки шнурового (линейного) заряда ВМ могут использоваться пропитанная солью-окислителем (например, KNO₃) папиросная или сигаретная бумага, нитроцеллюлоза, полиэтилен с ультрадисперсным наполнителем - солью-окислителем и т.п. материалы. Технический результат - расширение диапазона применения и обеспечение универсальности способа с одновременным повышением информативности испытаний ВМ и точности в определении условий перехода их горения в детонацию. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения условий перехода горения взрывчатых материалов (ВМ) в детонацию (ПГД), включающий размещение слоя ВМ с заданной линейной плотностью в канале трубы, инициирование в заданном месте его горения и регистрацию условий ПГД, отличающийся тем, что в качестве слоя ВМ с заданной линейной плотностью используют шнуровой или линейный заряд с легкосгораемой оболочкой, с сердцевиной из исследуемого ВМ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шнуровой или линейный заряды ВМ выполнены с формой сечения сегментного профиля заданной высоты.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в канале трубы одновременно размещают несколько шнуровых или линейных зарядов ВМ.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве легкосгораемой оболочки шнурового или линейного заряда ВМ используются пропитанная солью-окислителем (например, KNO₃) папиросная или сигаретная бумага, нитроцеллюлоза, полиэтилен с ультрадисперсным наполнителем - солью-окислителем или аналогичные по физико-механическим и химическим свойствам материалы.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шнуровой или линейный заряд ВМ размещают в канале некруглого сечения.