Устройство взрывоподавительное для ёмкостей с взрывоопасными жидкостями Российский патент 2024 года по МПК A62C3/06 B65D90/22 

Изобретение относится к устройствам для заполнения ёмкостей с взрывоопасными жидкостями при хранении и транспортировке с целью подавления взрыва. А также для предотвращения мгновенного воспламенения взрывоопасной паровоздушной смеси в объёме цистерны, топливного бака и распространения пламени.

Известна «Взрывостойкая топливная цистерна» (См. патент РФ № 2411171 от 27.10.2009 г. содержащая корпус в котором внутренняя камера заполнена взрывозащитным материалом, указанный взрывозащитный материал изготовлен из высокопористого материала и помещён в модули в виде многослойного рулона, причём в модуле предусмотрена жесткая опорная часть для фиксации и поддержки этого модуля, при этом множество модулей упорядочено вставлены во внутреннюю камеру цистерны.

К недостаткам известной топливной цистерны можно отнести высокую стоимость и сложную конструкцию модулей, состоящую из множества деталей, а также большие размеры модуля, что уменьшает объём топлива, нефтесодержащих продуктов или другой взрывоопасной жидкости помещаемых в цистерну для хранения или перевозки.

Известен «Неметаллический противовзрывной шар» (См. патент РФ № 2680325 от 19.02.2019 г. Бюл. № 5) взятый в качестве прототипа содержащий экваториальное кольцо, по меньшей мере, один продольный лист, южно-полярное кольцо, северо-полярное кольцо, первую усиливающую деталь, вторую усиливающую деталь и третью усиливающую деталь (т.е. перегородки). Экваториальное кольцо расположено перпендикулярно продольному листу; южно-полярное кольцо и северо-полярное кольцо находятся с двух сторон экваториального кольца соответственно; южно-полярное кольцо находится на одном конце продольного листа, а северо-полярное кольцо находится на другом конце продольного листа. Экваториальное кольцо, южно-полярное кольцо и северо-полярное кольцо являются соосными.

К недостаткам известного противовзрывного шара можно отнести высокую вероятность возникновения статического напряжения между ёмкостью и взрывоопасной жидкостью за счёт появления продольных и/или поперечных волн, появляющихся при транспортировке жидкости в ёмкости из-за слабой возможности перенаправлять и гасить эти волны, препятствовать их появлению при транспортировке. Так как устройство выполнено цельным оно, в силу конструктивных особенностей, разделяет образующиеся волны - как бы «разрезает» их, при этом инерция движения волн частично сохраняется и возмущение в жидкости остаётся, соответственно, велика вероятность возникновения статического напряжения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно создание взрывоподавительного устройства простого в изготовлении, с надёжной самонесущей конструкцией, уменьшающего вероятность возникновения статического напряжения за счёт постепенного поэтапного рассекания, плавного перенаправления и гашения образующихся волн взрывоопасной жидкости в ёмкости, препятствуя их появлению при транспортировке.

Поставленный технический результат достигается использованием сочетания общих с прототипом известных признаков, включающих каркас, выполненный в форме сферы с экваториальным кольцом и новых признаков, заключающихся в том, что каркас выполнен в виде двух соединённых полых полусфер, поверхность которых выполнена в виде сетчатого каркаса из совокупности перегородок, формирующих многогранные ячейки-отверстия, и соединённых с экваториальными кольцами, при этом во внутреннем пространстве соединённых полусфер свободно, с возможностью вращения, смонтирована осевая крыльчатка с, по меньшей мере, тремя лопастями.

Полусферы соединены друг с другом посредством клея устойчивого к нефтепродуктам или сварки, или замковым соединением, выполненным на экваториальных кольцах в виде чередующихся отверстий и шипов, равноудалённых друг от друга, или посредством их сочетания.

Лопасти крыльчатки изготовлены прямыми или изогнутыми в одном направлении и выполнены вдоль своей оси вращения или под углом к ней.

Наружный контур лопастей крыльчатки выполнен эквидистантно внутренней сферической поверхности соединённых полусфер.

Новизной предлагаемого изобретения является то, что каркас выполнен в виде двух соединённых полых полусфер, поверхность которых выполнена в виде сетчатого каркаса из совокупности перегородок, формирующих многогранные ячейки-отверстия, и соединённых с экваториальными кольцами, при этом во внутреннем пространстве соединённых полусфер свободно, с возможностью вращения, смонтирована осевая крыльчатка с, по меньшей мере, тремя лопастями.

Признак выполнения каркаса в виде двух соединённых полых полусфер обеспечивает простоту конструкции устройства и простоту его изготовления. Упрощается изготовление пресс-формы для изготовления полусфер и достаточно одной, поскольку полусферы одинаковые. Полусферы легко вынимать из пресс-форм, что увеличивает производительность и уменьшает количество брака.

Признак выполнения поверхности каждой полусферы в виде сетчатого каркаса из совокупности перегородок, формирующих многогранные ячейки-отверстия, и соединённых с экваториальными кольцами обеспечивает получение устройства с надёжной самонесущей конструкцией, выдерживающей внешнее давление, позволяющей сохранить целостность устройства. Наличие сетчатого каркаса обеспечивает возможность постепенного, поэтапного гашения силы волны. Волна встречаясь с сетчатым каркасом рассекается и это лишь первый этап гашения волны, он предварительный.

Признак монтажа во внутреннем пространстве соединённых полусфер, свободно с возможностью вращения, осевой крыльчатки с, по меньшей мере, тремя лопастями обеспечивает способность устройства не просто рассекать образовавшуюся волну на несколько мелких потоков, но и плавно перенаправлять их в разных направлениях. Также наличие крыльчатки во внутреннем пространстве соединённых полусфер, обеспечивает второй этап гашения волны при контакте, уже частично разделённых, волн с лопастями крыльчатки. При этом, в отличии от прототипа, наличие крыльчатки с возможностью свободного вращения расширяет диапазон перенаправления и рассеивания мелких потоков, одновременно сглаживает момент столкновения волны с лопастями. Именно возможность крыльчатки свободно вращаться обеспечивает плавное перенаправление мелких потоков в разные стороны и тем самым гасит образовавшуюся волну, препятствует её появлению, и как следствие уменьшает вероятность возникновения статического напряжения между ёмкостью и взрывоопасной жидкостью при транспортировке.

Признак соединения полусфер друг с другом посредством клея устойчивого к нефтепродуктам или сварки, или замковым соединением, выполненным на экваториальных кольцах в виде чередующихся отверстий и шипов, равноудалённых друг от друга, или посредством их сочетания, способствует простоте изготовления устройства, надёжности соединения и возможности использования при его сборке одинаковых полусфер с надёжной самонесущей конструкцией.

Признак изготовления лопастей крыльчатки прямыми или изогнутыми в одном направлении и выполненными вдоль своей оси вращения или под углом к ней является признаком дополнительным, способствующим достижению поставленного технического результата. Так, выполнение лопастей крыльчатки под углом к своей оси способствует дополнительному закручиванию мелких потоков, задаёт разнонаправленные направления их движению и тем самым разрушает структуру и направление основного потока - волны. Выполнение лопастей крыльчатки вдоль своей оси разделяют и плавно перенаправляют потоки без закручивания и проще в изготовлении. Выполнение лопастей изогнутыми в одном направлении расширяет диапазон рассеивания и перенаправления мелких потоков способствуя увеличению сопротивления образованию волн.

Признак выполнения наружного контура лопастей крыльчатки эквидистантно внутренней сферической поверхности соединённых полусфер, способствует свободному вращению крыльчатки во внутренней полсти соединённых полусфер, при этом охватывает максимально возможное расстояние во внутреннем пространстве соединённых полусфер, что способствует большему захвату перенаправляемой взрывоопасной жидкости.

Таким образом, именно совокупность указанных выше признаков обеспечивает достижение поставленного изобретением технического результата: создание взрывоподавительного устройства простого в изготовлении, с надёжной самонесущей конструкцией, уменьшающего вероятность возникновения статического напряжения за счёт рассекания, плавного перенаправления и гашения образующихся волн взрывоопасной жидкости в ёмкости, препятствуя их появлению при транспортировке.

Поскольку предложенное сочетание признаков не известно из существующего уровня техники и не вытекает из него явным образом - позволяет получить более высокий технический результат, то предлагаемые существенные признаки и их сочетание можно считать имеющими изобретательский уровень.

Согласно проведенных патентно-информационных исследований, сочетания известных и новых признаков предлагаемого изобретения в источниках патентной и научно - технической информации не обнаружено, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.

Описание осуществления предлагаемого изобретения позволяет отнести его к промышленно выполнимым.

На фиг. 1 схематично показано устройство с крыльчаткой, лопасти которой изогнуты в одном направлении и выполнены под углом к своей оси вращения.

На фиг. 2 схематично показано устройство с крыльчаткой, лопасти которой изогнуты в одном направлении и выполнены вдоль своей оси вращения.

На фиг. 3 схематично показана полая полусфера, выполненная в виде сетчатого каркаса, с экваториальным кольцом.

На фиг. 4 схематично показана крыльчатка с изогнутыми в одном направлении лопастями, выполненными вдоль своей оси вращения.

На фиг. 5 схематично показана крыльчатка с прямыми лопастями, выполненными вдоль своей оси вращения.

На фиг. 6 схематично показана крыльчатка с прямыми лопастями, выполненными под углом к своей оси вращения.

Устройство 1 взрывоподавительное состоит из двух соединённых полых полусфер 2 и 3, поверхность которых выполнена в виде сетчатого каркаса из совокупности перегородок 4, формирующих многогранные ячейки-отверстия 5, и соединяющихся с экваториальными кольцами 6 и 7, при этом во внутреннем пространстве соединённых полусфер 2 и 3, с возможностью свободного вращения, выполнена осевая крыльчатка 8 с тремя лопастями 9. Полусферы 2 и 3 соединены друг с другом замковым соединением, выполненным на экваториальных кольцах 6 и 7 в виде чередующихся отверстий 10 и шипов 11 равноудалённых друг от друга. Лопасти 9 крыльчатки 8 выполнены вдоль своей оси 12 вращения и изогнуты в одном направлении. Наружный контур 13 лопастей 9 крыльчатки 8 выполнен эквидистантно внутренней сферической поверхности соединённых полусфер 2 и 3. Устройство взрывоподавительное изготавлено из пластмассы стойкой к агрессивным средам и нефтепродуктам, а именно из стеклонаполненного полиамида.

Статическое электричество в жидкостях возникает благодаря появлению двойных электрических слоёв на границах раздела жидкость - твёрдое тело. При этом создаётся разность потенциалов, и электроны переходят от одного материала к другому. Величина образовавшегося напряжения зависит от расстояния между материалами после разделения и находится в диапазоне от 10^-6 до 10⁴ В. Чем больше различаются диэлектрические свойства материалов, тем интенсивнее происходит разделение и накопление зарядов. Возникновение статического электричества может привести к накоплению очень большого заряда и в конце концов к разряду в виде искры. Это может стать причиной пожара или взрыва в пожароопасной или взрывоопасной среде.

Устройство взрывоподавительное изготовили из двух полых полусфер, во внутреннем пространстве которых разместили крыльчатку. Поскольку полусферы одинаковые понадобилась одна пресс-форма. Простота конструкции устройства обеспечила простоту изготовления полусфер, крыльчатки и их сборку. Полусферы легко вынимали из пресс-формы, а после размещения крыльчатки соединяли их друг с другом посредством замкового соединения. При этом полусферы располагали так, чтобы шип на экваториальном кольце одной полусферы был напротив отверстия экваториального кольца другой полусферы. После сборки, готовые устройства плотно разместили в ёмкости для перевозки топлива.

Поскольку пространство в верхней части цистерны заполнено газовоздушной взрывоопасной смесью, то при транспортировке при соударениях топлива или иных колебаниях, в цистерне возникают продольные и/или поперечные волны взрывоопасной жидкости и как следствие - статическое напряжение, которое может привести к взрыву. Заполнение всего объёма цистерны взрывоподавительными устройствами предотвращает взрывы при транспортировке топлива, вызванные возникновением статического напряжения, так как снижают вероятность возникновения статического напряжения в цистерне при транспортировке. Устройство перенаправляет потоки взрывоопасной жидкости как на поверхности, так и внутри объёма жидкости в разных направлениях. Благодаря выполнению устройства в виде сетчатого каркаса с размещённой внутри крыльчаткой конструкция получается надёжной и самонесущей, выдерживает внешнее давление и сохраняет целостность устройства. При транспортировке во время возникновения продольных и/или поперечных волн в цистерне, образовавшиеся волны рассекаются изначально сетчатым каркасом полусфер, после чего ещё рассекаются лопастями крыльчаток и плавно перенаправляются ими. Поскольку крыльчатка выполнена с возможностью свободного движения, она увеличивает диапазон перенаправления и рассеивания мелких потоков. В отличие от заявленной конструкции, прототип выполнен цельной конструкцией и при заполнении цистерны устройства - неметаллические шары не всегда могут повернуться, перенаправить волну и сгладить силу волны при соприкосновении с перегородками. При такой конструкции волны просто ударяются о перегородки и разбиваются. Инерция движения волн частично сохраняется и возмущение в жидкости остаётся, соответственно, остаётся большая вероятность возникновения статического напряжения. В предлагаемом же конструктивном решении волны гасятся постепенно поэтапно: сначала при столкновении с каркасом, потом при контакте с лопастями крыльчатки. При этом, крыльчатки всегда осуществляют перенаправление мелких потоков и всегда поворачиваясь сглаживают силу волны при соприкосновении с лопастями, поскольку крыльчатки находятся в пространстве соединённых полусфер - они не касаются друг друга. А изогнутые лопасти крыльчаток задают возникшим мелким потокам различные направления движения отличные от начального направления волны. Поскольку вся цистерна заполнена такими устройствами, то множество перенаправленных мелких потоков сталкивались и, таким образом, гасили друг друга.

При этом, поскольку устройство выполнено из стеклонаполненного полиамида оно обладает высокими прочностными характеристиками и теплостойкое, оно способно поглощать тепло, выделяемое при горении. Таким образом, даже в случае возгорания по иным сторонним причинам, уменьшается температура после реакции горения и снижается степень расширения газов реакции. Повышение давления внутри цистерны ограничивается, и скорость сгорания не может достичь предела скорости для взрыва, благодаря чему достигается цель взрывоподавления. При этом, даже в случае возникновения взрыва, устройство взрывоподавительное эффективно сдерживает распространение пламени и быстро ослабляет волну взрывного давления.

На предприятии изготовлена опытная партия устройств предлагаемой конструкции и проведены испытания, показавшие надёжность устройства. В ближайшее время будет принято решение о запуске в массовое производство устройства предлагаемой конструкции.

Устройство взрывоподавительное включает каркас, выполненный в форме сферы с экваториальным кольцом, образованной двумя соединенными полыми полусферами. Поверхность полусфер выполнена в виде сетчатого каркаса из совокупности перегородок, формирующих многогранные ячейки-отверстия и соединённых с экваториальными кольцами. Во внутреннем пространстве соединённых полусфер свободно, с возможностью вращения, смонтирована осевая крыльчатка с, по меньшей мере, тремя лопастями. Обеспечивается создание взрывоподавительного устройства, простого в изготовлении, с надёжной самонесущей конструкцией, уменьшающего вероятность возникновения статического напряжения за счёт постепенного поэтапного рассекания, плавного перенаправления и гашения образующихся волн взрывоопасной жидкости в ёмкости, препятствуя их появлению при транспортировке. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство взрывоподавительное для ёмкостей с взрывоопасными жидкостями, включающее каркас, выполненный в форме сферы с экваториальным кольцом, отличающееся тем, что каркас выполнен в виде двух соединённых полых полусфер, поверхность которых выполнена в виде сетчатого каркаса из совокупности перегородок, формирующих многогранные ячейки-отверстия и соединённых с экваториальными кольцами, при этом во внутреннем пространстве соединённых полусфер свободно, с возможностью вращения, смонтирована осевая крыльчатка с, по меньшей мере, тремя лопастями.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полусферы соединены друг с другом посредством клея, устойчивого к нефтепродуктам, или сварки, или замковым соединением, выполненным на экваториальных кольцах в виде чередующихся отверстий и шипов, равноудалённых друг от друга, или посредством их сочетания.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лопасти крыльчатки изготовлены прямыми или изогнутыми в одном направлении и выполнены вдоль своей оси вращения или под углом к ней.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что наружный контур лопастей крыльчатки выполнен эквидистантно внутренней сферической поверхности соединённых полусфер.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство выполнено из пластмассы, стойкой к агрессивным средам и нефтепродуктам.