ВЗРЫВОЗАЩИТНЫЙ КОНТЕЙНЕР Советский патент 1995 года по МПК F42D5/00 

Изобретение относится к технике защиты объектов от воздействия воздушных ударных волн (ВУВ), в частности к устройствам для локализации взрывов.

Известным аналогом устройства для смягчения действия ВУВ является буферная перемычка. Буферная перемычка сооружается поперек подземной выработки из бревен диаметром 180-250 мм или шпал, уложенных крест-накрест с промежутками 200-250 мм. Длина перемычки, очевидно, определяется длиной этих элементов, но обычно не превышает 3 м. Для ослабления очень сильной ВУВ сооружаются две, а иногда и три перемычки. Ослабление ВУВ при этом происходит вследствие частичного ее отражения от элементов перемычки, их обтекания и возникновения при этом вторичных продольных и поперечных волн давления, на что уходит часть энергии ВУВ.

Основными недостатками буферной перемычки являются очевидная громоздкость и материалоемкость конструкции (в противном случае она неэффективна), что делает ее совершенно непригодной в экономичных по массе взрывозащитных контейнерах (ВК).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для локализации взрыва, представляющее собой цилиндрический ВК, торцевые элементы которого защищены амортизаторами, содержащими прикрепленные к оболочке стальные перегородки (деформирующие элементы), а также сотовые и пенопластовые прослойки (деформируемые элементы). Последние предназначены для защиты торцевых элементов от разрушения взрывом путем поглощения его энергии при сжатии перегородками (если произойдет деформация или отрыв перегородок от оболочки).

Недостатками прототипа являются повышенная материалоемкость, сложность конструкции и невозможность доступа внутрь ВК после взрыва. Кроме того, наличие громоздких амортизаторов, уменьшающих полезный объем ВК и образующихся при взрыве газообразных продуктов высокотемпературного разложения (сублимации) пенопластовых энергопоглотителей в амортизаторах, существенно повышает квазистатическое давление внутри ВК, что снижает его надежность.

Целью изобретения является повышение надежности за счет ослабления воздействия ВУВ на его торцевые элементы.

Сущность изобретения заключается в том, что во взрывозащищенном контейнере, содержащем цилиндрическую оболочку, закрытую торцевыми элементами, перед каждым из которых к оболочке прикреплена перегородка с центральным круглым отверстием, радиус отверстия r в перегородке при ее удалении S от геометрического центра оболочки и L - от торцевого элемента выбран из соотношений:
7h≅r ≅0,5R (1)
S ≅R (2)
L>rM (3) где h - толщина перегородки;
R - радиус рабочей полости ВК;
М - расчетное число Маха для воздуха за фронтом ВУВ.

Перегородки, прикрепленные к оболочке ВК, находятся на пути ВУВ и, взаимодействуя с ней, выполняют роль своеобразных экранов, прикрывающих торцевые элементы, каждая из них, во-первых, отбирает часть энергии ВУВ на собственную деформацию и, во-вторых, обуславливает полную разгрузку ВУВ и преобразование ее в плавный газодинамический поток. Последний, достигнув торцевого элемента, уже не представляет для него опасности, т.к. воздействует на него значительно слабее и мягче, чем ВУВ. Следовательно, защита перегородками торцевых элементов ВК от прямого воздействия ВУВ исключает возможность их разрушения и таким образом повышает надежность ВК. При этом для того, чтобы разгрузка ВУВ была принципиально возможна и эффективна, необходимо, чтобы параметры перегородки удовлетворяли условию (1), чтобы перегородка не испытывала опасного бризантного воздействия сдетонировавшего ВВ, необходимо выполнение условия (2), а чтобы на пути от перегородки к торцевому элементу ВУВ успела преобразоваться в плавный газодинамический поток - выполнение условия (3). Использование перегородок вместо амортизаторов заметно упрощает конструкцию ВК и в нем отсутствуют материалоемкие, громоздкие и способные к сублимации элементы, приводящие к повышению квазистатического давления (и "загрязняющие" исследуемые продукты взрыва). Центральное отверстие в перегородках не препятствует доступу внутрь ВК после взрыва.

На фиг. 1 схематично изображен стальной транспортабельный ВК; на фиг. 2 - схема работы перегородки; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2.

ВК (фиг. 1) имеет цилиндрическую оболочку 1 с R=155 мм и плоские торцевые элементы: крышку 2 и дно 3, подключенные радиальными ребрами 4. На удалении S= 160 мм от центра взрыва и L=144 мм от дна и крышки к оболочке приварены перегородки 5 с h=4 мм, имеющие центральное отверстие с r=50 мм. Крышка ВК снабжена загрузочным люком, горловина 6 которого герметично закрывается заглушкой 7 на упорной резьбе. В центре оболочки расположен заряд ВВ 8, прикрепленный к раструбу 9 на конце полого стержня с находящимся внутри него подрывным кабелем, подключенным к электродетонатору внутри заряда ВВ и к герметичному электроразъему 10 на заглушке. Противоположный конец стержня прикреплен к установочному диску 11, прижатому заглушкой к горловине. После герметизации ВК на электродетонатор через разъем подается импульс тока высокого напряжения, вызывающий детонацию ВВ. При необходимости открыть ВК после взрыва заглушка ослабляется и через зазоры в резьбе избыточное давление из ВК стравливается в атмосферу, после чего заглушка свинчивается с горловины.

Масса ВК при толщине оболочки 4 мм составляет ≈140 кг, взрывостойкость при однократном взрывном нагружении - до 228 г тротила (ТНТ) или 200 г ТГ50/50 (сплав тротила с гексагеном).

Ослабление воздействия ВУВ на торцевые элементы ВК, например на дно, происходит следующим образом (фиг. 2).

После того, как произошла детонация сферического заряда ВВ, например, из ТГ50/50 массой 200 г (его радиус составляет 31 мм), в полости ВК, в результате сложных газодинамических процессов, формируются первичные ВУВ 1, устремляющимся с высокой скоростью (несколько километров в секунду) к его торцевым элементам, в частности ко дну 2. Поскольку у оболочки ВК 3 акустический импеданс на несколько порядков выше, чем у среды за фронтом ВУВ, она движется практически без боковой разгрузки, т.е. без существенных потерь энергии. На ее пути находится перегородка 4, которая, во избежание опасного бризантного воздействия взрыва, удалена от его центра согласно условию (2). Достигнув перегородки, в данном случае со скоростью D=3200 м/с ВУВ взаимодействует с ней, как с преградой. При этом часть ВУВ деформирует (прогибает) перегородку, теряя энергию, а остальная часть ВУВ входит в отверстие в перегородке, так как выполнено условие (1). В противном случае ВУВ была заперта перегородкой, и, действуя как на сплошную преграду, могла бы разрушить перегородку, в результате торцевой элемент подвергся бы не только ударно-волновому, но и опасному осколочному воздействию фрагментами перегородки.

Часть ВУВ, прошедшая в отверстие, отрывается от перегородки, вследствие высокой скорости движения и, потеряв контакт с жесткой границей, испытывает интенсивную боковую разгрузку в полости между перегородкой и торцевым элементом ВК. При этом часть сжатого воздуха и продуктов детонации ВВ на фронтов ВУВ, расширяясь, разлетается в радиальном направлении от оси отверстия и неразгрузившаяся область за фронтом ВУВ принимает форму конуса 5, именуемого конусом Маха (его основанием является отверстие, а вершина направлена к торцевому элементу). В результате ВУВ теряет значительную часть энергии и трансформируется в плавный газодинамический поток, импульс которого имеет гораздо меньшую амплитуду и значительно более растянут во времени, чем импульс исходной ВУВ. Этот поток воздействует на торцевой элемент значительно слабее и мягче, чем ВУВ. Следовательно, для эффективной защиты торцевого элемента от ВУВ необходимо, чтобы за перегородкой, на пути к торцевому элементу ВУВ успела разгрузиться, т.е. чтобы расстояние L между перегородкой и торцевым элементом было большим высоты конуса Маха, что и выражает условие (3). В данном случае M = (ϕ_э+1)/ = 2,65 (параметр γ_эопределяется по таблицам из справочника (Кузнецов Н.М. Термодинами- ческие функции и ударные адиабаты воздуха при высоких температурах. - М: Машиностроение, 1965) и высота конуса Маха составляет не более rМ=133 мм, что вполне удовлетворяет условию (3).

После разгрузки части ВУВ за перегородками из их отраслей устремляются к центру ВК волны разрежения, частично разгружающие сжатую среду перед перегородками. Затем в результате интерференции волн давления и разрежения в центральной области ВК формируются вторичные, уже существенно ослабленные волны давления, которые при взаимодействии с перегородками еще более ослабляются. Повторяясь в дальнейшем, эти процессы быстро затухают и ВК устанавливается некое квазистатическое давление, постепенно снижающееся вследствие остывания смеси продуктов детонации с воздухом.

Изобретение относится к технике защиты объектов от воздействия воздушных ударных волн (ВУВ), в частности к устройствам для локализации взрывов. Цель изобретения - повышение надежности за счет ослабления воздействия воздушной ударной волны. Контейнер содержит цилиндрическую оболочку, закрытую торцевыми элементами, перед каждым из которых к оболочке прикреплена перегородка с центральным отверстием. Задача решается путем выбора радиуса отверстия в перегородке, ее удаления от геометрического центра оболочки и от торцевого элемента в соответствии с условиями, установленными экспериментально. Приближаясь к торцевому элементу, ВУВ взаимодействует с перегородкой. При этом часть энергии ВУВ затрачивается на деформацию перегородки. Проникнув за перегородку через отверстие в ней. ВУВ испытывает боковую разгрузку, теряет значительную часть энергии и преобразуется в плавный газодинамический поток, не опасный для торцевого элемента. 3 ил.

ВЗРЫВОЗАЩИТНЫЙ КОНТЕЙНЕР, содержащий цилиндрическую оболочку, закрытую торцевыми элементами, перед каждым из которых к оболочке изнутри прикреплена перегородка с центральным круглым отверстием, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет ослабления воздействия воздушной ударной волны на торцевые элементы, радиус отверстия r в перегородке при ее удалении S от геометрического центра оболочки и удалении l от торцевого элемента выбран из соотношений
7h ≅ r ≅ 0,5R;
S ≥ R;
L > rM,
где h - толщина перегородки;
R - радиус рабочей полости оболочки;
M - расчетное число Маха для воздуха за фронтом воздушной ударной волны.