RU2459050C1 - Method to select opening size for blast relief element of structure and its weight designed to protect buildings and structures against explosions - Google Patents
Method to select opening size for blast relief element of structure and its weight designed to protect buildings and structures against explosions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2459050C1 RU2459050C1 RU2011114245/03A RU2011114245A RU2459050C1 RU 2459050 C1 RU2459050 C1 RU 2459050C1 RU 2011114245/03 A RU2011114245/03 A RU 2011114245/03A RU 2011114245 A RU2011114245 A RU 2011114245A RU 2459050 C1 RU2459050 C1 RU 2459050C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vessel
- pressure
- hole
- valve
- blast
- Prior art date
Links
- 238000004880 explosion Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims description 35
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 13
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 7
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007907 direct compression Methods 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам безопасности в чрезвычайных ситуациях и может быть использовано для взрывозащиты зданий, сооружений, а также технологического оборудования.The invention relates to safety systems in emergency situations and can be used for explosion protection of buildings, structures, as well as technological equipment.
Технологический процесс некоторых производств связан с возможным выделением и скоплением в производственном помещении паров горючих жидкостей, газов или пылей, которые, смешиваясь с воздухом в определенных концентрациях, образуют взрывоопасную среду,- такие производства относятся к категориям А, Б или Е по взрывной и взрывопожарной опасности.The technological process of some industries is associated with the possible emission and accumulation in the production room of vapors of flammable liquids, gases or dusts, which, when mixed with air in certain concentrations, form an explosive atmosphere, such industries belong to categories A, B or E for explosive and fire hazard .
Взрыв газо-, паро- и пылевоздушных смесей вызывает повреждение зданий и оборудования. В качестве защиты зданий от разрушения в них часть ограждающих конструкций выполняют легкосбрасываемыми или легкоразрушающимися.Explosion of gas, steam and dust-air mixtures causes damage to buildings and equipment. As protection of buildings from destruction in them, part of the enclosing structures is performed with easily erasable or easily destructible ones.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является взрывозащитное устройство по патенту РФ №2379569 (прототип), содержащее корпус клапана, затвор, теплоизолирующий и разрывной элементы.The closest technical solution to the claimed object is an explosion-proof device according to the patent of the Russian Federation No. 2379569 (prototype), containing a valve body, a shutter, heat insulating and explosive elements.
Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность срабатывания из-за отсутствия сравнительных испытаний на модельных объектах.A disadvantage of the known solution is the relatively low reliability of operation due to the lack of comparative tests on model objects.
Задачей заявленного объекта является следующее: по допускаемому давлению необходимо подобрать требуемую площадь отверстия и допустимый вес (массу) легкосбрасываемых (разрушающихся) ограждающих устройств на единицу площади ограждаемого проема (отверстия).The objective of the claimed object is the following: according to the permissible pressure, it is necessary to select the required hole area and the permissible weight (mass) of easily erased (collapsing) enclosing devices per unit area of the enclosed opening (hole).
Технический результат - повышение эффективности защиты зданий, сооружений, а также технологического оборудования от взрывов путем увеличения быстродействия и надежности срабатывания с помощью разрушающихся элементов конструкций и оценкой эффективности легкосбрасываемых ограждающих взрывозащитных устройств при аварийном режиме на объекте, и обеспечение возврата этих конструкций в исходное положение после взрыва.The technical result is an increase in the efficiency of protection of buildings, structures, as well as technological equipment from explosions by increasing the speed and reliability of operation with the help of collapsing structural elements and evaluating the effectiveness of easily resettable enclosing explosion-proof devices in emergency mode at the facility, and ensuring the return of these structures to their original position after the explosion .
Это достигается тем, что способ подбора размера отверстия для легкосбрасываемого элемента конструкции и его массы, предназначенного для защиты зданий и сооружений от взрывов, заключается в том, что во взрывной камере осуществляют взрыв паров горючей жидкости посредством воспламенения горючей смеси от электрической искры свечи зажигания и определяют параметры взрыва, а взрывную камеру оснащают легкосбрасываемым элементом, который устанавливают в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, параллельно с механическим индикатором давления с тумблером включения двигателя индикатора, а взрывную камеру со свечой зажигания, имеющей кнопку включения зажигания, располагают оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, при этом сосуд комплектуют штуцерами для продувки взрывного сосуда после проведения эксперимента, причем штуцер для заливки горючей жидкости с установленной на нем пробкой, закрепляют в стенке сосуда над контактами свечи зажигания, при этом элементы, участвующие в испытании: индикатор давления, свеча зажигания, штуцер для заливки горючей жидкости, штуцера для продувки взрывного сосуда подбирают по прочности на «разрыв», превосходящей прочность исследуемого легкосбрасываемого элемента не менее чем в два раза, при этом давление взрыва регистрируют механическим индикатором давления, причем после каждого эксперимента производят продувку воздухом внутреннего объема сосуда, а необходимую концентрацию смеси паров с воздухом обеспечивают дозировкой жидкости пипеткой через штуцер, который после заливки жидкости закрывают пробкой, при этом устанавливают такие значения площади отверстия и характеристик легкосбрасываемых конструкций - веса и прочности, чтобы выполнялось условиеThis is achieved by the fact that the method of selecting the size of the hole for an easily ejected structural element and its mass, designed to protect buildings and structures from explosions, consists in the fact that in the explosive chamber an explosion of vapor of a combustible liquid is carried out by igniting the combustible mixture from an electric spark of a spark plug and determine parameters of the explosion, and the explosive chamber is equipped with an easily erasable element, which is installed in the end part of the vessel, closed by a safety shield, in parallel with the mechanical a pressure dictator with a toggle switch for turning on the indicator engine, and an explosive chamber with a spark plug having an ignition button is placed opposite the end part of the vessel closed by a safety shield, while the vessel is equipped with fittings for purging the explosive vessel after the experiment, and the nozzle for pouring combustible liquid with the plug installed on it is fixed in the vessel wall above the contacts of the spark plug, while the elements involved in the test: pressure indicator, spark plug, fitting To fill a flammable liquid, the nozzle for purging the explosive vessel is selected by the “tensile strength” exceeding the strength of the studied easy-to-discharge element by at least two times, while the explosion pressure is recorded by a mechanical pressure indicator, and after each experiment, the vessel is purged with air, and the necessary concentration of the mixture of vapors with air is provided by pipetting the liquid through the nozzle, which, after pouring the liquid, is closed with a stopper, and Which values and characteristics of the aperture area legkosbrasyvaemyh designs - weight and strength to satisfy the condition
ΔРП·ΔРЛ≤ЛРД, где ΔРП=РП-Р0; ΔРЛ=РЛ-Р0; ΔРД - допускаемое давление из условий прочности или несущей способности основных конструкций зданий, МПа; Р0 - атмосферное давление, МПа; РЛ - максимальное давление на стенки при взрыве газо- и паровоздушной смеси в сосуде с отверстием, огражденным легкосбрасываемым элементом, МПа; РП - максимальное давление на стенки при взрыве смеси в полузамкнутом объеме, т.е. отверстие открыто с момента воспламенения, МПа; при этом сначала находят перепад допускаемого давления ΔРД.М для модельной установки по следующей формуле:ΔР П · ΔР Л ≤ЛР Д , where ΔР П = Р П -Р 0 ; ΔP L = P L -P 0 ; ΔР D - permissible pressure from the conditions of strength or bearing capacity of the main structures of buildings, MPa; P 0 - atmospheric pressure, MPa; P L - the maximum pressure on the walls during the explosion of the gas and vapor-air mixture in the vessel with an opening enclosed by an easy-to-discharge element, MPa; P P - the maximum pressure on the walls during the explosion of the mixture in a semi-closed volume, i.e. the hole is open from the moment of ignition, MPa; at the same time, the differential pressure ΔР D.M is first found for the model installation according to the following formula:
где ΔРД.Н - перепад избыточного давления на стенки объема в натурных условиях, МПа; WН - объем сосуда в натурных условиях, м3; WM - объем взрывной камеры модельной установки, м3; dср.H, dср.M - средний диаметр отверстия натуры и модели соответственно, аwhere ΔР D.N - differential pressure over the walls of the volume in natural conditions, MPa; W N - the volume of the vessel in natural conditions, m 3 ; W M is the volume of the explosive chamber of the model installation, m 3 ; d cf. H , d cf. M - the average diameter of the hole of nature and model, respectively, and
затем опытным путем на лабораторной установке определяют требуемую величину Ксб и массу сбрасываемого элемента из условия: Ксб=Sотв/W, где Sотв - площадь отверстия, м2; W - объем взрывной камеры, м3.then empirically determined in a laboratory desired value K sa and the glider mass member from the condition: K = S sb holes / W, where S of holes - hole area, m 2; W is the volume of the explosive chamber, m 3 .
На чертеже представлена схема устройства для осуществления способа подбора размера отверстия для легкосбрасываемого элемента конструкции и его массы, предназначенного для защиты зданий и сооружений от взрывов.The drawing shows a diagram of a device for implementing the method of selecting the size of the hole for an easily discarded structural member and its mass, designed to protect buildings and structures from explosions.
Устройство для осуществления способа подбора размера отверстия для легкосбрасываемого элемента конструкции и его массы, предназначенного для защиты зданий и сооружений от взрывов, состоит из взрывной камеры 1, представляющей собой металлический сосуд объемом, равным 500÷1000 см3 (толщина стенок 7÷8 мм). В верхнем основании сосуда имеется отверстие, перекрываемое легкосбрасываемым элементом 2. Площадь отверстия может меняться путем ввинчивания сменных колец 21. Сбрасываемый элемент 2 перекрывает отверстие в кольце 21, над которым закрепляется защитный экран 3. Второе отверстие перекрывается клапаном 19, который прижимается к отверстию с помощью электромагнита 12 и открывается пружиной 11 при размыкании контактов 4. Усилие прижатия клапана и сжатия пружины устанавливается таким образом, чтобы суммарное усилие было равно допускаемому давлению, умноженному на площадь отверстия клапана, т.е.A device for implementing a method for selecting a hole size for an easily ejected structural member and its mass, intended to protect buildings and structures from explosions, consists of an explosive chamber 1, which is a metal vessel with a volume of 500 ÷ 1000 cm 3 (wall thickness 7 ÷ 8 mm) . In the upper base of the vessel there is an opening overlapped by the easy-to-remove element 2. The area of the opening can be changed by screwing in the replaceable rings 21. The discharge element 2 overlaps the opening in the ring 21, over which the protective shield 3 is fixed. The second opening is blocked by a valve 19, which is pressed against the hole by the electromagnet 12 and opens with a spring 11 when the contacts 4 open. The force of pressing the valve and compressing the spring is set so that the total force is equal to the permissible pressure Multiplied by the valve opening area, i.e.
где Fэ.м - усилие электромагнита, прижимающее клапан к отверстию, Н/м2; Fпр -усилие сжатия пружины, открывающее клапан, Н: Fпр=(10÷15) gm, где g=9,81 м/с2; m - масса сердечника электромагнита с клапаном, кг; Sкл - площадь отверстия клапана, м2.where F em - the force of the electromagnet, pressing the valve to the hole, N / m 2 ; F -usilie direct compression spring, opening the valve, H: F ave = (10 ÷ 15) gm, where g = 9,81 m / s2; m is the mass of the core of the electromagnet with the valve, kg; S CL - the area of the valve opening, m 2 .
Тяговое усилие электромагнита может меняться путем изменения тока через реостат 8 посредством подвижного контакта 9 реостата. Для измерения усилия электромагнита и сжатия пружины предусмотрено параллельное устройство электромагнитного клапана 6, величина тока электромагнита в котором регулируется от того же реостата 8 путем переключения контактов 5. Для настройки требуемой разности усилий электромагнита и пружины имеется динамометр 7. Для образования паровоздушной взрывоопасной смеси в камере имеется пробка-испаритель 18, в которую с помощью бюретки вносится требуемое количество легковоспламеняющейся жидкости, и пробка ввинчивается так, что пары жидкости через окна в стенках пробки-испарителя попадают в камеру и, смешиваясь с воздухом, образуют взрывоопасную смесь.The pulling force of the electromagnet can be changed by changing the current through the rheostat 8 through the movable contact 9 of the rheostat. To measure the force of the electromagnet and the compression of the spring, a parallel device of the electromagnetic valve 6 is provided, the magnitude of the electromagnet current in which is regulated from the same rheostat 8 by switching contacts 5. For setting the required difference in the efforts of the electromagnet and the spring there is a dynamometer 7. For the formation of a vapor-explosive mixture in the chamber vaporizer plug 18, into which the required amount of flammable liquid is introduced using a burette, and the plug is screwed so that the vapor es windows in the walls of the evaporation tube fall into the chamber and mixed with air to form an explosive mixture.
Поджигается смесь электрической искрой 20 от индукционной катушки 14, включается зажигание кнопкой 13. В одной из торцевых (боковых) стенок взрывной камеры 1 имеется отверстие под штуцер 17, в котором закреплена трубка от воздуходувки 15, перекрываемой краном 16. В другой, оппозитно расположенной, торцевой (боковой) стенке взрывной камеры 1 имеется отверстие под штуцер 23 для трубки 22, перекрываемой краном 24, которое служит для поддержания в камере 1 атмосферного давления во время испарения жидкости.The mixture is ignited by an electric spark 20 from the induction coil 14, the ignition is turned on by the button 13. In one of the end (side) walls of the explosive chamber 1 there is an opening for the fitting 17, in which the tube from the blower 15 is blocked by a valve 16. In another, opposite, the end (side) wall of the explosive chamber 1 has an opening for a fitting 23 for the tube 22, which is blocked by a valve 24, which serves to maintain atmospheric pressure in the chamber 1 during liquid evaporation.
Способ подбора размера отверстия для легкосбрасываемого элемента конструкции и его массы, предназначенного для защиты зданий и сооружений от взрывов, осуществляют следующим образом.The method of selecting the size of the hole for an easily discarded structural element and its mass, designed to protect buildings and structures from explosions, is as follows.
При проектировании легкосбрасываемых устройств основная задача состоит в установлении таких значений площади отверстия (проемов) и характеристик легкосбрасываемых конструкций - веса и прочности, чтобы выполнялось условиеWhen designing easily resettable devices, the main task is to establish such values of the area of the hole (openings) and characteristics of easily resettable structures - weight and strength, so that the condition
где ΔРП=РП-Р0; ΔРЛ=РЛ-Р0; ΔРД - допускаемое давление из условия прочности или несущей способности основных конструкций зданий, МПа; Р0 - атмосферное давление, МПа; РЛ - максимальное давление на стенки при взрыве газо- и паровоздушной смеси в сосуде с отверстием, огражденным легкосбрасываемым элементом, МПа; РП - максимальное давление на стенки при взрыве смеси в полузамкнутом объеме, т.е. отверстие открыто с момента воспламенения, МПа.where ΔP P = P P -P 0 ; ΔP L = P L -P 0 ; ΔР D - permissible pressure from the condition of strength or bearing capacity of the main structures of buildings, MPa; P 0 - atmospheric pressure, MPa; P L - the maximum pressure on the walls during the explosion of the gas and vapor-air mixture in the vessel with an opening enclosed by an easy-to-discharge element, MPa; P P - the maximum pressure on the walls during the explosion of the mixture in a semi-closed volume, i.e. the hole is open from the moment of ignition, MPa.
Величина ΔРД должна определяться расчетом конструкций здания на воздействие взрывной нагрузки. При этом ΔРД следует считать заданным. При взрыве в камере небольшого объема давление на стенки сосуда оказывается большим, чем при взрыве в камере большого объема при прочих равных условиях - природы и концентрации горючего газа, площади отверстия на 1 м3 объема, веса легкосбрасываемого ограждающего устройства на 1 м2 площади отверстия. Влияние масштабного фактора становится особенно заметным при переходе от лабораторных условий, т.е. объемов порядка нескольких литров, к натурным условиям, например, к условиям производственных помещений, имеющих объемы порядка нескольких тысяч метров кубических.The value ΔР D should be determined by the calculation of the building structures for the impact of explosive loading. Moreover, ΔP D should be considered given. With an explosion in a small chamber, the pressure on the walls of the vessel turns out to be greater than with an explosion in a large chamber with all other conditions being equal - the nature and concentration of combustible gas, the area of the hole per 1 m 3 of volume, the weight of an easily discharged enclosing device per 1 m2 of the area of the hole. The influence of the scale factor becomes especially noticeable during the transition from laboratory conditions, i.e. volumes of the order of several liters, to natural conditions, for example, to the conditions of industrial premises having volumes of the order of several thousand cubic meters.
Величина давления для условий взрыва в производственных помещениях по опытным данным, полученным на лабораторной установке, приближенно может быть определена по формулеThe pressure for the conditions of the explosion in industrial premises according to the experimental data obtained at the laboratory facility, can be approximately determined by the formula
где ΔРН - избыточное давление на стенки объема в натурных условиях, МПа; ΔРМ - избыточное давление на стенки сосуда на модельной установке, МПа; WН - объем сосуда (помещения) в натурных условиях, м3; WМ - объем взрывной камеры модельной установки, м3; dср.H, dср.M - средний диаметр (размер) отверстия натуры и модели соответственно.where ΔР N - excess pressure on the walls of the volume in natural conditions, MPa; ΔР M - excess pressure on the walls of the vessel on the model installation, MPa; W N - the volume of the vessel (room) in natural conditions, m 3 ; W M - volume of the explosive chamber of the model installation, m 3 ; d cf. H , d cf. M is the average diameter (size) of the hole of nature and model, respectively.
Для заданных условий - объема помещения WН, допускаемого давления РД, природы и концентрации взрывоопасной смеси необходимо определить требуемую площадь отверстия и массу легкосбрасываемого элемента так, чтобы выполнялось условие (2). Для этого сначала из соотношения (2) находят РД.М для модельной установкиFor given conditions - the volume of the room W N , the permissible pressure R D , the nature and concentration of the explosive mixture, it is necessary to determine the required area of the hole and the mass of the easy-to-discharge element so that condition (2) is satisfied. To do this, first from relation (2) find R D.M for the model setup
Затем опытным путем на лабораторной установке следует определить требуемую величину Ксб и массу сбрасываемого элемента из условияThen empirically in a laboratory setup should determine the required value of K sb and the mass of the discharged element from the condition
где Sотв - площадь отверстия, м2; W - объем взрывной камеры, м3.where S of holes - hole area, m 2; W is the volume of the explosive chamber, m 3 .
Защита зданий с помощью легкосбрасываемых или легкоразрушающихся устройств состоит в том, что часть ограждающих конструкций (стен и кровли) делают ослабленными по сравнению с основными конструкциями, разрушение которых привело бы к полному разрушению здания. К легкосбрасываемым или легкоразрушающимся конструкциям относятся окна, если оконные переплеты заполнены обычным оконным стеклом, двери, распашные ворота, фонарные переплеты; конструкции из асбоцементных, алюминиевых и стальных листов с легким утеплителем, специальные плиты покрытия и т.д.Protection of buildings with the help of easily erasable or easily destroyed devices consists in the fact that part of the enclosing structures (walls and roofs) are made weakened in comparison with the main structures, the destruction of which would lead to the complete destruction of the building. Easily erasable or easily collapsing structures include windows if window frames are filled with ordinary window glass, doors, swing gates, lampposts; constructions of asbestos-cement, aluminum and steel sheets with light insulation, special coating plates, etc.
Защитное действие легкосбрасываемых ограждающих конструкций сводится к тому, что они разрушаются в начальной стадии взрыва, когда давление газов (продуктов взрыва) не успело достичь высокого значения и является неопасным для основных (несущих) конструкций. Через проемы, которые образовались в результате разрушения легкосбрасываемых конструкций, избыточные объемы газов (несгоревшей смеси и продуктов взрыва), вытесняются из здания наружу. За счет выброса некоторой части избыточных объемов газа давление и, следовательно, нагрузка на основные конструкции, уменьшается по сравнению с той, которая произошла бы при взрыве такой же смеси в замкнутом объеме.The protective effect of easily ejected building envelopes is that they are destroyed in the initial stage of the explosion, when the pressure of gases (explosion products) has not reached a high value and is harmless to the main (supporting) structures. Through the openings that were formed as a result of the destruction of easily ejected structures, excess volumes of gases (unburned mixture and explosion products) are forced out of the building. Due to the ejection of a certain part of the excess volumes of gas, the pressure and, consequently, the load on the main structures is reduced compared to that which would have occurred if the same mixture had exploded in a closed volume.
Если в здании обеспечить достаточное количество проемов, огражденных легкосбрасываемыми конструкциями и правильно подобрать их вес и прочность, то давление и, соответственно, нагрузка на основные конструкции может быть уменьшена до требуемых величин, устанавливаемых из условия прочности или несущей способности основных конструкций.If a building has a sufficient number of openings enclosed by easily erasable structures and their weight and strength are correctly selected, then the pressure and, accordingly, the load on the main structures can be reduced to the required values established from the condition of strength or bearing capacity of the main structures.
Нормами установлено, что площадь легкосбрасываемых конструкций должна составлять не менее 0,05 м2 на 1 м3 объема взрывоопасного помещения для производств категорий А и Е и не менее 0,03 м2 на 1 м3 - для производств категории Б. Вес легкосбрасываемых конструкций должен составлять не более 120 кГ/м2.The norms established that the area of easily ejected structures should be at least 0.05 m 2 per 1 m 3 of the volume of the explosive room for the production of categories A and E and not less than 0.03 m 2 per 1 m 3 for the production of category B. The weight of the easily ejected structures should be no more than 120 kg / m 2 .
Применяемые для эксперимента приборы и оборудованиеInstruments and equipment used for the experiment
Установка состоит из взрывной камеры 1, представляющей собой металлический сосуд объемом, равным 500÷1000 см3 (толщина стенок 7÷8 мм). В верхнем основании сосуда имеется отверстие, перекрываемое легкосбрасываемым элементом 2. Площадь отверстия может меняться путем ввинчивания сменных колец 21. Второе отверстие перекрывается клапаном 19, который прижимается к отверстию с помощью электромагнита 12 и открывается пружиной 11 при размыкании контактов 4. Усилие прижатия клапана и сжатия пружины устанавливается таким образом, чтобы суммарное усилие было равно допускаемому давлению, умноженному на площадь отверстия клапана, т.е.The installation consists of an explosive chamber 1, which is a metal vessel with a volume equal to 500 ÷ 1000 cm 3 (wall thickness 7 ÷ 8 mm). In the upper base of the vessel there is an opening overlapped by the easy-to-remove element 2. The area of the opening can be changed by screwing in the replaceable rings 21. The second opening is closed by the valve 19, which is pressed against the hole by the electromagnet 12 and opens by the spring 11 when the contacts 4 open. The pressure of the valve and compression the spring is set so that the total force is equal to the permissible pressure multiplied by the area of the valve opening, i.e.
где Fэ.м - усилие электромагнита, прижимающее клапан к отверстию, Н/м2; Fпр - усилие сжатия пружины, открывающее клапан. Н: Fпр=(10÷15) gm, где g=9,81 м/с2; m - масса сердечника электромагнита с клапаном, кг; Sкл - площадь отверстия клапана, м2.where F em - the force of the electromagnet, pressing the valve to the hole, N / m 2 ; F CR - the compression force of the spring, opening the valve. N: F CR = (10 ÷ 15) gm, where g = 9.81 m / s 2 ; m is the mass of the core of the electromagnet with the valve, kg; S CL - the area of the valve opening, m 2 .
Тяговое усилие электромагнита может меняться путем изменения тока через реостат 8. Для измерения усилия электромагнита и сжатия пружины предусмотрено параллельное устройство электромагнитного клапана 6, величина тока электромагнита в котором регулируется от того же реостата 8 путем переключения контактов 5. Для настройки требуемой разности усилий электромагнита и пружины имеется динамометр 7.The traction force of the electromagnet can be changed by changing the current through the rheostat 8. To measure the electromagnet's force and compress the spring, a parallel solenoid valve 6 is provided, the magnitude of the electromagnet current in which is regulated from the same rheostat 8 by switching contacts 5. To adjust the required difference in the efforts of the electromagnet and the spring there is a dynamometer 7.
Для образования паровоздушной взрывоопасной смеси в камере имеется пробка-испаритель, в которую с помощью бюретки вносится требуемое количество легковоспламеняющейся жидкости, и пробка ввинчивается так, что пары жидкости через окна в стенках пробки-испарителя попадают в камеру и, смешиваясь с воздухом, образуют взрывоопасную смесь. Объем жидкости (м3), необходимой для образования паровоздушной смеси заданной концентрации в камере, можно определить по формулеFor the formation of a vapor-air explosive mixture, the chamber has an evaporator plug, into which the required amount of flammable liquid is introduced using a burette, and the screw is screwed so that the liquid vapor through the windows in the walls of the vaporizer tube enters the chamber and, when mixed with air, form an explosive mixture . The volume of liquid (m 3 ) necessary for the formation of a vapor-air mixture of a given concentration in the chamber can be determined by the formula
где Wк - объем взрывной камеры, м3; µж - молекулярный вес жидкости; С - объемная концентрация пара, %; Р0 - атмосферное давление, МПа; R - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·град); ρж - плотность жидкости, кг/м3; Т - температура, K.where W to - the volume of the explosive chamber, m 3 ; µ W - molecular weight of the liquid; C is the volumetric concentration of steam,%; P 0 - atmospheric pressure, MPa; R is the universal gas constant, J / (kmol · deg); ρ W - the density of the liquid, kg / m 3 ; T is the temperature, K.
Поджигается смесь электрической искрой 20 от индукционной катушки 14, включается зажигание кнопкой 13.The mixture is ignited by an electric spark 20 from the induction coil 14, the ignition is switched on by button 13.
В боковой стенке камеры имеется отверстие под штуцер 17 для трубки от воздуходувки 15, перекрываемой краном 16. Второе отверстие под штуцер 23 для трубки 22, перекрываемой краном 24, служит для поддержания в камере атмосферного давления во время испарения жидкости.In the side wall of the chamber there is an opening for the nozzle 17 for the tube from the blower 15, which is blocked by the valve 16. The second hole for the nozzle 23 for the tube 22, which is blocked by the valve 24, serves to maintain atmospheric pressure in the chamber during liquid evaporation.
Сбрасываемый элемент 2 перекрывает отверстие в кольце 21, над которым закрепляется защитный экран 3.The discharged element 2 overlaps the hole in the ring 21, over which the protective shield 3 is fixed.
Порядок проведения экспериментаThe order of the experiment
1. Определение требуемой удельной площади отверстия Ксб.1. Determination of the required specific hole area K sb .
Для заданных условий взрыва и заданного ΔРД по формуле (1) определить ΔРД·М для модельной установки.For the given conditions of the explosion and the given ΔР Д according to the formula (1) determine ΔР Д · М for the model installation.
где ΔРН - избыточное давление на стенки объема в натурных условиях, МПа; ΔРМ - избыточное давление на стенки сосуда на модельной установке, МПа; WH - объем сосуда (помещения) в натурных условиях, м3; WM - объем взрывной камеры модельной установки, м3; dcp.H, dcp.M - средний диаметр (размер) отверстия натуры и модели соответственно.where ΔР N - excess pressure on the walls of the volume in natural conditions, MPa; ΔР M - excess pressure on the walls of the vessel on the model installation, MPa; W H - the volume of the vessel (room) in natural conditions, m 3 ; W M is the volume of the explosive chamber of the model installation, m 3 ; d cp.H , d cp.M - average diameter (size) of the hole of nature and model, respectively.
Для заданных условий - объема помещения WH, допускаемого давления РД, природы и концентрации взрывоопасной смеси необходимо определить требуемую площадь отверстия и массу легкосбрасываемого элемента так, чтобы выполнялось условие (2).For the given conditions - the volume of the room W H , the permissible pressure R D , the nature and concentration of the explosive mixture, it is necessary to determine the required area of the hole and the mass of the easy-to-discharge element so that condition (2) is satisfied.
При проектировании легкосбрасываемых устройств основная задача состоит в установлении таких значений площади отверстия (проемов) и характеристик легкосбрасываемых конструкций - веса и прочности, чтобы выполнялось условиеWhen designing easily resettable devices, the main task is to establish such values of the area of the hole (openings) and characteristics of easily resettable structures - weight and strength, so that the condition
где ΔРП=РП-Р0; ΔРЛ=РЛ-Р0; ΔРД - допускаемое давление из условия прочности или несущей способности основных конструкций зданий, МПа; Р0 - атмосферное давление, МПа; РЛ - максимальное давление на стенки при взрыве газо- и паровоздушной смеси в сосуде с отверстием, огражденным легкосбрасываемым элементом, МПа; РП - максимальное давление на стенки при взрыве смеси в полузамкнутом объеме, т.е. отверстие открыто с момента воспламенения, МПа.where ΔP P = P P -P 0 ; ΔP L = P L -P 0 ; ΔР D - permissible pressure from the condition of strength or bearing capacity of the main structures of buildings, MPa; P 0 - atmospheric pressure, MPa; P L - the maximum pressure on the walls during the explosion of the gas and vapor-air mixture in the vessel with an opening enclosed by an easy-to-discharge element, MPa; P P - the maximum pressure on the walls during the explosion of the mixture in a semi-closed volume, i.e. the hole is open from the moment of ignition, MPa.
Для этого сначала из соотношения (1) находят РД.М для модельной установкиTo do this, first from relation (1) find R D.M for model installation
Затем опытным путем на лабораторной установке следует определить требуемую величину Ксб и массу сбрасываемого элемента из условияThen empirically in a laboratory setup should determine the required value of K sb and the mass of the discharged element from the condition
Ксб=Sотв/W,To sat = S resp / W,
где Sотв - площадь отверстия, м2; W - объем взрывной камеры, м3.where S of holes - hole area, m 2; W is the volume of the explosive chamber, m 3 .
Установить сжатие пружины, равное примерно (10÷15) gm. Подобрать ток электромагнита так, чтобы выполнялось равенство (5). Переключить контакты 5 в рабочее положение. Провести первое испытание при максимальном сбросном отверстии, которое при этом закрыть самым легким элементом, например полиэтиленовой пленкой. Если при взрыве смеси клапан 19 не сработал, значит, давление не превышало ΔРД·М.Set the spring compression to approximately (10 ÷ 15) gm. Choose the current of the electromagnet so that equality (5) holds. Switch contacts 5 to working position. Carry out the first test at the maximum discharge opening, which must be closed with the lightest element, such as plastic wrap. If, during the explosion of the mixture, valve 19 did not work, then the pressure did not exceed ΔР D · M.
При следующем испытании отверстие уменьшается (ввинчивается кольцо с меньшим отверстием) и т.д. Если клапан 19 сработает (откроется), то значение площади отверстия, которое было перед тем, как клапан сработал, будет наименьшим, - достаточным для выполнения условия (1), т.е.In the next test, the hole is reduced (a ring with a smaller hole is screwed in), etc. If the valve 19 is activated (opens), then the value of the area of the hole, which was before the valve worked, will be the smallest - sufficient to satisfy condition (1), i.e.
ΔF=Fэ.м-Fпр=ΔРд.м Sкл,ΔF = F -F e.m pr? P = S Cl DM,
где Fэ.м - усилие электромагнита, прижимающее клапан к отверстию, Н/м2; Fпр - усилие сжатия пружины, открывающее клапан, Н: Fпр=(10÷15) gm, где g=9,81 м/с2; m - масса сердечника электромагнита с клапаном, кг; Sкл - площадь отверстия клапана, м2.where F em - the force of the electromagnet, pressing the valve to the hole, N / m 2 ; F CR - the compression force of the spring opening the valve, N: F CR = (10 ÷ 15) gm, where g = 9.81 m / s 2 ; m is the mass of the core of the electromagnet with the valve, kg; S CL - the area of the valve opening, m 2 .
Для найденной площади отверстия определить отношение Ксб=Sотв/W,For found orifice area to determine the ratio K of holes Sa = S / W,
Настройку установки при проведении опытных взрывов следует выполнять в такой последовательности: при открытых отверстиях - сбросного и перекрываемого клапаном 19 и открытых кранах 16 и 24 камеру продувают. В сбросное отверстие ставят (ввинчивают) кольцо с требуемой площадью отверстия. Переключателем 5 включают вспомогательное устройство, на котором устанавливается сжатие пружины и ток электромагнита так, чтобы выполнялось условие (1).The setup of the installation during pilot explosions should be performed in the following sequence: with open holes - the discharge and blocked by valve 19 and open cranes 16 and 24, the chamber is blown. In the discharge hole put (screw) a ring with the desired area of the hole. The switch 5 includes an auxiliary device on which the compression of the spring and the current of the electromagnet are set so that condition (1) is satisfied.
Фиксируют положение подвижного контакта 9 реостата 8, и переключатель 5 ставят в рабочее положение. Тумблером 10 включается ток электромагнита, при этом закрывается клапан и кран 16. В испаритель вносят требуемое количество легковоспламеняющейся жидкости, которое для заданных концентрации и объема взрывной камеры можно определить по формуле (6). После 3÷5-минутной выдержки закрывается кран 24 и подается зажигание включением тумблера 13. Эффективность данной величины площади отверстия фиксируется по срабатыванию или несрабатыванию клапана 19.The position of the movable contact 9 of the rheostat 8 is fixed, and the switch 5 is placed in the working position. The toggle switch 10 turns on the current of the electromagnet, while closing the valve and valve 16. The required amount of flammable liquid is introduced into the evaporator, which for a given concentration and volume of the blast chamber can be determined by the formula (6). After 3 ÷ 5-minute exposure, the valve 24 is closed and the ignition is turned on by turning on the toggle switch 13. The effectiveness of this size of the hole area is fixed by the actuation or failure of the valve 19.
2. Определение допустимого веса (массы) сбрасываемого элемента на единицу площади отверстия.2. Determining the allowable weight (mass) of the discharged element per unit area of the hole.
Площадь отверстия устанавливается равная или больше того значения, которое установлено в п.1. Первое испытание проводится при наиболее легком сбрасываемом элементе. Если клапан 19 не сработал, то следующее испытание проводят при более тяжелом сбрасываемом элементе. Так проводят несколько взрывов, при каждом из которых вес сбрасываемого элемента увеличивают на некоторую величину, пока не сработает клапан 19. Предыдущее перед срабатыванием клапана значение веса сбрасываемого элемента является наибольшим, которое можно допустить, чтобы выполнялось условие (1). Найденное значение веса сбрасываемого элемента надо разделить на площадь отверстия, чтобы получить искомую величину - допустимый вес легкосбрасываемых ограждающих конструкций на единицу площади отверстия (проема). Последовательность настройки установки при проведении опытных взрывов такая же, как и в п.1.The area of the hole is set equal to or greater than the value that is established in paragraph 1. The first test is carried out with the lightest discharge element. If the valve 19 does not work, then the next test is carried out with a heavier discharge element. Thus, several explosions are carried out, at each of which the weight of the discharged element is increased by a certain amount until the valve 19 is activated. The previous value of the weight of the discharged element before the valve is activated is the largest that can be allowed to fulfill condition (1). The found value of the weight of the discharged element must be divided by the area of the hole in order to obtain the desired value - the permissible weight of the easily ejected enclosing structures per unit area of the hole (opening). The setup sequence for conducting experimental explosions is the same as in paragraph 1.
Claims (2)
где ΔРД.Н - перепад избыточного давления на стенки объема в натурных условиях, МПа; WН - объем сосуда в натурных условиях, м3; WМ - объем взрывной камеры модельной установки, м3; dср.Н, dср.M - средний диаметр отверстия натуры и модели соответственно, а затем опытным путем на лабораторной установке определяют требуемую величину Ксб и массу сбрасываемого элемента из условия: Kсб=Sотв/W, где Sотв - площадь отверстия, м2; W - объем взрывной камеры, м3.1. The method of selecting the size of the hole for an easily discharged structural element and its mass, intended to protect buildings and structures from explosions, which consists in the fact that in the explosive chamber an explosion of vapor of a combustible liquid is carried out by igniting the combustible mixture from an electric spark of a spark plug and determining the parameters of the explosion, characterized in that the explosive chamber is equipped with an easily ejected element, which is installed in the end part of the vessel, closed by a safety shield, in parallel with a mechanical a pressure ictor with a toggle-switch for turning on the indicator engine, and an explosive chamber with a spark plug having an ignition button is positioned opposite the end part of the vessel closed by a safety screen, and the vessel is equipped with fittings for purging the explosive vessel after the experiment, and the nozzle for pouring combustible liquid with the plug installed on it is fixed in the vessel wall above the contacts of the spark plug, while the elements involved in the test: pressure indicator, spark plug, fitting for I fill the flammable liquid, the nozzle for blowing the explosive vessel is selected by the tensile strength exceeding the strength of the studied easy-to-discharge element by at least two times, while the explosion pressure is recorded by a mechanical pressure indicator, and after each experiment, the vessel is purged with air, and the required concentration of the mixture of vapors with air is provided by pipetting the liquid through the nozzle, which, after pouring the liquid, is closed with a stopper, Kie orifice area values and characteristics legkosbrasyvaemyh structures - the weight and strength to satisfy the condition: A? P n ≤ΔR ≤ΔR D, where? P n = P n -P 0; ΔP L = P L -P 0 ; ΔР D - permissible pressure from the condition of strength or bearing capacity of the main structures of buildings, MPa; P 0 - atmospheric pressure, MPa; P L - the maximum pressure on the walls during the explosion of the gas and vapor-air mixture in the vessel with an opening enclosed by an easy-to-discharge element, MPa; P P - the maximum pressure on the walls during the explosion of the mixture in a semi-closed volume, i.e. the hole is open from the moment of ignition, MPa; at the same time, the differential pressure ΔР D.M is first found for the model installation according to the following formula:
where ΔР D.N - differential pressure over the walls of the volume in natural conditions, MPa; W N - the volume of the vessel in natural conditions, m 3 ; W M - volume of the explosive chamber of the model installation, m 3 ; d cf. H , d cf. M is the average diameter of the hole of the nature and model, respectively, and then empirically in the laboratory setting the required value of K sb and the mass of the discharged element are determined from the condition: K sb = S hole / W, where S hole - area holes, m 2 ; W is the volume of the explosive chamber, m 3 .
где Fэ.м - усилие электромагнита, прижимающее клапан к отверстию, Н/м2; Fпр - усилие сжатия пружины, открывающее клапан, Н; Fпр=(10÷15)gm, где g=9,81 м/с2; m - масса сердечника электромагнита с клапаном, кг; ΔРд.м - перепад допускаемого давления для модельной установки; Sкл - площадь отверстия клапана, м2. 2. The device for implementing the method according to claim 1, characterized in that it contains an explosive chamber, in the upper base of which there is an opening overlapped by an easily erasable element, the area of the opening can be changed by screwing in interchangeable rings, and the discharged element overlaps the hole in the ring, over which it is fixed a protective screen, the second hole being blocked by a valve, which is pressed against the hole by an electromagnet and opened by a spring when the contacts open, and the force of pressing the valve and compressing of the valve is set so that the total force is equal to the allowable pressure multiplied by the area of the valve opening, i.e. ΔF = F -F e.m pr? P = S Cl DM,
where F em - the force of the electromagnet, pressing the valve to the hole, N / m 2 ; F CR - spring compression force, opening valve, N; F CR = (10 ÷ 15) gm, where g = 9.81 m / s 2 ; m is the mass of the core of the electromagnet with the valve, kg; ΔР dm - differential pressure for a model installation; S CL - the area of the valve opening, m 2 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011114245/03A RU2459050C1 (en) | 2011-04-13 | 2011-04-13 | Method to select opening size for blast relief element of structure and its weight designed to protect buildings and structures against explosions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011114245/03A RU2459050C1 (en) | 2011-04-13 | 2011-04-13 | Method to select opening size for blast relief element of structure and its weight designed to protect buildings and structures against explosions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2459050C1 true RU2459050C1 (en) | 2012-08-20 |
Family
ID=46936709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011114245/03A RU2459050C1 (en) | 2011-04-13 | 2011-04-13 | Method to select opening size for blast relief element of structure and its weight designed to protect buildings and structures against explosions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2459050C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2513879C1 (en) * | 2013-02-19 | 2014-04-20 | Олег Савельевич Кочетов | Bench to select thickness of fence designed for protection against fragments of explosive nature |
| RU2520670C1 (en) * | 2013-04-02 | 2014-06-27 | Олег Савельевич Кочетов | Device of opening size selection for relief constructional element and its weight, designed to protect buildings and structures against explosions |
| RU2552425C1 (en) * | 2014-05-15 | 2015-06-10 | Олег Савельевич Кочетов | Device for selection of hole size for easy detachable element of construction and its mass, designed to protect buildings and structures from explosions |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6983758B2 (en) * | 2002-07-05 | 2006-01-10 | Rohm And Haas Company | Prevention of unwanted material accumulations |
| RU2334063C1 (en) * | 2007-02-16 | 2008-09-20 | Юрий Петрович Левин | Anti-exposion panel |
-
2011
- 2011-04-13 RU RU2011114245/03A patent/RU2459050C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6983758B2 (en) * | 2002-07-05 | 2006-01-10 | Rohm And Haas Company | Prevention of unwanted material accumulations |
| RU2334063C1 (en) * | 2007-02-16 | 2008-09-20 | Юрий Петрович Левин | Anti-exposion panel |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ВОДЯНИК В.И. Взрывозащита технологического оборудования. - М.: Химия, 1991, с.115-142, рис.3.28. * |
| ПИЛЮГИН Л.П. Конструкции сооружений взрывоопасных производств. - М.: Стройиздат, 1988, с.33-44, 97-109. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2513879C1 (en) * | 2013-02-19 | 2014-04-20 | Олег Савельевич Кочетов | Bench to select thickness of fence designed for protection against fragments of explosive nature |
| RU2520670C1 (en) * | 2013-04-02 | 2014-06-27 | Олег Савельевич Кочетов | Device of opening size selection for relief constructional element and its weight, designed to protect buildings and structures against explosions |
| RU2552425C1 (en) * | 2014-05-15 | 2015-06-10 | Олег Савельевич Кочетов | Device for selection of hole size for easy detachable element of construction and its mass, designed to protect buildings and structures from explosions |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU123104U1 (en) | BENCH FOR TESTING OF DESTRUCTIVE ELEMENTS OF BUILDINGS AND STRUCTURES DESIGNS | |
| RU2520670C1 (en) | Device of opening size selection for relief constructional element and its weight, designed to protect buildings and structures against explosions | |
| RU2458213C1 (en) | Device to protect buildings and structures using damaged structure elements | |
| Mittal | Explosion characteristics of micron-and nano-size magnesium powders | |
| RU2459050C1 (en) | Method to select opening size for blast relief element of structure and its weight designed to protect buildings and structures against explosions | |
| Guo et al. | Experiments on vented hydrogen-air deflagrations: the influence of hydrogen concentration | |
| RU2515013C1 (en) | Bench to test explosion-proof structures of buildings and facilities | |
| CN108535320A (en) | The experimental system that goaf coal spontaneous combustion induces gas and coal dust list, repeatedly explodes | |
| RU2602544C1 (en) | Kochetov stand for testing destructive elements of buildings and structures | |
| RU2585794C1 (en) | Kochetov stand for testing destructive elements of buildings and structures | |
| RU2571773C2 (en) | Device to test explosion protection of buildings and structures | |
| Chaudhari et al. | Improved partial inerting MIE test method for combustible dusts and its CFD validation | |
| RU2526601C1 (en) | Explosionproof membrane test bench | |
| RU2517331C1 (en) | Device to protect buildings and structures by means of damaged elements of structures | |
| Dastidar | Dust explosions: Test methods | |
| RU2657524C1 (en) | Stand for testing explosive protection of buildings and installations | |
| RU2635689C1 (en) | Stand for testing destructive elements of building and facility structures | |
| RU2576332C1 (en) | Kochetov(s stand for testing destructive elements of buildings and structures | |
| CN101940825A (en) | Oil gas explosion suppression method in restricted space | |
| RU2602548C1 (en) | Test bench for breaking elements of buildings and structures | |
| RU2552425C1 (en) | Device for selection of hole size for easy detachable element of construction and its mass, designed to protect buildings and structures from explosions | |
| RU2570912C2 (en) | Method of determination of necessary quantity of flammable fluid during testing of burst disks | |
| RU2646973C2 (en) | Test bench for verifying size of hole for anti-explosion panel | |
| RU2632602C1 (en) | Device for selecting hole size for easy-detachable construction element and its mass intended for protection of buildings and structures against explosions | |
| RU2602546C1 (en) | Device for selecting size of hole for easy-to-discard structural element and its weight intended for protection of buildings and constructions against explosions and design of easy-to-discard element |