RU2657524C1

RU2657524C1 - Stand for testing explosive protection of buildings and installations

Info

Publication number: RU2657524C1
Application number: RU2017118951A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2018-06-14

Abstract

FIELD: security systems.

SUBSTANCE: invention relates to safety systems in emergency situations and may be applied for explosion protection of buildings and structures, and also process equipment. Stand contains an explosive chamber, in the upper base of which there is an opening overlapped by an easily discarded element, the area of the hole can be changed by screwing in replaceable rings, and the discarding element covers the hole in the ring, above which there is a protective screen fixed. Second hole is closed by a valve, which is pressed against the hole by an electromagnet and opens by a spring when the contacts are opened, and 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. ΔF=Fem-Fspr=ΔRdm Sv, where Fem – the force of the electromagnet, pressing the valve to the hole, N/m²; Fspr – spring force of the spring, opening the valve, N: Fspr=(10÷15) gm, where g = 9.81 m/s²; m – mass of the electromagnet core with a valve, kg; Sv – area of the valve opening, m².Lightweight throwing element contains a metal armored frame with a metal armored shell and a lead filler, which has four fixed branch pipes at the ends. In the cover of an explosive object, at least three support rods with leaf stops in the upper part are rigidly fixed. In the upper part of the support rods are fixed resilient damping elements. Elastic-damping elements fixed on the stopping sheets are made in the form of a damping plate filled with a three-layer symmetric disperse system. Central layer, which is a layer of symmetry of the volumetric body of a damping plate with an internal cavity and surfaces equidistant to the surfaces of the panel, is made of a vibration damping material, and adjacent layers are filled with an air-lead disperse system.

EFFECT: increased efficiency of building protection by means of increasing the speed and reliability of operation.

1 cl, 5 dwg

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. 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.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 . 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 №2458213 (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. 2458213 (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.

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 to increase 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 в стенде для испытаний взрывозащитных конструкций зданий и сооружений взрывная камера оснащена 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.This is achieved by the fact that in the test bench for explosion-proof structures of buildings and structures, the blast chamber is equipped with an easy-to-reset element, which is installed in the end of the vessel, closed by a safety screen, in parallel with a mechanical pressure indicator with a toggle switch for turning on the indicator engine, and an explosion chamber with an ignition plug having the ignition switch, positioned opposite the end of the vessel, closed by a safety screen, while the vessel is equipped with fittings for blowing the explosion of the 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, with the elements involved in the test: pressure indicator, spark plug, nozzle for pouring combustible liquid, nozzle for blowing the explosive the vessels are selected according to their tensile strength, which exceeds the strength of the studied easily ejected element by at least two times, while the explosion pressure is recorded by a mechanical pressure indicator, and follows each experiment produce air purge the internal volume of the vessel and the desired concentration of vapors mixed with air provide liquid dosage pipette through the sleeve, which after the liquid pouring stoppered.

На фиг. 1 представлена схема стенда для испытаний взрывозащитных конструкций зданий и сооружений, на фиг. 2 - график изменения давления во времени на стенки сосуда при взрыве газопаровоздушных смесей; на фиг. 3 - схема противовзрывной панели покрытия (или кровли) взрывоопасного или радиоактивного объекта, на фиг. 4, 5 - варианты схем упругодемпфирующего элемента.In FIG. 1 shows a diagram of a test bench for explosion-proof structures of buildings and structures, FIG. 2 is a graph of pressure over time on the walls of a vessel during the explosion of gas-vapor mixtures; in FIG. 3 is a diagram of an explosion-proof coating panel (or roof) of an explosive or radioactive object, FIG. 4, 5 are variants of schemes of an elastic-damping element.

Стенд для испытаний взрывозащитных конструкций зданий и сооружений (фиг. 1) 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.The test bench for explosion-proof structures of buildings and structures (Fig. 1) 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 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 Fe.m - the force of the electromagnet, pressing the valve to the hole, N / m ² ; Fpr - spring compression force opening the valve, N: Fpr = (10 ÷ 15) gm, where g = 9.81 m / s ² ; m is the mass of the core of the electromagnet with the valve, kg; Scl - 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, which is blocked by the crane 16. is fixed the side wall of the blast 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.

Противовзрывная панель (фиг. 3) состоит из бронированного металлического каркаса 25 с бронированной металлической обшивкой 26 и наполнителем - свинцом 27. В покрытии объекта 31 у проема 32 симметрично относительно оси 33 заделаны четыре опорных стержня 28, телескопически вставленных в неподвижные патрубки-опоры 30, заделанные в панели. Для фиксации предельного положения панели к торцам опорных стержней 28 приварены листы-упоры 29. Для того чтобы сдемпфировать (смягчить) ударные нагрузки при возврате панели, наполнитель выполнен в виде дисперсной системы воздух - свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни 28 выполнены упругими.The explosion-proof panel (Fig. 3) consists of an armored metal frame 25 with an armored metal sheathing 26 and a filler - lead 27. In the coating of the object 31 at the aperture 32, four support rods 28 are sealed symmetrically with respect to the axis 33, telescopically inserted into the fixed support tubes 30, embedded in the panel. To fix the limit position of the panel, the stop sheets 29 are welded to the ends of the support rods 28. In order to damp (soften) shock loads when the panel is returned, the filler is made in the form of a dispersed air-lead system, the lead being made in the form of crumbs, and the supporting the rods 28 are made elastic.

Наполнитель может быть выполнен по форме в виде шарообразной крошки одного диаметра; в виде шарообразной крошки разного диаметра. Наполнитель может быть выполнен в виде крошки произвольной формы разного диаметрального (максимального по внешнему, произвольной формы, контуру крошки) размера.The filler may be made in the form of spherical chips of one diameter; in the form of spherical crumbs of different diameters. The filler can be made in the form of crumbs of arbitrary shape of different diametric (maximum external, arbitrary shape, contour of the crumb) size.

Стенд для испытаний взрывозащитных конструкций зданий и сооружений работает следующим образом.The test bench for explosion-proof structures of buildings and structures works as follows.

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).

Если взрыв происходит в полузамкнутом объеме, т.е. в сосуде имеется отверстие, открытое с момента воспламенения смеси, то изменение давления происходит по кривой 2 (фиг. 2). При этом максимальное значение давления Р_П будет зависеть от отношения площади отверстия к объему сосуда и может быть значительно меньше, чем полное давление взрыва Р_В, которое было бы при взрыве в замкнутом сосуде.If the explosion occurs in a semi-closed volume, i.e. in the vessel there is an opening open from the moment of ignition of the mixture, then the pressure changes along curve 2 (Fig. 2). In this case, the maximum value of pressure P _P will depend on the ratio of the area of the hole to the volume of the vessel and can be significantly less than the total explosion pressure P _B , which would have been an explosion in a closed vessel.

Влияние веса легкосбрасываемых конструкций на величину давления при взрыве объясняется их инерционностью. Чтобы не мешать свободному истечению газов, легкосбрасываемая конструкция после разрушения должна быть отброшена на некоторое расстояние от проема. Для этого требуется некоторое время, в течение которого давление успеет возрасти на некоторую величину. На чертеже графически показано изменение давления Р от времени t внутри здания в процессе взрыва и сбрасывания ограждающих конструкций (Р₀ - атмосферное давление, t₀ - начало взрыва, или момент воспламенения). Если взрыв происходит в замкнутом объеме, например в герметичном стальном сосуде, то давление на стенки сосуда изменяется по кривой 1. Точка Р_В соответствует максимальному давлению при взрыве газо- и паровоздушных смесей в замкнутом сосуде. Обычно эта величина составляет 5÷7 кГ/см² (500÷700 кН/м²).The influence of the weight of easily ejected structures on the pressure value during an explosion is explained by their inertia. In order not to interfere with the free flow of gases, the easy-to-erase structure after destruction should be discarded a certain distance from the opening. This requires some time, during which the pressure has time to increase by a certain amount. The drawing graphically shows the change in pressure P from time t inside the building during the explosion and dropping of building envelopes (P ₀ - atmospheric pressure, t ₀ - the beginning of the explosion, or the time of ignition). If the explosion occurs in a closed volume, for example in an airtight steel vessel, then the pressure on the vessel walls changes along curve 1. Point P _B corresponds to the maximum pressure during the explosion of gas and vapor-air mixtures in a closed vessel. Usually this value is 5 ÷ 7 kg / cm ² (500 ÷ 700 kN / m ² ).

При взрыве в сосуде с отверстием, закрытым легко-сбрасываемым устройством, изменение давления происходит сначала по кривой 1, т.е. как в замкнутом сосуде, до точки Р_Р(t_P), соответствующей моменту разрушения легкосбрасываемого элемента.In an explosion in a vessel with an opening closed by an easily-discharged device, the pressure changes first along curve 1, i.e. as in a closed vessel, to the point P _P (t _P ) corresponding to the moment of destruction of an easily ejected element.

Защитное устройство для взрывоопасных объектов (фиг. 1) состоит из бронированного металлического каркаса 25 с бронированной металлической обшивкой 26 и наполнителем - свинцом 27. Наполнитель может быть выполнен по форме в виде шарообразной крошки одного диаметра; в виде шарообразной крошки разного диаметра. Наполнитель может быть выполнен в виде крошки произвольной формы разного диаметрального (максимального по внешнему, произвольной формы, контуру крошки) размера.A protective device for explosive objects (Fig. 1) consists of an armored metal frame 25 with an armored metal casing 26 and a filler - lead 27. The filler can be made in the form of spherical crumbs of one diameter; in the form of spherical crumbs of different diameters. The filler can be made in the form of crumbs of arbitrary shape of different diametric (maximum external, arbitrary shape, contour of the crumb) size.

В покрытии объекта 31 у проема 32 симметрично относительно оси 33 заделаны по крайней мере три опорных стержня 28, телескопически вставленные в неподвижные патрубки-опоры 30, заделанные в металлическом каркасе 25. Для фиксации предельного положения панели к торцам опорных стержней 28 приварены листы-упоры 29. Для того чтобы сдемпфировать (смягчить) ударные нагрузки при возврате панели, наполнитель выполнен в виде дисперсной системы воздух - свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки. В верхней части опорных стержней 28 закреплены упругодемпфирующие элементы 34, один конец которых жестко связан своим основанием 35 с листами-упорами 29, а другой расположен свободно.In the coating of the object 31 at the opening 32 symmetrically with respect to the axis 33, at least three support rods 28 are fixed, telescopically inserted into the fixed support pipes 30, embedded in the metal frame 25. To fix the limit position of the panel, the stop sheets 29 are welded to the ends of the support rods 28 In order to damp (soften) shock loads when the panel is returned, the filler is made in the form of a dispersed air-lead system, moreover, the lead is made in the form of crumbs. Elasto-damping elements 34 are fixed in the upper part of the support rods 28, one end of which is rigidly connected by its base 35 to the abutment sheets 29, and the other is freely located.

Каждый из упругодемпфирующих элементов 34 (фиг. 4) закреплен посредством винтов 36 своим основанием 35, выполненным в виде круглого диска из жесткого вибродемпфирующего материала типа «Агат», на листах-упорах 29, жестко соединенных со стержнями 28. Основание 35 упругодемпфирующего элемента соединено со втулкой 37 из эластомера, имеющей центральное отверстие, через которое проходит стержень 28. Втулка имеет по крайней мере три отверстия 38, соосных со стержнем 28, в которых расположены упругие элементы 39, например цилиндрические винтовые пружины, верхний торец которых посредством крепежных элементов 40 соединен с основанием 35, а нижний находится в свободном (неподжатом) состоянии и выступает за нижнюю плоскость втулки 37 на расстояние, определяемое усилием, развиваемым ударной взрывной волной.Each of the elastic damping elements 34 (Fig. 4) is fixed by means of screws 36 with its base 35, made in the form of a circular disk of a hard vibro-damping material of the Agat type, on the stop sheets 29, rigidly connected to the rods 28. The base 35 of the elastic damping element is connected to a sleeve 37 of an elastomer having a central hole through which the shaft 28 passes. The sleeve has at least three holes 38 coaxial with the shaft 28 in which elastic elements 39, for example, coil springs, are arranged, hny end which by means of fastening elements 40 attached to the base 35, and the bottom is in the (nepodzhatom) state and protrudes beyond the bottom plane of the sleeve 37 on the distance determined forces developed explosive shock wave.

При взрыве внутри производственного помещения (на чертеже не показано) происходит подъем каркаса 25 с бронированной металлической обшивкой 26 и наполнителем от воздействия ударной волны и через открытый проем 32 сбрасывается избыточное давление.In an explosion inside an industrial building (not shown in the drawing), the frame 25 rises with the armored metal casing 26 and the filler from the action of the shock wave and overpressure is released through the open opening 32.

При этом упругодемпфирующие элементы 34 сжимаются, гася энергию взрыва, а затем возвращают панель в исходное состояние.In this case, the elastic damping elements 34 are compressed, extinguishing the energy of the explosion, and then return the panel to its original state.

После взрыва и спада избыточного давления, опустившись, панель перекрывает проем 32 и вредные вещества не поступают в атмосферу. Для фиксации предельного положения панели служат листы-упоры 29. Для того чтобы сдемпфировать (смягчить) ударные нагрузки при возврате панели, наполнитель металлического каркаса 25 выполнен в виде дисперсной системы воздух - свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни 28 могут быть выполнены упругими.After the explosion and the drop in excess pressure, dropping down, the panel closes the opening 32 and harmful substances do not enter the atmosphere. To fix the limit position of the panel, abutment sheets 29 are used. In order to damp (soften) shock loads when the panel is returned, the filler of the metal frame 25 is made in the form of a dispersed air-lead system, the lead being made in the form of crumbs, and the supporting rods 28 can be made elastic.

Использование предложенного технического решения позволяет осуществить предотвращение взрывоопасных объектов от разрушения и снижение поступления вредных веществ в атмосферу при аварийном взрыве.Using the proposed technical solution allows the prevention of explosive objects from destruction and the reduction of harmful substances into the atmosphere during an accidental explosion.

На фиг. 2 представлен график изменения давления во времени на стенки сосуда при взрыве газопаровоздушных смесей: 1 - при взрыве в замкнутом сосуде; 2 - при взрыве в сосуде с отверстием, открытым с момента воспламенения; 3 - при взрыве в сосуде с отверстием, закрытым безынерционным легкосбрасываемым устройством; 4 - при взрыве в сосуде с отверстием, закрытым легкосбрасываемым устройством, имеющим инерционность.In FIG. 2 shows a graph of the pressure over time on the walls of the vessel during the explosion of gas-vapor mixtures: 1 - in case of explosion in a closed vessel; 2 - in case of explosion in a vessel with an opening open from the moment of ignition; 3 - in the event of an explosion in a vessel with a hole closed by an inertia-less easily resettable device; 4 - in case of explosion in a vessel with an opening closed by an easily ejected device having inertia.

Затем, если бы вскрывалось мгновенно, то изменение давления от точки Р_Р(t_P) происходило бы по кривой 3. Максимальное давление при этом составляло бы Р_Р (при достаточной площади отверстия). Но так как перемещение легкосбрасываемой конструкции от отверстия из-за ее инерционности происходит за определенное время, то давление будет изменяться по кривой 4 с максимальным значением давления Р_Л.Then, if it were opened instantly, then the pressure change from the point P _P (t _P ) would occur along curve 3. The maximum pressure would be P _P (with a sufficient hole area). But since the movement of the easily ejected structure from the hole due to its inertia occurs in a certain time, the pressure will change along curve 4 with the maximum pressure value P _L.

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 ΔР_П=Р_П-Р₀; ΔР_Л=Р_Л-Р₀; ΔР_Д - допускаемое давление из условия прочности или несущей способности основных конструкций зданий, МПа; Р₀ - атмосферное давление, МПа; Р_Л - максимальное давление на стенки при взрыве газо- и паровоздушной смеси в сосуде с отверстием, огражденным легкосбрасываемым элементом, МПа; Р_П - 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 ΔР_Д должна определяться расчетом конструкций здания на воздействие взрывной нагрузки. При этом ΔР_Д 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 of ΔP _D should be determined by the calculation of the building structures for the impact of explosive loads. 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 ΔР_Н - избыточное давление на стенки объема в натурных условиях, МПа; ΔР_М - избыточное давление на стенки сосуда на модельной установке, МПа; W_H - объем сосуда (помещения) в натурных условиях, м³; W_M - объем взрывной камеры модельной установки, м³; d_cp.Н, d_cp.М - 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 W_H, допускаемого давления Р_Д, 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 Р_Д.М для модельной установки: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. To do this, first from relation (2) find R _D.M for the model installation:

Затем опытным путем на лабораторной установке следует определить требуемую величину К_сб 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 Sotv - 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.

Противовзрывная панель работает следующим образом.The explosion-proof panel operates as follows.

При взрыве внутри производственного помещения (на чертеже не показано) происходит подъем панели от воздействия ударной волны и через открытый проем 32 сбрасывается избыточное давление. После взрыва и спада избыточного давления, опустившись, панель перекрывает проем 32 и вредные вещества не поступают в атмосферу. Для фиксации предельного положения панели служат листы-упоры 29. Для того чтобы сдемпфировать (смягчить) ударные нагрузки при возврате панели, наполнитель металлического каркаса 25 выполнен в виде дисперсной системы воздух - свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни 29 выполнены упругими.In an explosion inside an industrial building (not shown in the drawing), the panel rises from the action of the shock wave and overpressure is released through the open opening 32. After the explosion and the drop in excess pressure, dropping down, the panel closes the opening 32 and harmful substances do not enter the atmosphere. To fix the limit position of the panel, abutment sheets 29 are used. In order to damp (soften) shock loads when the panel is returned, the filler of the metal frame 25 is made in the form of a dispersed air-lead system, moreover, the lead is made in the form of crumbs, and the support rods 29 made elastic.

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-vented structures should be at least 0.05 m ² per 1 m ^{3 of the} volume of an explosive room for industries of categories A and E and at least 0.03 m ² per 1 m ³ for industries of category B. The weight of easily-vented structures should be no more than 120 kg / m ² .

Устройство 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 device 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 a hole overlapped by an easy-to-remove element 2. The area of the hole can be changed by screwing in the replaceable rings 21. The second hole is closed by a valve 19, which is pressed against the hole by means of an electromagnet 12 and opens by a spring 11 when the contacts open 4. The force of pressing 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.

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 W_K - объем взрывной камеры, м³; μ_ж - молекулярный вес жидкости; С - объемная концентрация пара, %; Р₀ - атмосферное давление, МПа; R - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль⋅град); ρ_ж - плотность жидкости, кг/м³; Т - температура, К.where W _K is the volume of the blasting 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 / (kmolgrad); 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 a hole for the nozzle 17. For the tube from the blower 15, blocked by the valve 16. The second hole for the nozzle 23 for the pipe 22, blocked by the valve 24, serves to maintain atmospheric pressure in the chamber during the evaporation of the liquid.

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.

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). 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 setup of the installation during experimental explosions should be performed in the following sequence: with the open holes of the discharge and blocked by valve 19 and open taps 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. 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 minutes 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.

Площадь отверстия устанавливается равная или больше того значения, которое установлено в п. I. 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).The area of the hole is set equal to or greater than the value specified in paragraph I. 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 is the largest that can be allowed for condition (1) to be fulfilled. 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 discharged enclosing structures per unit area of the hole (opening).

Возможен вариант (фиг. 5), когда упругодемпфирующие элементы 34, закрепленные на листах-упорах 29, выполнены в виде демпфирующей пластины 41, заполненной трехслойной симметричной дисперсной системой, при этом центральный слой (на чертеже не показан), являющийся слоем симметрии объемного тела демпфирующей пластины 41 с внутренней полостью и поверхностями, эквидистантными поверхностям панели, выполнен из вибродемпфирующего материала, а прилегающие к нему слои заполнены дисперсной системой воздух - свинец.A variant is possible (Fig. 5) when the elastic-damping elements 34 mounted on the abutment sheets 29 are made in the form of a damping plate 41 filled with a three-layer symmetrical disperse system, while the central layer (not shown in the drawing), which is the symmetry layer of the bulk body damping plates 41 with an internal cavity and surfaces equidistant to the panel surfaces are made of vibration damping material, and the adjacent layers are filled with an air-lead dispersed system.

Возможен вариант (фиг. 5), когда к демпфирующей пластине 41 оппозитно панели и в направлении ударной волны присоединено буферное устройство 42, выполненное в виде конуса, вершина которого находится на оси 33 проема 32 защищаемого объекта.A variant is possible (Fig. 5) when a buffer device 42 is attached to the damping plate 41 of the opposite panel and in the direction of the shock wave, made in the form of a cone, whose apex is on the axis 33 of the opening 32 of the protected object.

Возможен вариант выполнения демпфирующей пластины 41, когда центральный слой, являющийся слоем симметрии объемного тела с внутренней полостью, и поверхностями, эквидистантными поверхностям панели, выполняют комбинированным, состоящим из трех слоев: средний слой выполняют из жесткого вибродемпфирующего материала, например, типа «Агат» или «Антивибрит», а симметрично расположенные относительно него верхний и нижний слои выполняют из сплошного демпфирующего материала, в котором использована губчатая резина, или иглопробивной материал типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, или нетканый вибродемпфирующий материал (на чертеже не показано).An embodiment of the damping plate 41 is possible when the central layer, which is the symmetry layer of a three-dimensional body with an internal cavity, and surfaces equidistant to the panel surfaces, are combined, consisting of three layers: the middle layer is made of a hard vibration-damping material, for example, such as “Agate” or "Anti-vibration", and the upper and lower layers symmetrically located relative to it are made of continuous damping material in which sponge rubber or needle-punched material is used IPA “Vibrosil” based on silica or aluminoborosilicate fiber, or non-woven vibration damping material (not shown in the drawing).

Claims

A test bench for explosion-proof structures of buildings and structures, containing an explosive chamber, in the upper base of which there is an opening overlapped by an easily ejected element, the opening area can be changed by screwing interchangeable rings, and the discharged element overlaps the opening in the ring above which the protective screen is fixed, and the second hole is blocked by a valve, which is pressed against the hole by an electromagnet and opens by a spring when the contacts open, and the pressure force of the valve and compression of the spring is set so that the total force is equal to the allowable pressure multiplied by the area of the valve opening, i.e.

ΔF = Fe.m-Fpr = ΔRd.m Scl,

where Fe.m - the force of the electromagnet, pressing the valve to the hole, N / m ² ;

Fpr - spring compression force, opening valve, N;

Fпp = (10 ÷ 15) gm,

where g = 9.81 m / s ² ;

m is the mass of the core of the electromagnet with the valve, kg;

Scl - valve opening area, m ² ,

wherein the easy-to-eject element contains a metal armored frame with metal armored casing and lead filler, having four fixed support pipes at the ends, and at least three supporting rods with stop sheets in the upper part, while in the upper part, are rigidly sealed in the coating of the explosive chamber elasto-damping elements are fixed to the parts of the support rods, characterized in that the elasto-damping elements are made in the form of a damping plate filled with a three-layer symmetric disperse system Second, the core layer being a layer with the interior surfaces and bulk of the symmetry of the damping plate, equidistant surfaces of panels made of vibration damping material and the adjacent layers are filled with air dispersed system - lead.