RU2602546C1

RU2602546C1 - 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

Info

Publication number: RU2602546C1
Application number: RU2015140510/03A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2016-11-20

Abstract

FIELD: security systems.

SUBSTANCE: invention relates to safety systems in emergency situations and can be used for explosion protection of buildings and structures, as well as of process equipment. Device for selecting the size of a hole for an easy-to-discard structural element and its weight, intended for protection of buildings and constructions against explosions, includes an explosion chamber, in the upper base of which there is a hole covered with the easy-to-discard element. Square of the hole can be varied by screwing in replaceable rings, and the discardable element covers the hole in the ring, above which a protective screen is fixed, herewith the second hole is covered by a valve, which is pressed to the hole with the help of an electromagnet and is opened by a spring at opening contacts, and the force of the valve and the spring compression is set so, that their total force is equal to the tolerable pressure multiplied by the square of the valve hole. Herewith the easy-to-discard element comprises a metal armored frame with a metal armored plating and lead as a filler having at the ends four fixed branch pipes - supports, four load-bearing bars telescopically fitted in said pipes are rigidly embedded in explosive structure coating, herewith the filler is made as an air-lead disperse system, the said lead is shaped as frit while the load-bearing bars are flexible, herewith it additionally contains elastic-damping breaking elements of single action, which are fixed on the load-bearing bars to sheets-stoppers by means of the damping base with screws, and to the base coaxially to the bar a single action bushing is attached by means of a flange with screws made of a breaking material, for example porcelain, herewith the elastic part of the breaking element is made in the form of at least three leaf springs with their convex parts facing the axis of the bar, on which there is a threaded section for attachment of a clamping element of bushing type with grooves to fix one of the leaf springs ends, and the other end of which is fixed in the damping base by cast polyurethane.

EFFECT: higher efficiency of protection of buildings and structures, as well as process equipment against explosions by increasing the efficiency and reliability of operation by means of breaking elements of structures.

1 cl, 4 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.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является устройство по патенту РФ №2520670 (прототип), содержащее взрывную камеру, в верхнем основании которой имеется отверстие, перекрываемое легкосбрасываемым элементом, площадь отверстия может меняться путем ввинчивания сменных колец, а сбрасываемый элемент перекрывает отверстие в кольце, над которым закрепляется защитный экран, причем второе отверстие перекрывается клапаном, который прижимается к отверстию с помощью электромагнита и открывается пружиной при размыкании контактов, а усилие прижатия клапана и сжатия пружины устанавливается таким образом, чтобы суммарное усилие было равно допускаемому давлению, умноженному на площадь отверстия клапана, т.е.The closest technical solution to the claimed object is a device according to the patent of the Russian Federation No. 2520670 (prototype), containing an explosive chamber, in the upper base of which there is an opening overlapped by an easily ejected element, the area of the opening can be changed by screwing interchangeable rings, and the discharged element overlaps the hole in the ring, over which a protective shield is fixed, and the second hole is blocked by a valve, which is pressed against the hole by an electromagnet and is opened by a spring when opened to ntaktov, and the force pressing the valve and a compression spring is installed so that the total force equal allowed by the pressure multiplied by the valve opening area, i.e.

ΔF=Fэ.м-Fпр=ΔРд.мSкл,ΔF = Fe.m-Fpr = ΔRd.mScl,

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; ΔР_Д.М - перепад допускаемого давления для модельной установки; 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; _{ΔР D.M} - differential pressure for a model installation; Scl - the area of the valve opening, m ² .

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.EFFECT: increased efficiency of protection of buildings, structures, as well as technological equipment from explosions by increasing speed and reliability of operation with the help of collapsing structural elements.

Это достигается тем, что в устройстве подбора размера отверстия для легкосбрасываемого элемента конструкции и его массы, предназначенного для защиты зданий и сооружений от взрывов, содержащее взрывную камеру, в верхнем основании которой имеется отверстие, перекрываемое легкосбрасываемым элементом, площадь отверстия может меняться путем ввинчивания сменных колец, а сбрасываемый элемент перекрывает отверстие в кольце, над которым закрепляется защитный экран, причем второе отверстие перекрывается клапаном, который прижимается к отверстию с помощью электромагнита и открывается пружиной при размыкании контактов, а усилие прижатия клапана и сжатия пружины устанавливается таким образом, чтобы суммарное усилие было равно допускаемому давлению, умноженному на площадь отверстия клапана, т.е.This is achieved by the fact that in the device for selecting the size of the hole for the easily ejected structural element and its mass, designed to protect buildings and structures from explosions, containing an explosive chamber, in the upper base of which there is an opening overlapped by the easily ejected element, the hole area can be changed by screwing interchangeable rings , and the discharged element overlaps the hole in the ring, over which the protective screen is fixed, and the second hole is blocked by a valve, which is pressed against the opening It is opened with the help of an electromagnet and opened by the spring when the contacts open, and the force of pressing 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=Fэ.м-Fпр=ΔРд.мSкл,ΔF = Fe.m-Fpr = ΔRd.mScl,

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; ΔР_Д.М - перепад допускаемого давления для модельной установки; Sкл - площадь отверстия клапана, м², легкосбрасываемый элемент, содержит металлический бронированный каркас с металлической бронированной обшивкой и наполнителем - свинцом, имеющий в торцах четыре неподвижных патрубка-опоры, а в покрытии взрывоопасного объекта жестко заделаны четыре опорных стержня, которые телескопически вставлены в неподвижные патрубки-опоры панели, причем наполнитель выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни выполнены упругими, при этом он дополнительно содержит упругодемпфирующиеся разрушающиеся элементы одноразового действия, которые крепятся на опорных стержнях к листам-упорам посредством демпфирующего основания винтами, а к основанию коаксиально стержню прикреплена посредством фланца винтами втулка одноразового действия, выполненная из хрупкого, разрушающегося материала, например фарфора, при этом упругая часть разрушающегося элемента выполнена в виде, по крайней мере, трех листовых рессор, обращенных своей выпуклой частью в сторону оси стержня, на котором имеется резьбовой участок для крепления зажимного элемента втулочного типа с канавками для фиксации одного из концов листовых рессор, а другой конец которых закреплен в демпфирующем основании посредством литьевого полиуретана.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; _{ΔР D.M} - differential pressure for a model installation; Skl - valve opening area, m ² , 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 four supporting rods that are telescopically inserted into the fixed ones in the coating of an explosive object panel support pipes, the filler being made in the form of a dispersed air-lead system, moreover, the lead is made in the form of crumbs, and the support rods are made elastic, while it is additionally It additionally contains single-acting elastic-damping collapsing elements that are attached to the support rods to the abutment sheets by means of a damping base with screws, and a single-use sleeve made of brittle, collapsing material, such as porcelain, is attached to the base coaxially with the screw flange, while the elastic part of the collapsing element is made in the form of at least three leaf springs facing their convex part towards the axis of the rod, on which there is a screw section for fastening the clamping element of the sleeve type with grooves for fixing one of the ends of the leaf springs, and the other end of which is fixed in the damping base by injection molding polyurethane.

На фиг. 1 представлена схема устройства для осуществления способа подбора размера отверстия для легкосбрасываемого элемента конструкции и его массы, предназначенного для защиты зданий и сооружений от взрывов, на фиг. 2 представлена схема легкосбрасываемого элемента взрывозащитной конструкции, на фиг. 3 - схема упругодемпфирующегося разрушающегося элемента одноразового действия для легкосбрасываемого элемента взрывозащитной конструкции.In FIG. 1 is a diagram of 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, FIG. 2 is a diagram of an easily ejected explosion-proof element; FIG. 3 is a diagram of an elastically damping collapsing element of a one-time action for an easily resettable element of an explosion-proof structure.

Устройство для осуществления способа подбора размера отверстия для легкосбрасываемого элемента конструкции и его массы, предназначенного для защиты зданий и сооружений от взрывов (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 взрывозащитной конструкции. 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 the method of selecting the hole size for an easily ejected structural member and its mass, intended to protect buildings and structures from explosions (Fig. 1), 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 an easily ejected element 2 of an explosion-proof design. The area of the hole can be changed by screwing in the interchangeable rings 21. The discharge element 2 overlaps the hole in the ring 21, over which the protective shield 3 is fixed. The second hole is blocked by a valve 19, which is pressed against the hole by the electromagnet 12 and opens by the spring 11 when the contacts 4 open. pressing the valve and compressing 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.

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 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.

Легкосбрасываемый элемент 2 взрывозащитной конструкции (фиг. 2) 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 вставленные 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. К листам-упорам 29 крепится упругодемпфирующийся разрушающийся элемент 34 одноразового действия.The easily removable element 2 of the explosion-proof structure (Fig. 2) consists of an armored metal frame 25 with an armored metal casing 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 fixed nozzles - supports 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 an air-lead dispersed system, and the lead is made in the form of crumbs, and the support rods 28 are resilient. An elastic-damping collapsing element 34 of a one-time action is attached to the abutment sheets 29.

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.

Упругодемпфирующийся разрушающийся элемент 10 одноразового действия (фиг. 3) крепится на опорных стержнях 28 к листам-упорам 29 посредством демпфирующего основания 35 винтами 36. К основанию 35 коаксиально стержню 28 прикреплена посредством фланца 38 винтами 39 втулка 37 одноразового действия, выполненная из хрупкого, разрушающегося материала, например фарфора. Упругая часть разрушающегося элемента 34 выполнена в виде, по крайней мере, трех листовых рессор 43, обращенных своей выпуклой частью в сторону оси стержня 28, на котором имеется резьбовой участок 40 (резьба с мелким шагом) для крепления зажимного элемента 41 втулочного типа с канавками 42 для фиксации одного из концов листовых рессор 43, другой конец которых закреплен в демпфирующем основании 35 посредством литьевого полиуретана.The elastic-damping collapsing element 10 of a one-time action (Fig. 3) is mounted on the support rods 28 to the abutment sheets 29 by means of a damping base 35 with screws 36. A disposable sleeve 37 made of brittle, collapsing is attached to the base 35 coaxially with the screw 28 by means of a flange 38 with screws 39. material, such as porcelain. The elastic part of the collapsing element 34 is made in the form of at least three leaf springs 43 facing their convex part towards the axis of the rod 28, on which there is a threaded section 40 (thread with a small pitch) for fastening the clamping element 41 of the sleeve type with grooves 42 for fixing one of the ends of the leaf springs 43, the other end of which is fixed in the damping base 35 by injection molding polyurethane.

Сборка упругодемпфирующегося разрушающегося элемента 34 одноразового действия осуществляется в следующей последовательности. К стержню 28 перпендикулярно его оси приваривается лист-упор 29, после чего к нему винтами 36 крепится основание 35, имеющее канавки (на чертеже не показано) для установки одного из концов листовых рессор 43, которые заливаются литьевым полиуретаном. После чего на стержне 28, устанавливается втулка 37, выполненная из хрупкого, разрушающегося материала, которая поджимается по резьбовому участку 40 зажимным элементом 41 втулочного типа с канавками 42 для одновременной фиксации другого конца листовых рессор 43. Таким образом, разрушающийся элемент 34 готов к установке на противовзрывную панель.The assembly of the elastically damping collapsing element 34 of a single action is carried out in the following sequence. An abutment sheet 29 is welded to the rod 28 perpendicular to its axis, after which a base 35 is fastened to it with screws 36 having grooves (not shown in the drawing) for installing one of the ends of the leaf springs 43, which are filled with injection molded polyurethane. Then on the rod 28, a sleeve 37 is installed, made of brittle, collapsing material, which is pressed along the threaded section 40 by a clamping element 41 of the sleeve type with grooves 42 to simultaneously fix the other end of the leaf springs 43. Thus, the collapsing element 34 is ready for installation on explosion-proof panel.

Возможен вариант выполнения легкосбрасываемого элемента (фиг. 4), который состоит из бронированного металлического каркаса 25 с бронированной металлической обшивкой 26 и наполнителем - свинцом 27. В покрытии объекта у проема 32 симметрично относительно оси 33 заделаны четыре опорных стержня 28, телескопически вставленные в неподвижные патрубки-опоры 30, заделанные в панели. К торцам опорных стержней 28, к которым приварены листы-упоры 29, со стороны, обращенной к металлическому каркасу 25 с бронированной металлической обшивкой 26, прикреплены дополнительные элементы 44, демпфирующие воздействие ударной волны. Дополнительные элементы 44 могут быть выполнены из эластомера, например полиуретана. Дополнительные элементы 44 могут быть выполнены комбинированными (на чертеже не показано), например упругодемпфирующими в виде упругого элемента, например пружины, заполненной полиуретаном.An embodiment of an easy-to-reset element is possible (Fig. 4), which consists of an armored metal frame 25 with an armored metal casing 26 and a filler - lead 27. In the object coating at the aperture 32, four support rods 28 are sealed symmetrically with respect to the axis 33 and are telescopically inserted into the fixed nozzles - supports 30, embedded in the panel. To the ends of the support rods 28, to which the abutment sheets 29 are welded, from the side facing the metal frame 25 with the armored metal sheathing 26, additional elements 44 are attached that dampen the impact of the shock wave. Additional elements 44 may be made of an elastomer, such as polyurethane. Additional elements 44 can be made combined (not shown in the drawing), for example, elastic-damping in the form of an elastic element, for example, a spring filled with polyurethane.

Между дополнительными элементами 44 и металлическим каркасом 25 с бронированной металлической обшивкой 26 на опорных стержнях 28 установлены втулки 45 из быстроразрушающегося материала, например стекла типа «триплекс».Between the additional elements 44 and the metal frame 25 with the armored metal sheathing 26 on the support rods 28 there are bushings 45 made of quick-breaking material, for example, triplex glass.

Легкосбрасываемый элемент 2 взрывозащитной конструкции работает следующим образом.Easily resettable element 2 explosion-proof design works as follows.

При взрыве внутри производственного помещения (на чертеже не показано) происходит подъем легкосбрасываемого элемента 2 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.When an explosion occurs inside the production room (not shown in the drawing), the easily ejected element 2 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, stop plates 29 are used.

Упругодемпфирующийся разрушающийся элемент 34 одноразового действия работает следующим образом.Elastically damping collapsing element 34 of a single action works as follows.

При подъеме легкосбрасываемого элемента 2 взрывозащитной конструкции от воздействия ударной волны он упирается в зажимной элемент 41 втулочного типа и срезается резьба на резьбовом участке 40 стержня 28. При дальнейшем движении легкосбрасываемого элемента 2 вверх зажимной элемент 41 разрушает втулку 37 одноразового действия, выполненную из хрупкого, разрушающегося материала, например фарфора, и сжимает упругие элементы, выполненные в виде листовых рессор 43, которые, сжимаясь от возрастающего давления ударной волны, в определенный момент освобождаются от крепления своих концов в канавках 42 и в основании 35 и падают, освобождая путь для дальнейшего продвижения зажимного элемента 41 по стержню 28 до взаимодействия его с демпфирующим основанием 35. В случае большого (более 5 КПа) давления взрывной волны либо срезается сварочное соединение, которое крепит опорные стержни 28 к листам-упорам 29, либо происходит заклинивание и разрыв стержней 28.When lifting the easily ejected element 2 of the explosion-proof structure from the action of the shock wave, it abuts against the clamping element 41 of the sleeve type and the thread is cut off on the threaded portion 40 of the rod 28. With the further movement of the easily ejecting element 2, the clamping element 41 destroys the sleeve 37 of a one-time action made of brittle, collapsing material, such as porcelain, and compresses the elastic elements made in the form of leaf springs 43, which, compressing from the increasing pressure of the shock wave, at a certain moment they are deceived from attaching their ends in the grooves 42 and in the base 35 and fall, freeing the way for further movement of the clamping element 41 along the rod 28 until it interacts with the damping base 35. In the case of a large (more than 5 KPa) pressure of the blast wave or the welding joint is cut off, which fastens the support rods 28 to the stop sheets 29, or the rods jam and break 28.

Для того чтобы сдемпфировать (смягчить) ударные нагрузки при возврате легкосбрасываемого элемента 2 наполнитель металлического каркаса 25 выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни 28 выполнены упругими.In order to damp (soften) shock loads when returning an easily ejected element 2, 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 28 are 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.

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 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 things 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_Н - объем сосуда (помещения) в натурных условиях, м³; W_М - объем взрывной камеры модельной установки, м³; d_cp.H, d_cp.M - средний диаметр (размер) отверстия натуры и модели соответственно.where ΔР _N - excess pressure on the walls of the volume in natural conditions, MPa; ? P _M - excess pressure on the vessel wall in the model setup 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 _cp.H , d _cp.M - average diameter (size) of the hole of nature and model, respectively.

Для заданных условий - объема помещения W_Н, 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 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 installation:

Затем, опытным путем на лабораторной установке следует определить требуемую величину К_сб и массу сбрасываемого элемента из условия:Then, empirically, in a laboratory setup, the required value of K _sb and the mass of the discharged element should be determined 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.

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 erasable enclosing structures 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 are 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 the building has a sufficient number of openings fenced with 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 conditions 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-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 .

Применяемые для эксперимента приборы и оборудование.Applied for the experiment instruments and equipment.

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 is opened by the spring 11 when the contacts 4 are opened. The pressure 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.

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_К - 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 _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 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.

Порядок проведения эксперимента.The order of the experiment.

1. Определение требуемой удельной площади отверстия Ксбр.1. Determination of the required specific hole area Xsbr.

Для заданных условий взрыва и заданного ΔР_Д по формуле (1) определить ΔР_Д·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 ΔР_Н - избыточное давление на стенки объема в натурных условиях, МПа; ΔР_М - избыточное давление на стенки сосуда на модельной установке, МПа; W_Н - объем сосуда (помещения) в натурных условиях, м³; W_М - объем взрывной камеры модельной установки, м³; d_cp.Н, d_cp.M - средний диаметр (размер) отверстия натуры и модели соответственно.where ΔР _N - excess pressure on the walls of the volume in natural conditions, MPa; ? P _M - excess pressure on the vessel wall in the model setup 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 _cp.H , d _cp.M - average diameter (size) of the hole of nature and model, respectively.

Для заданных условий - объема помещения W_Н, допускаемого давления Р_Д, природы и концентрации взрывоопасной смеси необходимо определить требуемую площадь отверстия и массу легкосбрасываемого элемента так, чтобы выполнялось условие (2).For 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.

Для этого сначала из соотношения (1) находят Р_Д.М для модельной установки:To do this, first from relation (1) 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 условия:Then empirically in a laboratory setup should determine the required value of K _sb and the mass of the discharged element from the condition:

K_сб=Sотв/W,K _sat = Sot / W,

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 ΔР_Д.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 is closed with the lightest element, such as plastic wrap. If the valve 19 did not work during the explosion of the mixture, 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 works (opens), then the value of the area of the hole that was before the valve worked will be the smallest - sufficient to satisfy condition (1), i.e.

ΔF=Fэ.м-Fпр=ΔРд.мSкл,ΔF = Fe.m-Fpr = ΔRd.mScl,

Для найденной площади отверстия определить отношение Ксб=Sотв/W.For the found hole area, determine the ratio Ksb = Sotv / 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 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.

2. Определение допустимого веса (массы) сбрасываемого элемента на единицу площади отверстия. 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). Последовательность настройки установки при проведении опытных взрывов такая же, как и в п. 1.2. Determining the allowable weight (mass) of the discharged element per unit area of the hole. 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). The setup sequence for conducting experimental explosions is the same as in paragraph 1.

Claims

A device for selecting a hole size for an easily ejected structural element and its mass, designed to protect buildings and structures from explosions, 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 discharge element overlaps the opening in a ring over which a protective shield is fixed, the second hole being blocked by a valve that is pressed against the hole by an electromagnet and a spring that opens when opening the contacts, and the force pressing the valve and a compression spring is installed so that the total force equal allowed by the pressure multiplied by the valve opening area, i.e.
ΔF = Fe.m-Fpp = ΔRd.m Scl,
where Fe.m - the force of the electromagnet, pressing the valve to the hole, N / m ² ; Fпp - spring compression force opening the valve, Н: 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; ΔRd.m - differential pressure for a model installation; Skl - valve opening area, m ² , characterized in that the easily ejected element contains a metal armored frame with metal armored casing and lead filler, having four fixed nozzle supports at the ends, and four supporting rods that are telescopically rigidly embedded in the coating of the explosive object inserted into the fixed nozzles-supports of the panel, and the filler is made in the form of a dispersed air-lead system, and the lead is made in the form of crumbs, and the support rods are made elastic gimi, in addition, it additionally contains elasto-damping, collapsing, single-acting elements that are attached to the support rods to the abutment sheets by means of a damping base with screws, and a single-use sleeve made of brittle, collapsing material, such as porcelain, is attached to the base coaxially with the screw flange. the elastic part of the collapsing element is made in the form of at least three leaf springs facing their convex part towards the axis of the rod, on which there is a threaded section for fastening the clamping element of the sleeve type with grooves for fixing one of the ends of the leaf springs, and the other end of which is fixed in the damping base by means of injection polyurethane, and to the ends of the support rods to which the stop plates are welded, from the side facing to the metal frame with armored metal sheathing, additional elements damping the effects of the shock wave are attached, which are made of an elastomer, such as polyurethane, or combined , e.g. in the form of elastic-damping elastic member, for example a spring, filled polyurethane, and between the additional element and a metal frame with an armored metal shell mounted on the support rods of the sleeve-decomposing material, such as glass type "triplex".