Контейнер для локализации взрыва

Контейнер для локализации взрыва

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к технике защиты окружающей среды от взрывного воздействия и локализации в замкнутом объеме продуктов взрыва.

Преимущественная область его использования - проектирование и изготовление защитных устройств (контейнеров) для проведения экспериментов, реализации взрывных и потенциально взрывоопасных технологий, для предотвращения катастрофических последствий аварийных ситуаций, при которых существует вероятность взрыва с выбросом в атмосферу вредных веществ в виде аэрозолей и газообразных фракций.

Известен "Контейнер для взрывоопасных грузов", патент RU №2065566, МПК 6 F 42 В 39/00 (публикация в БИ №23 от 20.08.96). Указанный контейнер содержит наружный металлический цилиндрический корпус с плоскими крышками, внутреннюю камеру с устройством крепления груза, выполненную в виде цилиндрической или усеченной конической оболочки из броневой стали с крышками, закрепленную к корпусу соосно расположенными упругопластичными усеченными коническими оболочками. Наружный корпус и крышки контейнера с внешней стороны покрыты теплозащитным слоем из материала на основе термовспенивающихся графитов, а камера имеет внутренний пулезащитный экран в виде сплошной резиновой пластины, промежуточный слой из высокопрочной тонколистовой стали и теплоизоляционный экран в виде чехла, образованного двумя слоями термостойкого волокнистого материала, каждый слой которого облицован тканью из термостойкого материала. Контейнер защищает груз от наружного пожара транспортных средств, от воздействия ударных нагрузок, в том числе от воздействия поражающих элементов обычного оружия (пули, осколка).

Недостатком устройства является неспособность конструкции локализовать внутри контейнера аварийный взрыв груза (боеприпаса), содержащего ВВ в металлическом корпусе. При внутреннем взрыве за счет воздействия давления ударной волны, газообразных продуктов взрыва и осколков произойдет разрушение сначала внутренней камеры, потом наружного корпуса контейнера. При этом поражающие факторы взрыва и фрагменты разрушенного контейнера будут воздействовать на окружающую среду. Кроме того, в данной конструкции достаточно сложная технология загрузки (выгрузки) и крепления взрывоопасного груза, требующая кантования контейнера, что увеличивает вероятность взрыва при аварии. Т.е. данный контейнер имеет ограниченные функциональные возможности, а именно: он не способен локализовать внутренний взрыв, а технология эксплуатации контейнера с грузом полностью не исключает операций, при которых существует вероятность взрыва груза, содержащего ВВ.

Наиболее близким к изобретению известным техническим решением (прототипом) является контейнер для хранения и транспортировки взрывных материалов (Патент США №4055247, кл. F 42 В 37/02, опубл. 25.10.77). Контейнер содержит металлический цилиндрический корпус с плоскими днищами, в одном из которых выполнен герметичный ввод во внутреннюю полость, амортизаторы, выполненные в виде цилиндрических оболочек, одна из которых прикреплена к днищам, установленных коаксиально с зазором относительно корпуса и пластин, расположенных параллельно днищам, разделенных энергопоглощающим материалом. Амортизаторы предохраняют цилиндрический корпус и днища контейнера от разрушения за счет снижения уровня взрывной нагрузки при их пластическом деформировании. На цилиндрическом корпусе и цилиндрической оболочке амортизатора в контакте с ними закреплены дополнительные оболочки, перекрывающие и усиливающие наиболее нагруженную при взрыве центральную зону контейнера.

Недостатком устройства является технологическая сложность изготовления, повышенная материалоемкость, малый полезный объем, ограниченный внутренней вставкой. Кроме того, не в полной мере используются свойства пластин поглощать энергию взрыва при их деформировании за счет возможности локального разрушения на начальной стадии процесса при жестком соединении пластин с цилиндрическими оболочками, приводящими к исключению пластины из роли энергопоглащающего элемента, и последующему их перемещению в сторону днища, что увеличивает нагрузку на днище и снижает надежность конструкции. Следует также отметить, что пластины-амортизаторы не перекрывают всю площадь днища с горловиной, закрываемой крышкой. Поэтому остается незащищенная область горловины, где из-за этого для повышения прочности требуется увеличивать толщину стенки, а это в свою очередь увеличивает вероятность хрупкого разрушения данного элемента при небольших деформациях. Совокупность приведенных недостатков снижает прочность и надежность контейнера.

Решаемой технической задачей является разработка контейнера, способного многократно локализовать в своей внутренней полости продукты аварийного или санкционированного подрыва взрывоопасного объекта, повышение его несущей способности и надежности. Кроме того, контейнер должен обеспечить загрузку в него взрывоопасных объектов, близких по диаметру к диаметру его внутреннего корпуса, при уменьшении его материалоемкости. Задача решается за счет снижения воздействия воздушной ударной волны, продуктов взрыва и осколков на герметичный наружный корпус контейнера и ослабления действия взрывной (импульсной) нагрузки до безопасного уровня на элементы внутреннего контура.

Ожидаемым результатом от реализации технического решения является повышенная удельная несущая способность взрывозащитного контейнера, надежная и безопасная для окружающей среды изоляция поражающих воздействий от возможного подрыва (в том числе многократного) внутри него взрывных устройств любого вида, в том числе устройств, содержащих внутри своего корпуса взрывчатые вещества в сочетании с вредными материалами, обеспечение транспортабельности и расширение области применения таких контейнеров.

Указанный технический результат достигается контейнером для локализации продуктов взрыва, содержащим корпус из соосных внутренней и внешней камер, разделенных зазором, причем внутренняя камера выполнена не менее чем двухслойной.

Новым является то, что внешняя камера выполнена разъемной и состоит из соединенных между собой фланцами центрального отсека и крышек, каждая крышка выполнена в виде цилиндрической оболочки с плоским днищем, к днищу закреплен крешер, состоящий из цилиндрической оболочки, подкрепленной радиальными ребрами жесткости, и пластины, параллельной днищу, выполненной с центральным отверстием, закрытым со стороны центральной зоны съемной деформируемой мембраной, внутренняя камера выполнена съемной и установлена в полости внешней камеры на фиксаторы положения с опиранием ее торцов на пластину крешера, на ее внутренней поверхности размещен сменный противоосколочный экран, выполненный из набора продольных плоских или криволинейных пластин, а на поверхности мембран установлен противоосколочный экран в виде пластины. Соединение фланцев центрального отсека и крышек может быть выполнено клиновидной формы. При этом крепление фланцев может быть осуществлено охватывающим разрезным кольцевым бугелем, причем охватывающая фланцы поверхность бугеля выполнена ответной им формы.

Выполнение внешней камеры контейнера разъемной и состоящей из центрального отсека и крышек, соединяемых между собой фланцами, в открытом состоянии позволяет устанавливать в ее полость внутреннюю камеру и взрывоопасный груз, а в закрытом состоянии обеспечивает герметичное удержание давления продуктов взрыва. Крешер, закрепленный на плоском днище крышки, состоящий из цилиндрической оболочки, подкрепленной радиальными ребрами жесткости, и пластины с центральным отверстием с установленными на ней фиксаторами положения, служит опорой для внутренней камеры и обеспечивает ее соосность с внешней камерой. Причем все его элементы, а также элементы внутренней камеры (корпус и днища - деформируемые мембраны) за счет пластического деформирования поглощают часть выделяемой при взрыве энергии, снижая тем самым нагрузки на внешнюю камеру. По мере выработки прочностного ресурса или при накоплении на их поверхностях недопустимых по существующим нормам уровней загрязнения каждый их этих элементов может заменяться. Противоосколочные экраны из набора продольных пластин (или секторов колец) и пластин защищают стенки корпуса и деформируемых мембран внутренней камеры от воздействия высокоскоростных осколков, образующихся при взрыве. Эти элементы также могут заменяться целиком или частично по мере разрушения или загрязнения. Фланцевые соединения центрального отсека и крышек наружной камеры обеспечивают ее собираемость и закрепление между собой этих элементов. Клиновидная форма фланцев и охватывающих фланцы бугелей позволяет при закреплении бугелей на фланцах уплотнять соединяемые торцы фланцев и за счет затрат части энергии на совершение дополнительной работы по преодолению силы трения между контактирующими поверхностями бугелей и фланцев увеличить прочность этого соединения и обеспечить герметичность наружной камеры после внутреннего взрыва.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в разрезе, на фиг.2 - узел крепления фланцев наружной камеры.

Устройство выполнено следующим образом.

Корпус контейнера состоит из двух металлических цилиндрических камер - внутренней и внешней, расположенных соосно с воздушным зазором между ними. Внутренняя камера состоит из многослойной цилиндрической оболочки 1, в контакте с которой находится другая оболочка 2, перекрывающая центральную зону, и мембран 3, закрывающих ее торцы.

Внешняя разъемная камера состоит из центрального отсека 4 в виде цилиндрической оболочки и двух крышек 5, выполненных в виде цилиндрической оболочки с плоскими днищами 13, дополнительно усиленными наружными ребрами жесткости 16. Центральный отсек и каждая крышка имеют фланцы 11, 12, которыми они соединяются между собой. К днищу 13 каждой крышки закреплен крешер, состоящий из цилиндрической оболочки 6, подкрепленной радиальными ребрами жесткости 7, и пластины 8, расположенной параллельно днищу. Пластина 8 выполнена с центральным отверстием, которое закрывается со стороны центральной зоны мембраной 3, являющейся днищем внутренней камеры. Мембрана 3 опирается на кольцевую пластину 8 и является сменным элементом. Оболочка 1 внутренней камеры установлена в полости внешней камеры на фиксаторы положения 14 с опиранием ее торцов на кольцевую пластину 8 крешера. Со стороны полости внутренней камеры на поверхности оболочки 1 размещен сменный противоосколочный экран 9, выполненный из набора продольных плоских или криволинейных пластин, а на поверхности мембран 3 размещен противоосколочный экран 10 в виде пластины. Противоосколочные экраны могут изготавливаться из металла, бетона, керамзитобетона, песка, пакета слоев металлической сетки, прессованной металлической стружки и других подобных материалов.

Фланцы 11 и 12 соответственно центрального отсека 4 и крышек 5 могут быть выполнены клиновидной формы. Крепление фланцев 11, 12 может быть осуществлено охватывающим разрезным кольцевым бугелем 15, причем охватывающая фланцы поверхность бугеля выполнена ответной им формы.

Контейнер для локализации взрыва работает следующим образом.

До помещения в контейнер взрывоопасного объекта производится его частичная сборка. На крышках 5 к кольцевым пластинам 8 крешера крепятся мембраны 3 с установленными на них пластинами 10. На внутренней поверхности оболочки 1 собирается и закрепляется противоосколочный экран 9. Во внешней камере одна ее крышка 5 соединяется с центральным отсеком 4 фланцами 12 и 11, соответственно силовое крепление которых обеспечивается при помощи кольцевого бугеля 15 (фиг.2). Части кольцевого бугеля 15 крепятся между собой за счет болтовых соединений или соединительных штоков гидравлической системы. Внутренняя камера (цилиндрические оболочки 1, 2 с противоосколочным экраном 9) устанавливается в полость внешней камеры на фиксаторы положения 14 с опиранием торца на кольцевую пластину 8 крешера. Подвеска для взрывоопасного объекта крепится к мембране 3 второй крышки наружной камеры и в этой подвеске крепится взрывоопасный объект. После этого вторая крышка 5 фланцами 12 соединяется с фланцами 11 центрального отсека 4, причем за счет фиксаторов положения 14 обеспечивается соосность крышки и центрального отсека при их стыковке, когда происходит опирание торца оболочки 1 внутренней камеры на кольцевую пластину 8 крешера крышки. Силовое крепление фланцев 11, 12 центрального отсека 4 и данной крышки 5 производится охватывающим кольцевым бугелем 15 аналогично креплению уже установленной первой крышки.

При взрыве объекта (груза) в полости внутренней камеры контейнера за счет нагружения (импульсом давления ударной волны газообразных и твердых (осколков) продуктов взрыва) происходит пластическое деформирование и частичное разрушение элементов противоосколочных экранов 9, 10; пластическое деформирование: цилиндрических оболочек 1, 2, мембран 3, а также кольцевых пластин 8 и радиальных ребер жесткости 7 крешера. Ребра 7, с которыми соединены кольцевые пластины 8, частично деформируясь, передают усилия на цилиндрическую оболочку 6 крешера и днища 13 крышек 5 наружной камеры. При этом нагрузка равномерно распределяется по оболочке 6 крешера и на днище крышки в зонах контакта с ними ребер 7. Оболочка крешера 6 подкрепляет изнутри оболочку крышки 5, создавая ей дополнительную жесткость, что препятствует раскрытию торцов. Днище 13 крышек может быть дополнительно усилено наружными радиальными ребрами 16, что уменьшает возможный их прогиб и также препятствует раскрытию торцов.

Конструкция выполнена таким образом, что между цилиндрическими оболочками 1, 2 внутренней камеры и цилиндрическими оболочками центрального отсека 4 и крышек 5 внешней камеры имеется зазор, который должен сохраняться и в процессе их реакции на нагружение, чтобы импульсное воздействие не передавалось на наружную оболочку корпуса. В центральной зоне, где располагается взрывоопасный объект, нагрузка при взрыве наибольшая, и поэтому оболочка 1 внутренней камеры дополнительно усиливается в этой зоне путем введения по крайней мере еще одной цилиндрической оболочки 2, находящейся в контакте с оболочкой 1. Противоосколочные экраны 9, выполненные из набора продольных плоских или криволинейных пластин защищают от осколков поверхность оболочки 1, а пластины 10 - поверхность мембран 3. Даже при потере целостности оболочек 1, 2 внутреннего контура, например, вследствие разрушения за счет исчерпания ресурса прочности при цикличных взрывных нагружениях наружный корпус остается герметичным и удерживает внутри контейнера давления продуктов взрыва.

С помощью проведенных расчетно-экспериментальных исследований показана возможность реализации технических решений, используемых в контейнере. Проведены эксперименты с уменьшенными модельными образцами контейнера, в которых установлено, что контейнер заявленной конструкции надежно локализует взрыв заряда с корпусом, образующим осколки, с более чем двукратным запасом по несущей способности.

Предлагаемый контейнер может быть использован, в том числе многократно: для испытаний взрывоопасных объектов; при проведении экспериментальных работ с взрывоопасными объектами; для разборки и уничтожения боеприпасов; хранения и транспортирования аварийного боеприпаса или террористического объекта, содержащего наряду с ВВ радиоактивные и вредные материалы.

1. Контейнер для локализации взрыва, содержащий корпус из соосных внутренней и внешней камер, разделенных зазором, причем внутренняя камера выполнена не менее чем двухслойной, отличающийся тем, что внешняя камера выполнена разъемной и состоит из соединенных между собой фланцами центрального отсека и крышек, каждая крышка выполнена в виде цилиндрической оболочки с плоским днищем, к днищу закреплен крешер, состоящий из цилиндрической оболочки, подкрепленной радиальными ребрами жесткости, и пластины, параллельной днищу, выполненной с центральным отверстием, закрытым со стороны центральной зоны съемной деформируемой мембраной, внутренняя камера выполнена съемной и установлена в полости внешней камеры на фиксаторы положения с опиранием ее торцов на пластину крешера, на ее внутренней поверхности размещен сменный противоосколочный экран, выполненный из набора продольных плоских или криволинейных пластин, а на поверхности мембран установлен противоосколочный экран в виде пластины.

2. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что фланцевые соединения центрального отсека и крышек выполнены клиновидной формы.

3. Контейнер по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что крепление фланцев осуществлено охватывающим разрезным кольцевым бугелем, причем охватывающая фланцы поверхность бугеля выполнена ответной им формы.