ВЗРЫВОЗАЩИТНАЯ КАМЕРА
ANTIBLAST CHAMBER

Изобретение относится к области техники взрывных работ, защиты окружающей среды от взрывного воздействия и разработки средств локализации продуктов взрыва. Преимущественная область его использования - проведение экспериментальных исследований взрывоопасных объектов, хранение, транспортировка, разборка и уничтожение аварийных боеприпасов и террористических устройств, содержащих наряду с взрывчатыми веществами радиоактивные и вредные материалы, промышленные технологии с использованием взрывчатых веществ.
Известно "Устройство для локализации взрыва", патент РФ №2094754 С1, МКИ F42D 5/04, опубл. 27.10.1997, БИ №30. Указанное устройство содержит наружный металлический цилиндрический корпус с плоскими днищами, имеющими наружные ребра жесткости, амортизаторы в виде набора металлических цилиндрических оболочек, расположенных соосно с оболочкой корпуса, и пластин, расположенных параллельно днищам и разъединенных заполнителем, причем пластины свободно оперты на шпангоуты, закрепленные на внутренней поверхности наружного цилиндрического корпуса. Внутренняя рабочая полость устройства связана с полостью между днищем и ближайшей к нему амортизирующей пластиной каналами для обеспечения перетекания продуктов взрыва и выравнивания давлений между полостями с целью уменьшения деформаций пластин.
Недостатками устройства являются технологическая сложность изготовления и одноразовость применения. Кроме того, устройство имеет ограничение по прочности, т.к. при нагружении пластин, усилия от них передаются через жестко закрепленные шпангоуты на локальные зоны наружного корпуса, что создает в этих зонах дополнительные нагрузки, которые могут привести к разрушению корпуса. За счет перетекания газа через проходные каналы из внутренней рабочей полости в полость перед днищем происходит достаточно быстрое возрастание давления, которое действует на днище, что вызывает необходимость увеличения жесткости днища за счет введения наружных ребер жесткости. В данном устройстве существует проблема создания на днище равнопрочного с другими его силовыми элементами герметичного ввода во внутреннюю полость. В совокупности перечисленные факты приводят к ограничению несущей способности и функциональных возможностей устройства.
Наиболее близким к изобретению техническим решением (прототипом) является "Контейнер для локализации взрыва", патент РФ №2244253 С1, F42D 5/045, F42B 39/14, опубл. 10.01.2005, БИ №1). Контейнер содержит наружный металлический цилиндрический корпус с плоскими днищами, в одном из которых выполнен герметичный вход во внутреннюю полость, закрываемый прочной крышкой, и внутренний амортизирующий нагрузки контур, выполненный в виде внутренней цилиндрической оболочки, установленной коаксиально с зазором относительно корпуса и прикрепленной к днищам, и пластин, расположенных параллельно днищам и закрепленных на внутренней оболочке, в контакте с которой закреплена дополнительная оболочка, перекрывающая центральную зону полости.
Элементы амортизирующего контура предохраняют цилиндрический корпус и днища контейнера от разрушения за счет снижения уровня взрывной нагрузки при их пластическом деформировании. Цилиндрический корпус контейнера имеет утолщенные торцы, которые служат опорой для внутренней цилиндрической оболочки и днищ, препятствуют раскрытию и разрушению оболочки в этой зоне при возможном прогибе днищ. Пластины выполнены кольцевыми, соединены с равномерно расположенными по окружности ребрами, которые крепятся к внутренней оболочке и днищам, служат опорой для плит, закрывающих отверстия в пластинах. Все эти элементы за счет пластического деформирования имеют возможность поглощать часть энергии взрыва, тем самым снижая нагрузки на днища.
Недостатками устройства являются технологическая сложность изготовления и повышенная материалоемкость, которые связаны с выполнением днищ большей толщины, чем остальные элементы контейнера, утолщением торцов цилиндрического корпуса для повышения их жесткости. Однако увеличение толщины указанных элементов повышает вероятность их разрушения от динамических нагрузок при возникновении незначительных пластических (и даже в области упругих) деформаций. Это снижает несущую способность и прочностную надежность контейнера. При прогибе днища может произойти разрушение оболочки наружного корпуса в зоне ее углового стыка с днищем, где реализуется сложное напряженное состояние.
Совокупность приведенных недостатков свидетельствует о снижении прочности и надежности контейнера.
Решаемой технической задачей является разработка взрывозащитной камеры, способной локализовать внутри своей внутренней полости продукты взрыва взрывоопасного объекта и обеспечить проведение в ней многократных подрывов при уменьшении ее материалоемкости. Задача решается за счет ослабления совокупного действия импульсных нагрузок от воздушной ударной волны, продуктов взрыва и осколков на плоские днища и цилиндрическую оболочку корпуса в зоне их крепления и, соответственно, снижение в этих элементах напряжений и деформаций.
Ожидаемыми техническими результатами от реализации заявленного изобретения являются повышенная удельная несущая способность (отношение массы заряда к массе камеры) взрывозащитной камеры, надежная и безопасная для окружающей среды изоляция поражающих воздействий с возможным многократным подрывом внутри нее взрывных устройств любого вида, в том числе имеющих в составе инертный корпус, вредные и токсичные материалы, а также обеспечение малогабаритности и транспортабельности таких камер.
Указанные технические результаты достигаются взрывозащитной камерой, содержащей металлический цилиндрический корпус с плоскими днищами, к которым изнутри жестко присоединены равномерно распределенные по всей поверхности днищ радиальные ребра жесткости. Новым является то, что указанные ребра жестко соединены с корпусом, а также между собой - посредством пластин, закрепленных на внешних кромках ребер, при этом на корпусе в зонах соединения с ним ребер и днищ дополнительно установлены наружные цилиндрические оболочки.
Жесткое соединение ребер с корпусом, создающее протяженную область их контакта, позволяет перераспределить нагрузку по всей этой области (соизмеримой с длиной стороны ребра), а в совокупности с введенными дополнительными наружными цилиндрическими оболочками - исключить локальные изгибы и уменьшить вероятность разрушения торцевых зон корпуса при прогибе днищ. Соединение ребер между собой посредством пластин позволяет повысить их жесткость и применять ребра с длиной, перекрывающей практически всю площадь днищ. Такие скрепленные пластинами ребра могут сохранять работоспособность без потери устойчивости при значительных прогибах днищ, за счет чего повышается несущая способность камеры. Наряду с этим, пластины, соединяющие ребра, образуют дополнительный слой, защищающий днища от осколочного воздействия. Все эти элементы образуют единый замкнутый силовой контур, увеличивающий жесткость и прочность камеры в зонах соединения цилиндрического корпуса и плоских днищ, что позволяет использовать более тонкостенные детали, а значит, снизить материалоемкость конструкции.
В центральной зоне корпуса камеры в контакте с ним может быть установлена дополнительная цилиндрическая оболочка, которая снижает нагрузки на наиболее нагруженную часть корпуса и является защитным слоем от воздействия осколков.
Для формирования обтекаемой формы полости камеры с целью снижения импульсного давления от взрыва на днища камеры каждое ребро может быть выполнено в виде трапеции, большее основание которой жестко соединено с корпусом, а меньшее - с дополнительно введенным кольцевым элементом, закрепленным в центре днища. Причем, по крайней мере, на одном кольцевом элементе со стороны внутренней полости камеры может быть установлен газодинамический отражатель обтекаемой формы. Установленные под углом к днищу пластины, соединяющие ребра, и отражатель образуют внутри камеры поверхность без явно выраженных угловых зон, формирующую практически равномерное распределение газодинамического течения отраженных от стенок продуктов взрыва. Такая конфигурация полости камеры не создает усиления импульса давления, которое может реализоваться в угловых зонах за счет столкновений потоков газообразных продуктов взрыва, движущихся вдоль стенок навстречу друг другу со стороны днища и со стороны корпуса камеры.
По крайней мере, на одном кольцевом элементе камеры может быть выполнен (установлен) герметичный вход во внутреннюю полость камеры, соединение которого с днищем усиливается за счет жесткого соединения с ним одного основания ребра.
На фиг.1 изображен вариант выполнения взрывозащитной камеры. На фиг.2 - то же, сечение А-А.
Взрывная камера имеет металлический корпус в виде цилиндрической оболочки 1 с плоскими днищами 2. На днищах 2 изнутри со стороны полости камеры расположены равномерно распределенные по окружности днища радиальные ребра жесткости 3, жестко скрепленные с помощью сварных соединений с днищами 2 и оболочкой корпуса 1, а также между собой - посредством пластин 4, приваренных к внешним кромкам ребер 3. Металлический корпус 1 в зонах крепления к нему днищ 2 и ребер 3 усилен дополнительными наружными цилиндрическими оболочками 5.
В приведенном варианте исполнения ребра 3 выполнены в виде трапеций, большие основания которых крепятся сваркой к корпусу 1, а меньшие - жестко соединены с одной стороны с кольцевым элементом 6, прикрепленным сваркой к одному из днищ 2, и с другой стороны - с кольцевым элементом, выполненным в виде горловины 7 с отверстием, также прикрепленной сваркой к другому днищу 2. Горловина 7, отверстие которой герметично закрывается прочной крышкой 8, является герметичным входом во внутреннюю полость камеры.
На кольцевом элементе 6 со стороны внутренней полости установлен отражатель 9 обтекаемой (выпуклой в сторону полости) формы, закрепленный по фланцу сварным (либо болтовым) соединением.
Центральная часть камеры в зоне расположения взрывоопасного объекта также может быть дополнительно усилена изнутри установленной без зазора дополнительной цилиндрической оболочкой 10, соединенной по торцам сварным соединением с корпусом 1.
Плоские днища 2 камеры могут также иметь и наружные ребра жесткости 11, выполненные и закрепленные по аналогии с внутренними ребрами 4.
Взрывозащитная камера работает следующим образом.
Взрывоопасный объект, содержащий взрывчатые вещества, через горловину 7 вводится в полость камеры и устанавливается примерно в ее геометрическом центре, после чего отверстие горловины 7 герметично закрывается крышкой 8. Создаваемые при взрыве объекта газодинамические нагрузки (от импульса давления ударной волны, газообразных и твердых (осколков) продуктов взрыва) воздействуют на: корпус 1, пластины 4, опирающиеся на ребра 3, скрепленные с оболочкой 1 и днищами 2, отражатель 9, установленный на кольцевом элементе 6, и горловину 7 с крышкой 8. Ребра 3, на которые опираются соединяющие их между собой пластины 4, передают усилия на торцевые области корпуса 1, которые усилены дополнительными наружными оболочками 5, и днища 2. При этом нагрузка равномерно распределяется по оболочке корпуса 1 в зонах контакта с ней ребер 3 и по поверхностям днищ 2, контактирующих с ребрами 3. Ребра 3, жестко связанные с оболочкой корпуса 1, а также дополнительные наружные оболочки 5 препятствуют раскрытию торцов при возможном прогибе днищ 2. Ребра 3, жестко связанные с днищами 2, повышают их жесткость и уменьшают вероятность их прогиба. При этом если воздействие передающихся на днища 2 нагрузок приводит к их прогибу, то ребра 3 сохраняют работоспособность до тех пор, пока не наступит потеря устойчивости, чему противодействуют соединяющие их по наружным кромкам пластины 4. Пластины 4 не дают ребрам терять устойчивость даже при достаточно больших прогибах днищ 2.
В центральной зоне, где располагается взрывоопасный объект, нагрузка при взрыве больше, поэтому корпус 1 усиливается изнутри за счет введения цилиндрической оболочки 10, находящейся в контакте с корпусом 1. Данная оболочка 10, пластины 4 и отражатель 9 выполняют также роль противоосколочной защиты корпуса 1 и днищ 2. Разлетающиеся при взрыве высокоскоростные осколки взаимодействуют с указанными элементами, внедряются в них, теряя при этом свою энергию, скорость и, соответственно, пробивную способность, не повреждая оболочку корпуса 1 и днища 2 камеры.
Выполнение ребер 3 трапецеидальными позволяет создать внутри камеры такую форму полости, при которой не происходит образование угловых зон повышенного давления при взаимодействии отраженных от стенок и днищ встречных потоков газообразных продуктов взрыва.
Кольцевой элемент 6 и горловина 7, установленные в центре днищ 2, позволяют соединить с ними одним основанием все ребра жесткости 3, равномерно распределенные по окружности днищ 2, и тем самым повысить жесткость днищ 2.
Газодинамический отражатель 9 снижает импульс давления, действующий на центр плоского днища 2, за счет перераспределения и частичного отражения продуктов взрыва, что существенно уменьшает прогиб днища 2.
Кольцевой элемент 7, представляющий собой горловину с отверстием, которое закрывается крышкой 8 с герметичным уплотнением, дает возможность установить взрывоопасный объект во внутреннюю полость камеры.
На действующем экспериментальном образце взрывозащитной камеры показана возможность реализации заявленного изобретения. Проведенные взрывные эксперименты подтвердили достижение заявленных технических результатов, заключающихся в повышении несущей способности (взрывостойкости) и надежности конструкции, в обеспечении малогабаритности и транспортабельности камеры. Взрывозащитная камера прошла экспериментальную отработку как конструкция многократного применения с двукратным запасом по несущей способности.