ВЗРЫВОЗАЩИТНЫЙ КОНТЕЙНЕР
EXPLOSION-PROOF CONTAINER

Изобретение относится к средствам обеспечения безопасности взрывных работ и может быть использовано при создании взрывных камер и сооружений, предназначенных для герметичной локализации продуктов взрыва при испытательных работах и в аварийных ситуациях.
Известен контейнер для взрывного устройства [патент RU 2087848, МПК F42D 5/04, опубл. 20.08.97]. Контейнер содержит цилиндрический корпус с днищем, герметично установленную в горловине корпуса крышку, противоосколочную защиту, размещенную в полости камеры, отверстия под проходные элементы эксплуатационного назначения. Днище и крышка выполнены выпуклой формы. Противоосколочная защита выполнена в виде установленной в корпусе цилиндрической гильзы со стенкой, состоящей из слоев: внутреннего - из легкого металла, промежуточных - из гофрированного листа пластичного металла и ряда параллельных протяженных элементов, наружного из бронированного листа металла. Такой же набор слоев составляет дно гильзы. Фланец гильзы соединен с горловиной тонкостенной пластически деформируемой оболочкой. В горловине корпуса выполнен кольцевой паз, а во фланце -кольцевая полость. Крышка снабжена двумя группами последовательно расположенных вдоль продольной оси кольцевых элементов, установленных с возможностью радиального перемещения, при этом одна группа элементов установлена с возможностью радиального размещения в кольцевом пазе горловины корпуса, а другая подвижно соединена с защитным экраном и установлена с возможностью размещения в кольцевой полости фланца. Свободные объемы между слоями стенки и дна гильзы, а также между гильзой и корпусом заполнены пористым разрушаемым материалом.
Недостатками известного контейнера являются:
1) контейнер негерметичен из-за конструктивных особенностей крышки и способа ее крепления в горловине камеры. Это не позволяет использовать контейнер для обезвреживания взрывоопасного объекта, в состав которого могут входить экологически опасные высокотоксичные вещества;
2) запирание крышки кольцевыми элементами, введенными и зафиксированными в кольцевом пазу горловины с помощью механизма радиального перемещения, усложняет конструкцию и не обеспечивает жесткой фиксации крышки в горловине, что снижает надежность работы силовых элементов горловины и крышки при воздействии на них взрывной динамической нагрузки;
3) ограничен диапазон применения контейнера, он не может быть использован для проведения экспериментальной отработки взрывных устройств, требующих в оболочке или крышке контейнера наличия значительного количества проходных элементов для передачи информации о работе взрывного устройства. Наличие проходных элементов приведет к изменению формы контейнера, конструкции защитных элементов и характера работы основных частей контейнера при воздействии на них взрывной динамической нагрузки.
Известна взрывозащитная камера [патент РФ №2342631, МПК F42D 5/04, опуб. 27.12.2008], взятая за прототип. Камера содержит цилиндрический корпус с плоским днищем, герметично установленную в горловине корпуса крышку, противоосколочную защиту, размещенную в полости камеры, отверстия под проходные элементы эксплуатационного назначения. В данном устройстве в качестве противоосколочной защиты применяют защитный экран и отражатель сферической формы, установленный на внутреннюю плоскую часть днища. Защитный экран установлен на крышке и выполнен с центральным отверстием под элементы эксплуатационного назначения и пазами по краям под жгуты. Днище выполнено с коническим переходом к цилиндру корпуса.
Для повышения надежности фиксации крышки в горловине при воздействии на нее взрывной динамической нагрузки крышка выполнена в виде стакана с наружным цилиндрическим выступом и установлена в горловине с помощью уплотнительных элементов, размещенных в имеющихся кольцевых канавках крышки. На цилиндрический выступ надето и закреплено на крышке с помощью болтов кольцо прижимное плоское, имеющее наружную коническую поверхность. В горловине выполнен внутренний кольцевой паз, одна из боковых поверхностей которого - плоская, а другая - конической формы. В горловине установлены радиальные кольцевые элементы, выполненные с плоской торцовой поверхностью, сопрягаемой с плоским торцом крышки и плоской боковой поверхностью кольцевого паза горловины, и коническим торцом, сопрягаемым с конической боковой поверхностью кольцевой проточки горловины. Внутренняя поверхность радиальных элементов выполнена конической формы, которой она сопрягается с наружной конической поверхностью кольца прижимного. Отверстия под проходные элементы эксплуатационного назначения выполнены в зоне цилиндрического выступа в крышке, что позволяет герметично вывести их во внутрь камеры в зону, которая защищена от прямого воздействия продуктов взрыва взрывного устройства стаканом крышки и защитным экраном, что повышает надежность работы герметичных соединений.
Однако, недостатками прототипа являются:
- относительно низкая прочностная надежность при локализации взрыва. Конструкция является одноконтурной, что не позволяет применять камеру без осуществления дополнительных мероприятий при наличии повышенных требований по надежности локализации опасных продуктов взрыва, особенно при взрыве объектов, образующих осколки, что вызывает необходимость применения дополнительного наружного герметизирующего контейнера или иного устройства. При взрыве в такой одноконтурной камере после воздействия на силовой корпус динамических нагрузок могут появиться повреждения в элементах корпуса в ходе реакции на динамическое воздействие, которые могут стать причиной последующего разрушения или потери герметичности конструкции при действии избыточного давления локализованных в объеме полости камеры газообразных продуктов взрыва, что снижает прочностную надежность камеры. Таким образом, в описываемой камере необходимы точный расчет и строгое ограничение допускаемых уровней повреждений силовых элементов: величину пластических деформаций, длину и глубину трещин, размеры и глубину кратеров и т.п., а, следовательно, не превышение определенных уровней нагрузок, которые вызывают такие повреждения даже при возникновении нештатных ситуаций;
- относительно низкая безопасность. При эксплуатации камеры необходимо выполнять операцию установки в горловину корпуса массивной крышки с заранее закрепленным на ней взрывным устройством, что является опасной операцией. При этом закрепление взрывного устройства на крышке также сопряжено с выполнением опасных операций, так как требуется либо выполнять закрепление взрывного устройства снизу к крышке (при вертикальном расположении камеры), либо осуществлять последующий переворот крышки с закрепленным взрывным устройством (при горизонтальном расположении камеры), что также является опасной операцией. При этом выполнение описанных опасных операций потребует применения дополнительной технологической оснастки, что так же будет ухудшать эксплуатационные характеристики;
- сниженные эксплуатационные характеристики, так как для надежности работы в условиях воздействия взрывной динамической нагрузки применено жесткое размещение в крышке радиальных кольцевых элементов, имеющих плоскую и коническую торцовые поверхности, контактирующие соответственно с плоской и конической боковыми поверхностями кольцевой проточки горловины. При воздействии взрывной нагрузки возможно возникновение локальных пластических деформаций и заклинивание в кольцевом пазу радиальных элементов, имеющих коническую поверхность, что ограничивает область применения камеры в условиях, требующих последующую разборку. Кроме того отсутствуют конструктивные элементы для подъема и расчаливания камеры при ее транспортировании и эксплуатации. Транспортировка и эксплуатация потребуют применения дополнительной оснастки.
Задачей заявляемого изобретения является создание взрывозащитного контейнера для проведения работ с взрывоопасными объектами повышенной надежности и безопасности с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности локализации продуктов взрыва, отвечающей требованиям экологической безопасности при улучшении эксплуатационных характеристик.
Технический результат достигается тем, что взрывозащитный контейнер, содержащий взрывную камеру, имеющую цилиндрический корпус с плоским днищем, герметично установленную в горловине корпуса крышку, противоосколочную защиту, размещенную в полости камеры, отверстия под проходные элементы эксплуатационного назначения, согласно изобретения противоосколочная защита выполнена в виде стакана, дном прикрепленного к днищу с возможностью установки взрывного устройства в полости стакана или на его торце, крышка камеры жестко прикреплена к горловине корпуса и выполнена выпуклой формы, а отверстия под элементы эксплуатационного назначения выполнены в днище вне стакана, корпус с днищем герметично уплотнены радиальными и торцевыми кольцами и скреплены между собой кольцевыми фланцами, по радиусу которых поочередно и равномерно распределены крепежные элементы, одни из которых выполнены из материала с высокой твердостью, а другие - из материала с высокой вязкостью, при этом внутри камеры в месте соединения корпуса с днищем установлен кольцевой газодинамический отражатель, причем камера помещена в цилиндрический кожух с опорой днищем на поддон, который герметично скреплен с кожухом фланцами посредством крепежных элементов и имеет опорный фланец, выполняющий роль подставки, при этом кожух герметично закрыт второй крышкой, имеющей дополнительные отверстия под проходные элементы эксплуатационного назначения, выполненные с возможностью контроля отсутствия продуктов взрыва под кожухом и их стравливания.
Выполнение противоосколочной защиты в виде стакана, дном прикрепленного к днищу с возможностью установки взрывного устройства в полости стакана или на его торце, а крышки камеры - выпуклой формы и жестко прикрепленной к горловине корпуса, при этом отверстия под элементы эксплуатационного назначения выполнены в днище вне стакана, дает возможность повысить надежность работы камеры и локализации продуктов взрыва. Взрывное устройство располагается в стакане таким образом, чтобы осколочное поле после подрыва было направленным и локализовалось внутри стакана. Стенки стакана препятствуют прямому воздействию осколков на проходные элементы эксплуатационного назначения, размещенные в днище вне стакана, и на фланцевое соединение корпуса с днищем. Дно стакана при этом предохраняет от осколков и днище самой камеры. А выполнение крышки выпуклой формы повышает ее несущую способность, так как она повторяет форму расходящейся ударной волны и тем самым исключает возникновение значительных изгибающих деформаций, обеспечивая равномерные растягивающие напряжения в материале крышки.
Скрепление между собой корпуса с днищем кольцевыми фланцами, по радиусу которых поочередно и равномерно распределены крепежные элементы, одни из которых выполнены из материала с высокой твердостью, а другие - из материала с высокой вязкостью обеспечивает высокую прочность и надежность во фланцевом соединении как при воздействии статической нагрузки, так и при воздействии динамической взрывной нагрузки в камере, повышая надежность локализации продуктов взрыва. При этом разъемное соединение крепежными элементами дает возможность снять цилиндрический корпус с днища для безопасной установки взрывного устройства внутри камеры.
Установка камеры в цилиндрический кожух, герметично закрытый второй крышкой дает возможность создать второй контур защиты от взрыва. При этом взрывозащитная камера является силовым внутренним контуром, воспринимающим воздействие взрывной нагрузки, а кожух -дополнительным внешним контуром, локализующим выброс опасных продуктов взрыва в окружающую среду в случае потери герметичности внутреннего контура - камеры.
Помещение камеры с опорой днищем на поддон, имеющего имеет опорный фланец, выполняющий роль подставки, дает возможность установить камеру устойчиво (за счет низкого расположения центра масс) при ее вертикальном расположении без дополнительного использования какой-либо подставки или иной оснастки, что улучшает эксплуатационные характеристики.
А герметичное скрепление кожуха с поддоном фланцами посредством крепежных элементов, дает возможность безопасно установить внутри камеры взрывное устройство при одновременно снятых кожухе и корпусе камеры, вместе с тем в собранном состоянии контейнера обеспечить внутри него герметичное удержание давления продуктов взрыва.
В итоге, разъемное и вместе с тем герметично скрепляемое соединение кожуха с поддоном и корпуса камеры с днищем, а так же установка взрывного устройства в полость стакана противоосколочной защиты позволяют исключить опасные манипуляции с помещаемым внутрь камеры взрывным устройством, что повышает безопасность при проведении работ, по сравнению с прототипом и одновременно с этим дает возможность создать двухконтурную защиту.
Герметичное уплотнение корпуса с днищем радиальными и торцевыми кольцами, при этом внутри камеры в месте соединения корпуса с днищем установлен кольцевой газодинамический отражатель повышает надежность герметизации соединения, в отличие от прототипа, где для герметизации камеры применены только радиальные уплотнения в соединении горловины с крышкой и при возникновении импульсных локальных упругих радиальных деформаций от воздействия взрывной волны возможна кратковременная разгерметизация с выбросом опасных продуктов взрыва.
Наличие во второй крышки дополнительных отверстий под проходные элементы эксплуатационного назначения, выполненные с возможностью контроля отсутствия продуктов взрыва под кожухом и их стравливания, дает возможность осуществлять контроль газовой среды в пространстве между кожухом и камерой, что повышает безопасность проведения работ с взрывными объектами.
Для удобства эксплуатации при загрузочно-разгрузочных работах камера и кожух снабжены грузозахватными несущими элементами.
Таким образом, совокупность всех изложенных выше признаков создает условия повышения надежности локализации продуктов взрыва, отвечающей требованиям экологической безопасности при улучшении эксплуатационных характеристик.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлен общий вид контейнера.
Устройство выполнено следующим образом.
Взрывозащитный контейнер состоит из взрывозащитной камеры (внутреннего контура защиты), помещенной во внешний контур защиты - цилиндрический кожух 1. Камера имеет силовой цилиндрический корпус 2 с плоским днищем 3 и герметично установленную в горловине корпуса 2 крышку 4 выпуклой формы. Крышка 4 с корпусом 2 герметично соединены посредством резьбового 5 и сварного соединений. Днище 3 с корпусом 2 соединены между собой кольцевыми фланцами 6, 7, по радиусу которых поочередно и равномерно распределены болты 8, одни из которых выполнены из материала с высокой твердостью, а другие - из материала с высокой вязкостью. Для обеспечения надежной герметизации корпуса 2 с днищем 3 применены радиальные 9 и торцевые 10 уплотнительные кольца, а также внутри камеры в месте соединения корпуса 2 с днищем 3 установлен кольцевой газодинамический отражатель 11. В полости камеры 2 на плоской части днища 3 установлена и закреплена противоосколочная защита в виде стакана 12, дном прикрепленного к днищу 3 с возможностью установки взрывного устройства (не показано) в полости стакана 12 или на его торце. Кожух 1 герметично соединен с поддоном 13 и закрыт съемной крышкой 14. Камера 2 днищем 3 установлена с опорой на поддон 13 через подставку 15. Поддон 13 герметично скреплен с кожухом 1 фланцами 16, 17 посредством крепежных элементов 18. При этом поддон 13 имеет опорный фланец 19, выполняющий роль подставки, обеспечивая высокую устойчивость всей конструкции. Герметизация внешнего кожуха 1 с поддоном 13 и крышкой 14 осуществляется при помощи торцевых резиновых уплотнений 20. В днище 3 вне стакана 12, а также в поддоне 13 и крышке 14 выполнены отверстия под проходные элементы эксплуатационного назначения 21, 22 и 23 соответственно, выполненные с возможностью контроля отсутствия продуктов взрыва под кожухом и их стравливания. Для исключения возможных повреждений проходных элементов при хранении и транспортировании устройства отверстия 22, 23 закрыты защитными колпаками 24, 25 соответственно. Для удобства эксплуатации при загрузочно-разгрузочных работах корпус 2 и кожух 1 снабжены грузозахватными несущими элементами - проушинами 26 и 27 соответственно. Дополнительно кожух 1 может быть снабжен боковыми ручками 28 для возможности снятия его вручную.
Устройство работает следующим образом.
Контейнер устанавливают на любую надежную горизонтальную поверхность. Снимают кожух 1 с поддона 13, а также снимают соответственно корпус 2 с днища 3. Устанавливают в соответствующие отверстия 21,22 проходные элементы эксплуатационного назначения. Устанавливают в полость стакана 12 взрывное устройство и иное необходимое оборудование (не показано). Грузоподъемным механизмом, используя проушины 26, устанавливают корпус 2 на днище 3, предварительно установив все необходимые уплотнительные кольца 9,10, и стягивают фланцы 6, 7 болтами 8. Далее грузоподъемным механизмом, используя проушины 27, либо вручную при помощи ручки 28 устанавливают внешний кожух 1 на поддон 13, предварительно установив уплотнительное кольцо 20, затем стягивают болтами 18 фланцы 16,17. Контейнер собран и готов к работе.
Производят подрыв взрывного устройства. Внутренний силовой корпус 2 гасит энергию взрыва за счет упругих и возможно незначительных пластических деформаций, обеспечивая герметичную локализацию продуктов взрыва. При необходимости, процессы, происходящие в камере, регистрируются. Посредством проходных элементов эксплуатационного назначения в крышке 14 контролируют отсутствие продуктов взрыва под кожухом 1 и при необходимости производят стравливание продуктов взрыва.
На предприятии были проведены испытания опытных образцов контейнеров. Попадание продуктов взрыва под кожух 1, а также в окружающую среду при использовании известных методик и средств регистрации зафиксировано не было.
Представленные сведения свидетельствуют о выполнении заявляемого изобретения при использовании следующей совокупности условий:
- заявляемый взрывозащитный контейнер относится к средствам обеспечения безопасности взрывных работ и может быть использовано при создании взрывных камер и сооружений, предназначенных для герметичной локализации продуктов взрыва при испытательных работах и в аварийных ситуациях;
- заявляемый взрывозащитный контейнер при использовании способен обеспечить повышение надежности локализации продуктов взрыва, отвечающей требованиям экологической безопасности при улучшении эксплуатационных характеристик;
- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств.
Следовательно, заявленный взрывозащитный контейнер соответствует условию «промышленная применимость».