СИСТЕМА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ СИТУАЦИИ
SYSTEM FOR EMERGENCY SITUATION MODELING

Изобретение относится к химическому и общему машиностроению, в частности к системам безопасности, предотвращающим развитие чрезвычайной ситуации.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является устройство систем безопасности в чрезвычайных ситуациях по патенту РФ №120569, A62C 35/00, от 20.03.12 г. (прототип), содержащее систему датчиков, установленных в зоне опасного расположения защищаемого объекта, который требуется перевести из обычного режима работы в аварийный режим в результате возникновения опасности развития чрезвычайной ситуации, который соединен с исполнительным устройством, на срабатывание которого поступает сигнал с устройства управления. Таким образом, в прототипе используют систему мониторинга с обработкой полученной информации об опасной зоне для принятия решения о предотвращении чрезвычайной ситуации.
Недостатком известного решения является сравнительно невысокая информативность для системы управления по принятию решения о введении аварийного режима работы системы и отсутствие возможности прогнозировать развитие чрезвычайной ситуации.
Технически достижимый результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования и людских ресурсов от аварийных ситуаций путем возможности прогнозирования развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте.
Это достигается тем, что система моделирования чрезвычайной ситуации, содержащая блоки мониторинга и обработки полученной информации об опасной зоне, размещенный в испытательном боксе макет взрывоопасного объекта с установленным в нем взрывным осколочным элементом с инициатором взрыва, защитный чехол и поддон, при этом чехол с поддоном представляют собой единую замкнутую конструкцию, образованную вокруг макета взрывоопасного объекта, а макет оборудован транспортной и подвесной системами, при этом защитный чехол выполнен многослойным и состоящим из обращенного внутрь к макету алюминиевого слоя, затем резинового и перкалевого слоев, а подвесная система состоит из комплекта скоб и растяжек, размещенных на защитном чехле, а также необходимого количества анкерных крюков в потолке, стенах и полу испытательного бокса, а внутри макета взрывоопасного объекта, по его внутреннему и внешнему периметрам, установлены видеокамеры видеонаблюдения, выполненные во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер соединены с блоком записывающей и регистрирующей аппаратуры, выход которого соединен с блоком анализаторов записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете взрывоопасного объекта, причем в потолочной части макета выполнен проем, который закрыт взрывозащитным элементом, по фронту движения взрывной волны установлен трехкоординатный датчик давления во взрывозащитном исполнении, выход которого соединен со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, причем по обе стороны от датчика давления расположены датчики температуры и влажности, контролирующие термовлажностный режим в макете, выходы которых также соединены со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, а внутренние и внешние поверхности ограждений макета обклеены тензодатчиками, выходы которых также соединены со входом блока записывающей и регистрирующей аппаратуры, также содержит металлический бронированный каркас с металлической бронированной обшивкой и наполнителем - свинцом, имеющей в торцах четыре неподвижных патрубка-опоры, а в покрытии взрывоопасного объекта жестко заделаны четыре опорных стержня, которые телескопически вставлены в неподвижные патрубки-опоры панели, а снаружи опорных стержней расположены упругодемпфирующие элементы, один конец которых упирается в бронированную металлическую обшивку, а другой - в листы-упоры, расположенные в верхней части опорных стержней, отличается тем, что упругодемпфирующие элементы выполнены в виде цилиндрической винтовой пружины со встроенным демпфером, содержащей цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей со встречно-направленными концами, одна часть из которых имеет витки прямоугольного сечения, а другая часть пружины выполнена полой, при этом встречно-направленный конец первой части размещен в полости второй, зазоры сегментного профиля контактирующих частей пружины заполнены антифрикционной смазкой, при этом на конце второй части пружины установлена уплотнительная манжета для предотвращения утечки смазки, а первую часть винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного сечения с закругленными кромками, охватывает трубка из демпфирующего материала, например полиуретана, а зазоры в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты при их соотношении, мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) в количестве 28÷34%; волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0), в количестве 12÷19%; графит в количестве 7÷18%; модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния, в количестве 7÷15%; баритовый концентрат в количестве 20÷35%; тальк в количестве 1,5÷3,0%.
На фиг. 1 показана принципиальная схема системы для моделирования чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте, на фиг. 2 представлена схема взрывозащитного элемента, на фиг. 3 представлен вариант выполнения упругодемпфирующих элементов 31 в виде цилиндрических винтовых пружин со встроенным демпфером.
Система для моделирования чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте содержит макет 1 взрывоопасного объекта с установленным в нем взрывным осколочным элементом 14 с инициатором взрыва 13, защитный чехол 2 и поддон 3, при этом чехол с поддоном представляют собой единую замкнутую конструкцию, образованную вокруг макета 1 взрывоопасного объекта, размещенного в испытательном боксе 8. Кроме того, макет 1 оборудован транспортной 6 и подвесной 5 системами, а защитный чехол 2 выполнен многослойным и состоящим из обращенного внутрь к макету 1 алюминиевого слоя, затем резинового и перкалевого слоев. Подвесная система состоит из комплекта скоб и растяжек 5, размещенных на защитном чехле, а также необходимого количества анкерных крюков (петель) в потолке, стенах и полу испытательного бокса 8. Транспортная система 6 предназначена для удаления разрушенного макета 1 после проведения испытаний из испытательного бокса 8 вместе с защитным чехлом 2.
Транспортная система представляет собой тележку с дышлом. На раме тележки крепятся проставки, на которые устанавливаются и крепятся поддон и макет 1. Подвесная система состоит из комплекта скоб и растяжек, размещенных на защитном чехле, а также необходимого количества анкерных крюков (петель) в потолке, стенах и полу защитного сооружения.
Внутри макета 1 взрывоопасного объекта, по его внутреннему и внешнему периметрам, установлены видеокамеры 7 и 4 видеонаблюдения за процессом развития ЧС, смоделированной посредством взрывного осколочного элемента 14 с инициатором взрыва 13, причем видеокамеры 4 и 7 выполнены во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер через внутреннюю полость проставок 10 соединены с блоком 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры, выход которого соединен с блоком анализаторов 18 записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете 1 взрывоопасного объекта. В потолочной части макета 1 выполнен проем 15, который закрыт взрывозащитным элементом 16, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях 19, один конец каждого из которых жестко вмонтирован в потолок макета 1, а на втором имеется горизонтальная перекладина. Между взрывным осколочным элементом 14 и проемом 15, выполненным в потолочной части макета 1 и закрытым взрывозащитным элементом 16, по фронту движения взрывной волны установлен трехкоординатный датчик давления 9 во взрывозащитном исполнении, выход которого соединен со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. По обе стороны от датчика давления 9 расположены датчики температуры 20 и влажности 21, контролирующие термовлажностный режим в макете 1, выходы которых также соединены со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. Внутренние поверхности ограждений макета 1 обклеены тензодатчиками 12 (тензорезисторами), а внешние - тензодатчиками 11, выходы которых также соединены со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. Защитный чехол 2 после предварительной примерки и отладки подвесной системы 5 подвязывается к потолку испытательного бокса 8 над макетом 1, поддоном 3 и транспортной системой 6. После проведения подготовительных к подрыву операций с макетом 1 и взрывным осколочным элементом 14 с инициатором взрыва 13, выведения и герметизации коммуникаций и подсоединения соответствующих электрических цепей чехол монтируется вокруг макета 1, герметично соединяется с поддоном и растягивается с помощью подвесной системы, образуя замкнутое герметичное пространство (объем) вокруг макета 1.
Взрывозащитный элемент 16 (фиг. 2) состоит из бронированного металлического каркаса 22 с бронированной металлической обшивкой 23 и наполнителем - свинцом 24. В покрытии объекта 28 у проема 29 симметрично относительно оси 30 заделаны четыре опорных стержня 25, телескопически вставленных в неподвижные патрубки-опоры 27, заделанные в панели. Для фиксации предельного положения панели к торцам опорных стержней 25 приварены листы-упоры 26. 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 25 могут быть выполнены упругими.
Снаружи опорных стержней расположены упругодемпфирующие элементы 31, один конец которых упирается в бронированную металлическую обшивку 23, а другой - в листы-упоры 26, расположенные в верхней части опорных стержней 25.
Упругодемпфирующие элементы 31 могут быть выполнены в виде цилиндрических винтовых пружин, внешняя винтовая поверхность которых покрыта вибродемпфирующей мастикой, например, типа ВД-17.
Система для моделирования чрезвычайной ситуации работает следующим образом.
В испытательном боксе 8 устанавливают макет 1 взрывоопасного объекта, а по его внутреннему и внешнему периметрам устанавливают видеокамеры 7 и 4 видеонаблюдения за процессом развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте, которую моделируют посредством установки в макете 1 взрывного осколочного элемента 14 с инициатором взрыва 13, при этом видеокамеры 4 и 7 выполняют во взрывозащитном исполнении, а выходы с видеокамер через внутреннюю полость проставок 10 соединяют с блоком 17 и производят запись и регистрацию протекающих процессов изменения технологических параметров в макете 1, после чего регистрируют посредством системы анализаторов 18 записанных осциллограмм протекающих процессов изменения технологических параметров в макете 1 взрывоопасного объекта. В потолочной части макета 1 выполняют проем 15, который закрывают взрывозащитным элементом 16, установленным по свободной посадке на трех упругих штырях 19, один конец каждого из которых жестко фиксируют в потолке макета 1, а на втором крепят горизонтальную перекладину. Между взрывным осколочным элементом 14 и проемом 15 устанавливают трехкоординатный датчик давления 9 во взрывозащитном исполнении, выход которого соединяют со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры, а по обе стороны от датчика давления 9 располагают датчики температуры 20 и влажности 21, контролирующие термовлажностный режим в макете 1, выходы которых также соединяют со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. Внутренние поверхности ограждений макета 1 обклеивают тензодатчиками 12 (тензорезисторами), а внешние - тензодатчиками 11, выходы которых также соединяют со входом блока 17 записывающей и регистрирующей аппаратуры. После обработки полученных экспериментальных данных формируют информационную базу данных о развитии чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте и составляют математическую модель, прогнозирующую предотвращение чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте.
Взрывозащитный элемент работает следующим образом.
При взрыве внутри производственного помещения (не показано) происходит подъем панели 22 от воздействия ударной волны и через открытый проем 29 сбрасывается избыточное давление. При этом упругодемпфирующие элементы 31 сжимаются, гася энергию взрыва, а затем возвращают панель в исходное состояние.
Внешняя винтовая поверхность упругодемпфирующих элементов 31 покрыта вибродемпфирующей мастикой, например, типа ВД-17, которая дополнительно способствует демпфированию взрывной волны.
После взрыва и спада избыточного давления, опустившись, панель перекрывает проем 29 и вредные вещества не поступают в атмосферу. Для фиксации предельного положения панели служат листы-упоры 26. Для того чтобы сдемпфировать (смягчить) ударные нагрузки при возврате панели, наполнитель металлического каркаса 22 выполнен в виде дисперсной системы воздух - свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни 25 могут быть выполнены упругими.
Возможен вариант, когда упругодемпфирующие элементы 31 выполнены в виде цилиндрических винтовых пружин со встроенным демпфером.
Цилиндрическая винтовая пружина со встроенным демпфером содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 34 и 35 со встречно-направленными концами 37 и 36 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 32 и 33 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.
Первая часть винтовой пружины 34 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 35 пружины выполнена полой, например, круглого сечения, при этом встречно-направленный конец 37 первой части пружины размещен в полости встречно-направленной второй части пружины с концом 36, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 33, загерметизирован, например, при помощи резьбовой пробки (не показана).
В полости второй части 4 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 34 пружины, зазоры 38 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 34 и 35 пружины.
Первую часть 34 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 39 из демпфирующего материала, например полиуретана. Зазоры в первой части 34 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 39 из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала (не показано).
Возможен вариант, когда зазоры в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты при их соотношении, мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) в количестве 28÷34%; волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0), в количестве 12÷19%: графит в количестве 7÷18%; модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния, в количестве 7÷15%; баритовый концентрат в количестве 20÷35%; тальк в количестве 1,5÷3,0%.
Цилиндрическая винтовая пружина со встроенным демпфером работает следующим образом. Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 32 и 33 витки пружины перемещаются относительно друг друга во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси пружины, т.е. ввинчиваются или вывинчиваются.