УСТРОЙСТВО ВЗРЫВОЗАЩИТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
INDUSTRIAL BUILDINGS EXPLOSION PROTECTION DEVICE

Изобретение относится к защитным устройствам, применяющимся во взрывоопасных и радиоактивных объектах, таких как легкосбрасываемые панели и кровли, противовзрывные ограждения и заслонки, клапаны избыточного давления.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является устройство взрывозащиты, описанное в патенте РФ №2528360, Кл. Е04В 1/92 (прототип), состоящее из ограждающих конструкций здания, в котором функционирует взрывоопасное и пожароопасное оборудование, взрывозащитных элементов.
Технически достижимый результат - повышение надежности работы персонала во взрывоопасных помещениях.
Это достигается тем, что в устройстве взрывозащиты производственных зданий, заключающемся в том, что осуществляют установку в ограждающих конструкциях здания, в котором функционирует взрывоопасное и пожароопасное оборудование, взрывозащитных элементов, взрывоопасное и пожароопасное оборудование устанавливают на фундаменте здания, а в боковых и верхних ограждениях производственного здания выполняют взрывозащитные элементы, причем для боковых ограждений устраивают взрывозащитные элементы в виде предохранительных разрушающихся конструкций ограждения зданий, а для верхних ограждений - в виде взрывозащитных плит на кровле или чердачном перекрытии здания с находящимися в нем взрывоопасными объектами.
На фиг. 1 представлена схема взрывозащитной плиты покрытия (или кровли) взрывоопасного объекта, на фиг. 2 - схема предохранительной разрушающейся конструкции ограждения зданий, на фиг. 3 - упругодемпфирующийся разрушающийся элемент одноразового действия.
Устройство для реализации способа взрывозащиты производственных зданий состоит из расположенного на слое грунта фундамента, на котором установлено взрывоопасное и пожароопасное оборудование. В ограждениях (боковых и верхних) производственного здания выполнены взрывозащитные элементы: для боковых ограждений - в виде предохранительных разрушающихся конструкций ограждения зданий, а для верхних ограждений - в виде взрывозащитной плиты на кровле или чердачном перекрытии здания со взрывоопасными объектами.
Взрывозащитная плита (фиг. 1) состоит из бронированного металлического каркаса 1 с бронированной металлической обшивкой 2 и наполнителем - свинцом 3. В покрытии объекта 7 у проема 8 симметрично относительно оси 9 заделаны четыре опорных стержня 4, телескопически вставленные в неподвижные патрубки-опоры 6, заделанные в панели. Для фиксации предельного положения панели к торцам опорных стержней 4 приварены листы-упоры 5, к которым прикреплены упругодемпфирующиеся разрушающиеся элементы 10 одноразового действия. 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 4 выполнены упругими. Наполнитель может быть выполнен по форме в виде шарообразной крошки одного диаметра или 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.
Упругодемпфирующийся разрушающийся элемент 10 одноразового действия (фиг. 3) крепится на опорных стержнях 4 к листам-упорам 5 посредством демпфирующего основания 11 винтами 12. К основанию 11, коаксиально стержню 4, прикреплена посредством фланца 14 винтами 15 втулка 13 одноразового действия, выполненная из хрупкого, разрушающегося материала, например фарфора. Упругая часть разрушающегося элемента 10 выполнена в виде по крайней мере трех листовых рессор 19, размещенных между листами-упорами 5 и зажимным элементом 17 втулочного типа с канавками 18 для фиксации одного конца рессор 19, при этом второй конец каждой рессоры 19 посредством шарниров 20 закреплен на листах-упорах 5, а рессоры 19 расположены с наклоном порядка 15°÷45° в сторону упругодемпфирующего разрушающегося элемента 15 одноразового действия.
Упругодемпфирующийся разрушающийся элемент 10 одноразового действия работает следующим образом.
При подъеме панели 1 от воздействия ударной волны она упирается в зажимной элемент 17 втулочного типа и срезается резьба на резьбовом участке 16 стержня 4. При дальнейшем движении панели вверх зажимной элемент 17 разрушает втулку 13 одноразового действия, выполненную из хрупкого, разрушающегося материала, например фарфора, и сжимает упругие элементы, выполненные в виде листовых рессор 19, которые, сжимаясь от возрастающего давления ударной волны, в определенный момент освобождаются от крепления своих концов в канавках 18. Так как один конец каждой рессоры 19 посредством шарниров 20 закреплен на листах-упорах 5, а рессоры 19 расположены с наклоном порядка 15°÷45°, то при небольшой силе ударной волны свободные концы рессор 19, за счет шарниров 20, соскользят (отодвинутся) в сторону от упругодемпфирующего разрушающегося элемента 15 одноразового действия, при этом сохранится их целостность и многократность использования. Если давление ударной волны возрастает, то рессоры 19 за счет шарниров 20 освобождают путь для дальнейшего продвижения зажимного элемента 17 по стержню 4 до взаимодействия его с демпфирующим основанием 11. В случае большого (более 5 КПа) давления взрывной волны либо срезается сварочное соединение, которое крепит опорные стержни 4 к листам-упорам 5, либо происходит заклинивание и разрыв стержней 4.
Предохранительная разрушающаяся конструкция ограждения (фиг. 2) безфонарных зданий (организованно разрушающаяся конструкция - ОРК), в которых отсутствуют оконные проемы, состоит из железобетонных панелей размером 6000×1800 мм. Панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей. Неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер (200×150 мм), размещенных по контуру ОРК. Разрушающаяся часть выполнена в виде по крайней мере двух коаксиально расположенных ниш (углублений в стене здания), одна из которых, внешняя образована плоскостями 11, 12, 13, 14 правильной четырехугольной усеченной пирамидой с прямоугольным основанием, а другая - внутренняя представляет собой две наклонные поверхности 15 и 16, соединенные ребром 17, с образованием паза, при этом толщина стены от ребра 17 до внешней поверхности ограждения здания должна быть не менее δ=20 мм. За счет этих пазов в стене здания, при воздействии ударной, взрывной нагрузки этот участок стены может быть разделен на отдельные части. Соединение разрушающихся частей панели в пазах производится арматурой (на чертеже не показано) с таким расчетом, чтобы плиты не деформировались при перевозке, монтаже и ветровой нагрузке.
Устройство взрывозащиты производственных зданий работает следующим образом.
На фундаменте здания устанавливают взрывоопасное и пожароопасное оборудование. В ограждениях (боковых и верхних) производственного здания выполняют взрывозащитные элементы. Для боковых ограждений устраивают взрывозащитные элементы в виде предохранительных разрушающихся конструкций ограждения зданий, а для верхних ограждений - в виде взрывозащитных плит на кровле или чердачном перекрытии здания со взрывоопасными объектами.
Взрывозащитная плита работает следующим образом.
При взрыве внутри производственного помещения (на чертеже не показано) происходит подъем панели от воздействия ударной волны и через открытый проем 8 сбрасывается избыточное давление. После взрыва и спада избыточного давления, опустившись, панель перекрывает проем 8 и вредные вещества не поступают в атмосферу. Для фиксации предельного положения панели служат листы-упоры 5. Для того, чтобы сдемпфировать (смягчить) ударные нагрузки при возврате панели, наполнитель металлического каркаса 1 выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни 4 выполнены упругими.
Предохранительная разрушающаяся конструкция зданий работает следующим образом.
max
Для большинства газовоздушных смесей (ГВС) максимальное давление взрыва в замкнутом объеме p при μ=1 составляет 0,7÷1,0 МПа, т.е. в 6÷9 раз превышает атмосферное давление. Такое давление создает нагрузку, существенно превышающую несущую способность конструкций (стен, перекрытий) промышленных зданий. Очевидно, что такое большое давление допускать нельзя. Для этого при разработке проекта производства предусматриваются проемы. Рассмотрим основные сценарии, приводящие к возгоранию горючих систем (ГС) для сжатых газов - разгерметизация оборудования с образованием газовоздушных смесей; для ЛВЖ - аварийный разлив жидкости с образованием паровоздушных смесей; для пылей - скопление пыли на поверхностях конструкций и оборудования с образованием пылевоздушных смесей.
Имеются решения ПК в виде облегченных сбрасываемых стеновых панелей. Эти панели крепятся к каркасу здания таким образом, чтобы при сравнительно небольшом избыточном давлении, возникающем в помещении при взрывном горении ГС, обеспечивалось разрушение креплений и отделение панелей от каркаса. В результате сброса стеновых панелей ликвидируется определенная часть наружного ограждения помещения. В покрытиях сооружения ПК могут устраиваться в виде облегченных плит, перекрывающих заранее предусмотренные проемы. Освобождение этих проемов осуществляется в результате подъема плит под действием нагрузки, возникающей при взрывном горении ГС. Значительный интерес представляют организованно разрушающиеся конструкции (ОРК). Вскрытие ОРК происходят в результате разрушения плит при взрывном горении. Разрушение плит происходит в местах размещения специальных пазов. Толщина слоя бетона в пазу δ=20 мм. Рассмотренные типы ОРК при действии нагрузок быстро разрушаются, не образуя при этом обломков, хорошо сохраняют тепло в отапливаемых зданиях и изготавливаются с использованием существующей технологической оснастки. ОРК представляют собой железобетонные панели размером 6000×1800 мм. Панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей. Неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер (200×150 мм), размещенных по контуру. Плиты имеют ослабленные участки за счет прямолинейных, треугольных в поперечном сечении пазов. За счет этих пазов плита при воздействии нагрузки может быть разделена на отдельные части. Соединение разрушающихся частей панели в пазах производится арматурой с таким расчетом, чтобы плиты не деформировались при перевозке, монтаже и ветровой нагрузке.
Для надежного срабатывания системы взрывозащиты к торцам опорных стержней 4, которые телескопически вставлены в неподвижные патрубки-опоры взрывозащитной плиты со стороны, обращенной к металлическому бронированному каркасу, прикрепляют дополнительные элементы, демпфирующие воздействие ударной волны, которые выполняют в виде усеченного конуса, меньшее основание которого направлено в сторону взрывозащитной плиты (фиг. 1), причем выполняют дополнительные элементы из эластомера, например полиуретана.
Дополнительные элементы могут быть выполнены комбинированными, например упругодемпфирующими, в виде упругого элемента, например конической пружины (на чертеже не показано), заполненной полиуретаном.