УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ВЗРЫВА В ПЫЛЕ-, ГАЗО- И ПЫЛЕГАЗОВОЗДУШНЫХ СРЕДАХ
DEVICE FOR SUPPRESSING AN EXPLOSION IN DUST, GAS AND DUST-GAS-AIR ENVIRONMENTS

Изобретение относится к средствам взрывозащиты и противопожарной технике, в особенности к предупреждению и подавлению взрыва пыле-, газо- и пылегазовоздушных смесей, образующихся в технологическом оборудовании предприятий по добыче, хранению и переработке сырья (угля, зерна и др.).
Из уровня техники известно устройство (патент РФ 2111777 С1 от 27.05.1998) локализации взрыва пыле- и газовоздушных смесей, образующихся в коммуникациях, связывающих технологическое оборудование на предприятиях по хранению и переработке зерна. Устройство содержит генератор ингибирующего аэрозоля двустороннего истечения, корпус которого со стороны выходных решеток снабжен сопловыми блоками с внутренней геометрией, обеспечивающее сверхзвуковое истечение аэрозоля под углом 15-30° к оси коммуникации, например, в виде сопла Лаваля, при этом сопловые блоки имеют стыковочные фланцы для соединения с осепараллельными коммуникациями, а корпус генератора со стороны выходных решеток удлинен на величину, достаточную для скрепления с ним соплового блока.
Основным недостатком устройства является его недостаточная эффективность, связанная с невысокими расходными характеристиками аэрозольгазового потока, а также сложность сборки и герметичной установки на осепараллельные коммуникации, приводящая к возможной утечке ингибирующего аэрозоля при срабатывании генератора.
Наиболее близким техническим решением к заявленному устройству является устройство подавления взрыва в пылевоздушных, газовоздушных и пылегазовоздушных средах (патент РФ 2235572 С2 от 21.10.2002), выбранное за прототип, содержащее корпус с камерой сгорания, шашку аэрозольгенерирующего заряда, воспламенительную систему с токоподводящим узлом, выходную решетку и сопловой блок, лидирующий заряд с высокоразвитой поверхностью горения, размещенный между торцом шашки аэрозольгенерирующего заряда и выходной решеткой, герметизирующую мембрану, разрушающуюся при воспламенении зарядов, расположенную в зоне стыковки выходной решетки с сопловым блоком.
Основным недостатком устройства является недостаточная эффективность взрывоподавления и безопасность его использования.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении эффективности взрывоподавления с одновременным увеличением безопасности его использования, улучшением общетехнических характеристик.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для подавления взрыва в пыле-, газо- и пылегазовоздушных средах, содержит корпус (1) с камерой сгорания (2), шашку аэрозольгенерирующего заряда (3), воспламенительную систему с токоподводящим узлом (4), выходную решетку (5) и сопловой блок (6), лидирующий заряд (7) с высокоразвитой поверхностью горения в виде набора тонкосводных трубок или многоканального щелевого моноблока из аэрозольгенерирующего состава, размещенный между торцом шашки аэрозольгенерирующего заряда и выходной решеткой, герметизирующую мембрану (8), разрушающуюся при воспламенении зарядов, и снабжено выходной трубой (9), покрытой снаружи огнестойкой кремнийорганической эмалью, и соединенной герметично с одной стороны с сопловым блоком, а с другой стороны с плитой (10), предназначенной для установки устройства на трубопроводе или емкости, также снабжено заслонкой (11), располагаемой в выходной части трубы, и защитной прокладкой из электроизоляционного картона (12), располагаемой по внутренней поверхности корпуса, и герметично вкручивающейся в корпус задней крышкой (13) и электроразъемом (14), прикручивающимся герметично к крышке корпуса через прокладку (15), и дополнительно снабжено сеткой (16), располагаемой между лидирующим зарядом и выходной решеткой через прокладку (17), а также снабжено кольцом (18), устанавливаемым между герметизирующей мембраной и камерой сгорания, а шашка аэрозольгенерирующего заряда покрыта бронирующим покрытием по боковой поверхности и по одному торцу и снабжена амортизаторами (19) на бронированном торце, устанавливаемыми к задней крышке через фторопластовую прокладку (20).
Оптимальным составом для изготовления аэрозольгенерирующего и лидирующего зарядов для использования в устройстве взрывоподавления выбран состав марки ПТ-4 по ТУ 7550-047-07509505-2010.
Корпус с наружной части покрыт порошковой краской для защиты от термоэрозионного действия продуктов сгорания.
На рисунке 1 представлен общий вид заявляемого устройства в разрезе и схема расположения его элементов.
Ниже представлено описание работы устройства взрывоподавления и назначение его элементов для решения поставленной технической задачи.
Устройство взрывоподавления размещается на трубопроводе с помощью плиты (10) таким образом, чтобы выходная труба была направлена в сторону объема, в котором возможно возникновение первичного взрыва. Крепление может осуществляться бандажами-хомутами или кровельными саморезами или иным способом, обеспечивающим герметичное крепление.
При возникновении первых признаков горения пыле-, газо- или пылегазовоздушной смеси датчик-индикатор, например, сигнализатор мембранный типа СУМ или извещатель пламени модуляционный типа МДЛ, выдает сигнал на блок управления, который подает напряжение 6…36 В через токопроводящий узел на воспламенительную систему (4). Электровоспламенитель поджигает канал основного (3) и поверхность лидирующего зарядов (7).
При достижении критического давления в камере герметизирующая мембрана (8) разрушается и аэрозольгазовый поток, разгоняясь в сопловом блоке до сверхзвуковых скоростей, устремляется в зону очага возгорания по трубе (9), вскрывая заслонку (11). При этом сверхзвуковой аэрозольгазовый поток отсекает горячие продукты горения от холодной взрывоопасной смеси, интенсивно перемешивает их и ингибирует реакции горения. В результате сгорания лидирующего и основного аэрозольгенерирующих зарядов весь взрывоопасный объем заполняется ингибирующей аэрозольгазовой смесью, исключающей повторное возгорание взрывоопасной смеси от неустраненного источника (искрение, трение и т.п.).
Заслонка (11) предназначена для предотвращения попадания продукта, перемещаемого по трубопроводу в сопло затвора. После вскрытия заслонка (11) остается в месте ее установки в устройстве, не улетает в трубопровод.
Покрытие трубы (9) огнестойкой кремнийорганической эмалью необходимо для безопасной эксплуатации устройства, что объясняется следующим. При горении зарядов зона максимальной температуры пламени приходится на выходную трубу (9) и без термозащитного покрытия может являться дополнительным опасным источником ввиду не только высокой температуры поверхности, но и возможности самовоспламенения нетермоскойкого окрашивающего состава.
Наличие защитной прокладки из электроизоляционного картона (12), располагаемой по внутренней поверхности корпуса, обеспечивает повышение безопасности его транспортировки за счет исключения трения шашки аэрозольгенерирующего заряда о корпус и, следовательно, исключения возникновения статических зарядов, а также снижения термоэрозионного действия продуктов сгорания на материал корпуса.
Покрытие шашки аэрозольгенерирующего заряда бронирующим покрытием по боковой поверхности и по одному торцу обеспечивает горение с последовательным послойным перемещением фронта горения. При отсутствии бронирующего покрытия горение шашки аэрозольгенерирующего заряда может протекать не только послойно, но и по всем поверхностям, приводя к резкому увеличению давления в камере и, как следствие, к разгерметизации корпуса и утечке ингибирующего аэрозоля в помещение, снижая эффективность работы устройства в целом.
Важной функцией установленных на шашке аэрозольгенерирующего заряда амортизаторов (19) является поглощение толчков, ударов и гашение колебаний (демпфирование) при транспортировке устройства, исключение трения шашки о корпус. Для этих же целей служит прокладка (17), располагаемая между сеткой (16) и лидирующим зарядом (7). Сетка (16) удерживает элементы лидирующего заряда для их равномерного горения.
Фторопластовая прокладка (20), расположенная между амортизаторами (19) шашки аэрозольгенерирующего заряда и задней крышкой (13), обеспечивает стабилизацию заряда в корпусе устройства и позволяет герметично укупорить заднюю крышку при сборке.
Кольцо, устанавливаемое между герметизирующей мембраной (8) и камерой сгорания (2), обеспечивает формирование равнонаправленного аэрозольгазового потока, образующегося при разрушении мембраны.
Таким образом, отличие от прототипа состоит в иной конструкции устройства, наличию необходимых элементов и их расположению для решения поставленных задач.
Сопоставительный анализ предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области позволил выявить совокупность признаков, отличающих предлагаемое техническое решение от существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
Высокая эффективность действия предлагаемого устройства, обеспечивающего перекрытие трубопровода и локализацию первичного взрыва пыле- и газовоздушной среды в объеме оборудования или сооружения, подтверждена натурными испытаниями, проведенными ФГУП «ФЦЦТ «Союз».
Примеры.
Технические характеристики устройства взрывоподавления и его элементов:
масса основного заряда, кг - 0,910;
размеры шашки основного заряда:
наружный диаметр, мм - 84;
диаметр канала, мм - 15;
длина, мм - 95;
наименование бронирующего состава: взрывопожаробезопасная бронировка марки ЗП по ТУ 84-7509509-95-96;
материал амортизаторов: резина губчатая по ТУ 38-105,867-90;
размер амортизаторов, мм: 10×10;
масса лидирующего заряда, кг - 0,150
параметры лидирующего заряда:
наружный диаметр трубки, мм - 10;
диаметр канала, мм - 6;
длина трубок и их количество:
10 шт. длиной 28 мм;
40 шт. длиной 25 мм;
материал теплозащитной прокладки: электроизоляционный картон марки ЭКС-1,0 по ГОСТ 9347-74;
параметры сетки: размер ячеек N2,5-0,5 по ГОСТ 3826-82;
параметры фторопластовой прокладки: фторопласт-4 по ГОСТ 10007-80;
3
защищаемый объем, м - 10
длина трубопровода, м - 5
количество устройств, шт. - 1
Устройство взрывоподавления крепилось на трубопроводе кровельными саморезами М5,5×32 по ГОСТ 11650-80 так, чтобы сопловая часть была направлена в сторону объема, в котором инициировалось возникновение первичного взрыва.
1. В заданном объеме инициировался взрыв смеси муки с воздухом. После срабатывания через 0,05 мс датчика-индикатора взрыва СУМ-1 срабатывало устройство взрывоподавления. Аэрозоль, поступая через сопловой блок по выходной трубе в трубопровод, полностью прекращал горение как в трубопроводе, так и в защищаемом объеме. Подавление горения смеси происходило менее чем через 200 мс. Истечения аэрозоля через крышку не наблюдалось. Наличие прогаров или горение наружной поверхности затвора не наблюдалось.
2. Устройство взрывоподавления первоначально подвергалось вибронагрузкам на вибрационном электродинамическом стенде ВЭДС-400, имитирующим транспортировочные вибрационные воздействия. Вибронагрузки проводились в двух взаимно перпендикулярных направлениях: по оси симметрии и перпендикулярно оси симметрии. Амплитуда виброускорения 5g, частота вибрации 12 Гц, время нагружения 4 ч. По окончании вибронагрузок устройство испытывалось аналогично примеру 1. Подавление горения смеси происходило менее, чем через 200 мс. Истечения аэрозоля через крышку не наблюдалось. Наличие прогаров или горение наружной поверхности затвора не наблюдалось.