ВЗРЫВОЗАЩИТНАЯ КАМЕРА ДЛЯ МНОГОРАКУРСНОЙ РЕНТГЕНОГРАФИИ

Полезная модель относится к области взрывных работ и исследования взрывных быстропротекающих процессов, в частности к радиографическим исследованиям физических и механических свойств материалов, подвергаемых воздействию интенсивных динамических нагрузок, создаваемых нагружающими устройствами с использованием взрывчатых веществ (ВВ). Полезная модель - взрывозащитная камера (ВЗК) является первым основным контуром для обеспечения экологической и радиационной безопасности рентгенографического комплекса.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание ВЗК для реализации многоракурсной радиографии.
Известно устройство для исследования быстропротекающих процессов (патент RU 2548462, публик. 20.04.2015), содержащее взрывную камеру для размещения исследуемого образца, включающую корпус, крышку и днище, при этом камера снабжена, по крайней мере, одной парой диаметрально противоположных вводов радиографического излучения, образованных соответствующими отверстиями в корпусе и заглушками, прозрачными для указанного излучения. Радиографические вводы располагают напротив регистрирующей аппаратуры радиографического комплекса. Корпус взрывной камеры выполнен усиленным, заглушки установлены в отверстиях корпуса, дополнительно введены верхняя и нижняя камеры, герметично соединенные по кольцевым фланцам с корпусом взрывной камеры, крышка и днище которой выполнены с возможностью разрушения при нагружении объекта, при этом верхняя и нижняя камеры снабжены герметичными крышками.
Недостатками известного устройства являются существенное возрастание габаритов защитного устройства и объема, что ограничивает область его применения, т.к. устройство должно вписываться в габариты существующего исследовательского комплекса.
Известно другое устройство - устройство защитное по патенту RU 155943 (публик. 20.10.2015), выбранное в качестве ближайшего аналога. Устройство защитное включает силовую оболочку, ограничивающую область, в которой установлены опорные элементы для размещения устройства динамического нагружения и формирующую направление разлета продуктов взрыва. Силовая оболочка воспринимает динамическую и квазистатическую нагрузку от продуктов взрыва и осколков, при этом силовая оболочка окружена, по крайней мере, одной дополнительной оболочкой, установленной по отношению к ней с зазором, заполненным демпфирующим материалом. Дополнительная оболочка подвергается опосредованному динамическому воздействию. В связи с чем, дополнительная оболочка дольше сохраняет свою прочность, что приводит к увеличению работоспособности конструкции в целом. В оболочках выполнены, по крайней мере, пара диаметрально противоположных радиографических ввода в виде отверстий для прохождения потока радиографического излучения, в которых установлены патрубки, выполненные из того же материала, что и оболочки, при этом патрубки со стороны области, ограниченной силовой оболочкой, закрыты крышками конической формы из материала с низким коэффициентом поглощения зондирующего излучения. Количество дополнительных оболочек выбирают в зависимости от требуемой интенсивности динамической нагрузки, создаваемой нагружающим устройством.
Недостатком ближайшего аналога является то, что при выполнении нескольких пар радиографических вводов для осуществления многоракурсной радиографии снижается прочность и надежность камеры данной конструкции, что приводит к увеличению размеров и массы конструкции, ограничивает возможности рентгенографической съемки, также не позволяет проводить дополнительные измерения с использованием, например, оптических методов регистрации.
Техническим результатом заявляемою устройства является расширение функциональных возможностей / расширение области исследований физических процессов с обеспечением сохранения несущей способности ВЗК при требуемых уровнях нагружающих давлений в исследуемых образцах.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в конструкции взрывозащитной камеры для многоракурсной рентгенографии, включающей герметичный объем для размещения устройства динамического нагружения, сформированный внутренней защитной силовой оболочкой, воспринимающей динамическую и квазистатическую нагрузку от продуктов взрыва и осколков и окруженной внешней защитной оболочкой, в центральной части которых выполнены, по крайней мере, две пары диаметрально противоположных радиографических вводов по числу каналов вывода излучения, в которых установлены патрубки, закрытые со стороны герметичного объема крышками конической формы, новым является то, что внутренняя и внешняя оболочки выполнены в виде раздельных контуров герметизации, внешний контур - на случай аварийной разгерметизации внутреннего контура при этом радиографические вводы обеих оболочек расположены соосно и снабжены отдельными патрубками, усиленными с наружной и внутренней сторон радиальными ребрами жесткости, и съемными крышками, которые выполнены плоской или выпуклой формы, внутренняя и внешняя оболочки снабжены проушинами для проведения погрузочно-разгрузочных работ, а также для закрепления их при транспортировке, внешняя оболочка состоит из цилиндрической части, у торцов которой снаружи размещены дополнительные стальные накладки и к которой с помощью кольцевых фланцев крепятся эллиптическое днище и загрузочная эллиптическая крышка, соединения фланцев с крышкой и днищем усилены наружными радиальными ребрами жесткости, а крышка дополнительно усилена изнутри цилиндрическими секциями, скрепленными между собой, с фланцами и днищем, соединения фланцев с цилиндрическими секциями усилены снаружи радиальными ребрами жесткости, крепящимися к дополнительным стальным накладкам и фланцам, с внутренней стороны цилиндрическими секциями, скрепленными между собой, с фланцами и кольцами, в герметичном объеме в центральной зоне внутренняя оболочка усилена дополнительной внутренней оболочкой, установленной относительно нее с минимальным зазором, на нижнем днище внутренней оболочки закреплен газодинамический отражатель конической формы, само днище усилено изнутри радиальными ребрами жесткости, скрепленными по внешнему торцу пластинами, а снаружи радиальными ребрами жесткости, крепящимися к внутреннему кольцу днища и фланцу оболочки, при этом внешние ребра установлены на днище со смещением относительно внутренних ребер, верхнее днище усилено аналогично нижнему днищу внутренними радиальными ребрами, скрепленными по внешнему торцу пластинами, и внешними радиальными ребрами, крепящимися к горловине и оболочке.
Днище наружной оболочки по кольцевому фланцу может быть соединено с опорным устройством, состоящим из, не менее четырех вертикальных пластин, которые также являются наружными ребрами жесткости днища, соединенных с фланцем и опорным кольцом.
Выполнение внутренней и внешней оболочек в виде раздельных контуров герметизации, внешний контур - на случай аварийной разгерметизации внутреннего контура, и снабжение радиографических вводов разных контуров отдельными патрубками и съемными крышками, при выполнении последних плоской или выпуклой формы, обеспечивает повышение надежности ВЗК, что позволяет обеспечить проведение многоракурсной радиографии.
Снабжение наружного и внутреннего контуров проушинами для проведения погрузочно-разгрузочных работ, а также для закрепления их при транспортировке, позволяет обеспечить удобство сборки и эксплуатации, что существенно расширяет мобильные возможности ВЗК, тем самым обеспечивает расширение ее функциональных возможностей.
Закрепление газодинамического отражателя конической формы и радиальных ребер жесткости, скрепленных по внешнему торцу пластинами на нижнем днище внутреннего контура, позволяют создать оптимальную форму герметичного объема, обеспечивает снижение динамического воздействия от исследуемого объекта на днище внутреннего контура, перераспределяет импульс давления ударной волны и продуктов взрыва.
Усиление с наружной стороны днища ребрами жесткости повышает жесткость и прочность замкнутою контура «днище - горловина» при воздействии на нею нагрузок, что обеспечивает возможность проведения экспериментов в широком диапазоне интенсивности динамической нагрузки.
Выполнение на верхнем днище горловины с отверстием, закрываемым герметичной прочной крышкой, обеспечивает безопасную загрузку в нее взрывоопасных объектов.
Выполнение внешнего контура в виде конструкции цилиндрической формы с эллиптическим днищем и загрузочной эллиптической крышкой, усиленной наружными ребрами жесткости, а на торце - фланца с дополнительными ребрами жесткости, обеспечивает повышение несущей способности конструкции.
На фигуре представлена схема заявляемого устройства, где 1 - внутренний контур ВЗК - ВК; 2 - днище ВК; 3 - крышка ВК; 4 - защитный противоосколочный слой; 5 - радиографические вводы ВК; 6 - коническая крышка; 7 - герметизирующая крышка ВК; 8 - газодинамический отражатель; 9 - пластины отражателя; 10, 11, 12 - дополнительные усиливающие накладки; 13 - внешний герметизирующий контур ВЗК - ЗК; 14 - днище ЗК; 15 - усиливающее кольцо; 16 - плоская радиографическая крышка; 17 - загрузочная крышка ЗК.
Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить ВЗК с несущей способностью (взрывостойкостью) до 5 кг тротилового эквивалента для многоракурсной радиографии. Для реализации рентгенографической съемки исследуемого объекта, например, с двух направлений, используют одновременно две рентгеновские установки, и ВЗК имеет две пары диаметрально противоположных радиографических окон по числу каналов рентгеновского излучения. ВЗК состоит из: внутренней взрывозащитной камеры - ВК, первого контура, и защитной камеры - ЗК, применяемой в качестве второго контура герметизации.
Материал для изготовления камеры: сталь класса прочности К60. Днища изготавливаются из стали 09Г2С (используются стандартизированные днища от котлов высокого давления), горловина, крышка загрузочной горловины изготавливаются также из стали 09Г2С или аналогичной ей стали класса прочности не ниже К50. Габаритные размеры ВЗК: высота ~2.6 м. длина и ширина ~1,8 м.
Цилиндрическая оболочка ВК изготавливается из газовой трубы диаметром 1020 мм, толщиной стенки 22.7 мм, сталь класса прочности К60. Для увеличения жесткости цилиндрической оболочки и дополнительной защиты ее от осколочного воздействия в ее центральном сечении на длине l≈±R изнутри с минимальным зазором устанавливается защитный слой - стальная цилиндрическая оболочка 4 толщиной 20 мм. С обоих торцов в зоне расположения сварного кольцевого шва цилиндрическая оболочка усилена дополнительными наружными стальными оболочками (накладками) 10 толщиной 20 мм. В центральном сечении ВК выполнены две пары диаметрально противоположных радиографических вводов 5 под углом 90° между их осями и диаметрами входных отверстий ~220 мм, которые закрываются крышками 6 из алюминиевого сплава типа АМг-6. Толщина стенки патрубка ввода ~27 мм. Внутренняя крышка 6 выполняется конической формы с углом при вершине 80° с толщиной стенки от 20 мм, наружная герметизирующая крышка 7 - плоской или выпуклой формы, толщиной 10 мм из стали типа: 30ХГСА, 12Х18Н10Т, ЭИ712.
На нижнем днище со стороны полости крепится газодинамический отражатель 8 конической формы и радиальные ребра жесткости, скрепленные по внешнему торцу пластинами 9. С наружной стороны днище усилено ребрами жесткости, крепящимися к центральному кольцу на днище и юбке, на торце цилиндрической оболочки корпуса.
в
На верхнем днище 2 находится горловина с отверстием, закрываемым герметичной прочной крышкой 3 толщиной 80 мм, изготавливается из стали типа: 30ХГСА (или другой легированной стали с пределом прочности (σ) не ниже 800 МПа) и крепится в отверстие горловины с помощью разрезных колец. На фигуре нижнее и верхнее днища 2 показаны в плоском исполнении, также они могут изготавливаться эллиптической формы, подобно элементам ВЗК 14 и 17.
ЗК 13 представляет собой стальную сварную конструкцию цилиндрической формы с эллиптическим днищем 14 и загрузочной эллиптической крышкой 17 высотой ~2,6 м, диаметром 1,4 м.
В центральной части имеются четыре радиографических ввода, расположенных соосно с аналогичными радиографическими вводами на внутренней части корпуса ВЗК. Патрубок радиографического ввода имеет толщину стенки 27 мм. Диаметр радиографических вводов 230 мм. Радиографические вводы внешнего контура закрываются плоскими крышками 16 из алюминиевого сплава АМг-6 толщиной 20 мм. Герметизация соединения обеспечивается тремя резиновыми кольцевыми уплотнениями.
На торце цилиндрической оболочки корпуса ЗК закреплен сваркой фланец толщиной нс менее 30 мм с дополнительными ребрами жесткости. Загрузочная эллиптическая крышка 17 толщиной 22 мм крепиться к этому фланцу с помощью 64 шпилек М24. Для затяжки каждой шпильки используются: шайба-гровер и по две гайки. Герметизация уплотнения обеспечивается двумя торцевыми резиновыми прокладками. Крышка 17 ЗК усилена наружными ребрами жесткости, крепящимися к юбке цилиндрической оболочки и крышке, соответственно. Цилиндрическая оболочка ЗК со стороны верхнего и нижнего горнов имеет дополнительные стальные накладки 12 толщиной 20 мм. Кольцевые элементы 15 увеличивают жесткость обечайки ЗК.
3
3
Расчетная масса ЗК ~6 т. Приблизительная масса всей конструкции ВЗК- ~9 т. Внутренний объем полости ЗК составляет ~3,3 м, ВК - 0,8 м.
ЗК и ВК имени проушины тля проведения погрузочно-разгрузочных работ, а также для закрепления их при транспортировке.
Работа заявляемого устройства заключается в следующем.
ВК 1 устанавливают в ЗК 13 при снятой загрузочной крышке 17. Все составные элементы ВЗК перемещаются с помощью крана при монтаже (демонтаже), либо устанавливаться краном на специальные тележки и затем перемещаться на них. При установке ЗК ориентируют таким образом, чтобы радиографические вводы 5 ВК были расположены соосно с вводами ЗК 13 и напротив регистрирующей аппаратуры радиографического комплекса. Объект, содержащий заряд ВВ, через горловину верхнего днища 2 устанавливается примерно в геометрический центр камеры, после чего отверстие горловины закрывается герметичной прочной крышкой 3.
При взрыве заряда ВВ в герметичном объеме ВЗК происходит динамическое нагружение ВК 1, на которую действует суммарный импульс давления воздушной ударной волны, газообразных и твердых (осколков) продуктов взрыва. Вследствие этого оболочка деформируется, и на ее поверхности со стороны внутренней полости появляются повреждения (вмятины, кратеры) от осколочного воздействия. Внутренняя крышка 6 также воспринимает импульсное воздействие продуктов взрыва и осколков. При этом газодинамический отражатель 8 конической формы и радиальные ребра жесткости, скрепленные по внешнему торцу пластинами 9, снижают динамическое воздействие от ВВ на днище 2 ВК 1. После взрыва в заданный момент времени импульсный поток радиографического излучения просвечивает исследуемую область объекта, при этом на входе и выходе он проходит через чувствительные к излучению элементы 6 и 16 из материала, слабо поглощающего и рассеивающего излучение, закрывающие радиографические вводы ВК и ЗК. В случае аварийной разгерметизации ВК 1 при взрыве заряда ВВ массой 5 кг квазистатическое избыточное давление после остывания газа внутри полости составит ~1 ати (при этом предусмотрено применение систем стравливания и фильтрации, а также аварийного стравливания), герметизация обеспечивается ЗК.
Таким образом, предлагаемая конструкция ВЗК герметично локализует все факторы взрыва. На действующих экспериментальных образцах была показана возможность реализации заявленной полезной модели. Проведенные взрывные эксперименты подтвердили достижение заявленного технического результата - расширение функциональных возможностей - возможность проведения многоракурсной импульсной радиографической съемки взрывных процессов путем обеспечения большей взрывостойкости конструкции.