ВЗРЫВОЗАЩИТНАЯ РАЗРУШАЮЩАЯСЯ КОНСТРУКЦИЯ ОГРАЖДЕНИЯ ЗДАНИЙ
EXPLOSION-PROOF DAMAGED STRUCTURE OF BUILDING ENCLOSURE

Изобретение относится к защитным устройствам, применяющимся во взрывоопасных и радиоактивных объектах, таких как легкосбрасываемые панели и кровли, противовзрывные ограждения и заслонки, клапаны избыточного давления.
Известно устройство противовзрывных панелей (заявка DE №19638658, МПК Е04В 1/92, от 16.04.1998), где возможность поднятия и опускания панели на прежнее место при взрыве осуществляется действием пружин, вставленных в патрубки-опоры.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является взрывозащитная разрушающаяся конструкция ограждения по патенту РФ №131757, кл. Е04В 1/92 (прототип), содержащая железобетонные панели размером 6000×1800 мм, а панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей, при этом неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер, размещенных по контуру разрушающейся части, а разрушающаяся часть выполнена в виде, по крайней мере, двух коаксиально расположенных углублений в стене здания, одна из которых, внешняя, образована плоскостями правильной четырехугольной усеченной пирамиды с прямоугольным основанием, а другая, внутренняя, представляет собой две наклонные поверхности, соединенные ребром с образованием паза, при этом толщина стены от ребра до внешней поверхности ограждения здания должна быть не менее δ=20 мм, при этом, при воздействии ударной, взрывной нагрузки этот участок стены может быть разделен на отдельные части, а площадь разрушающейся части проемов вычисляется по формуле:
o
3
где V - свободный объем помещения, м; α - коэффициент интенсификации горения;
н
доп
3
w - нормальная скорость распространения пламени в смеси стехиометрического состава, м/с; ρ - плотность газов, истекающих из проемов, кг/м; ε - степень теплового расширения продуктов сгорания; Δр - допускаемое давление в помещении (5 кПа), а напротив разрушающейся части, с внешней стороны ограждения здания, расположен защитный экран из материала повышенной прочности, например бронированного материала, который закреплен на, по крайней мере, трех горизонтально расположенных и перпендикулярных ограждению здания стержнях, по концам которых закреплены диски и которые проходят сквозь отверстия в защитном экране, причем диски, расположенные с правой стороны стержней, замурованы в ограждения здания, а в диски с левой стороны стержней упираются упругие элементы, подпирающие защитный экран к ограждению зданий.
Технически достижимый результат - повышение надежности срабатывания разрушающихся взрывозащитных устройств при аварийном взрыве на объекте.
Это достигается тем, что в взрывозащитной разрушающейся конструкции ограждения, содержащей железобетонные панели размером 6000×1800 мм, панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей, при этом неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер, размещенных по контуру разрушающейся части, а разрушающаяся часть выполнена в виде, по крайней мере, двух коаксиально расположенных углублений в стене здания, одна из которых, внешняя, образована плоскостями правильной четырехугольной усеченной пирамиды с прямоугольным основанием, а другая, внутренняя, представляет собой две наклонные поверхности, соединенные ребром с образованием паза, при этом толщина стены от ребра до внешней поверхности ограждения здания должна быть не менее δ=20 мм, при этом, при воздействии ударной, взрывной нагрузки этот участок стены может быть разделен на отдельные части, а напротив разрушающейся части, с внешней стороны ограждения здания, расположен защитный экран из материала повышенной прочности, например бронебойного материала, который закреплен на, по крайней мере, трех горизонтально расположенных и перпендикулярных ограждению здания стержнях, по концам которых закреплены диски и которые проходят сквозь отверстия в защитном экране, причем диски, расположенные с правой стороны стержней, замурованы в ограждения здания, а в диски с левой стороны стержней упираются упругие элементы, подпирающие защитный экран к ограждению зданий.
На фиг. 1 представлена общая схема взрывозащитной разрушающейся конструкции ограждения зданий, на фиг. 2 - схема расположения защитного экрана, на фиг. 3 - характер изменения давления Δр от времени τ при горении горючих смесей внутри помещения, на фиг. 4 - схема упругодемпфирующего элемента.
Взрывозащитная разрушающаяся конструкция ограждения (фиг. 1) безфонарных зданий (организованно разрушающаяся конструкция - ОРК), в которых отсутствуют оконные проемы, состоит из железобетонных панелей 1 размером 6000×1800 мм. Панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей. Неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер 9 (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 2, 3, 4, 5 правильной четырехугольной усеченной пирамидой с прямоугольным основанием, а другая, внутренняя представляет собой две наклонные поверхности 6 и 7, соединенные ребром 8 с образованием паза, при этом толщина стены от ребра 8 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 (не показано) с таким расчетом, чтобы плиты не деформировались при перевозке, монтаже и ветровой нагрузке.
Напротив разрушающейся части, с внешней стороны ограждения здания, расположен защитный экран 10 (фиг. 2) из материала повышенной прочности, например бронированного материала, который закреплен на, по крайней мере, трех горизонтально расположенных и перпендикулярных ограждению здания стержнях 11, по концам которых закреплены диски 12 и 13 и которые проходят сквозь отверстия 14, выполненные в защитном экране, причем диски 13, расположенные с правой стороны стержней, замурованы в ограждения здания, а в диски 12, расположенные с левой стороны стержней 11 упираются упругодемпфирующие элементы 15, подпирающие защитный экран 10 к ограждению зданий (не показано), или защитный экран 10 может к ограждению здания фиксироваться на защелках или фиксаторах 24.
Углубления в стене здания (ниши), одна из которых, внешняя, образована плоскостями 2, 3, 4, 5 правильной четырехугольной усеченной пирамидой с прямоугольным основанием, а другая, внутренняя представляет собой две наклонные поверхности 6 и 7, соединенные ребром 8, могут быть заполнены тепло-звукопоглощающим материалом 16 и закрыты декоративной, легко разрушающейся при взрыве, панелью 17.
Каждый из упругодемпфирующих элементов 15 (фиг. 4) закреплен посредством винтов 19 своим основанием 18, выполненным в виде круглого диска из жесткого вибродемпфирующего материала типа «Агат», на листах-упорах 12, жестко соединенных со стержнями 11. Основание 18 упругодемпфирующего элемента соединено со втулкой 20 из эластомера, имеющей центральное отверстие, через которое проходит стержень 11. Втулка имеет, по крайней мере, три отверстия 21, соосных со стержнем 11, в которых расположены упругие элементы 22, например цилиндрические винтовые пружины, верхний торец которых посредством крепежных элементов 23 соединен с основанием 18, а нижний находится в свободном (неподжатом) состоянии и выступает за нижнюю плоскость втулки 20 на расстояние, определяемое усилием, развиваемым ударной взрывной волной.
Возможен вариант, когда к нижним торцам цилиндрических винтовых пружин 22, верхний торец которых посредством крепежных элементов 23 соединен с основанием 18, а нижний находится в неподжатом состоянии, прилегает без зазоров конический буфер 24 из эластомера, например полиуретана, который жестко закреплен на стержне 11, например, посредством посадки «с натягом».
При взрыве внутри производственного помещения происходит горизонтальное смещение защитного экрана 10 с бронированной металлической обшивкой и наполнителем от воздействия ударной волны (например, свинцом) и через образующийся проем в стене сбрасывается избыточное давление. При этом упругодемпфирующие элементы 15 сжимаются, гася энергию взрыва, а затем возвращают панель в исходное состояние. При этом конический буфер 24 первый принимает удар взрывной волны, сжимая пружины 22, он упирается во втулку 20 из эластомера и защищает пружины 22 от выхода (выброса) их из отверстий 21, сохраняя работу их в штатном режиме.
Использование предложенного технического решения позволяет осуществить предотвращение взрывоопасных объектов от разрушения и снижение поступления вредных веществ в атмосферу при аварийном взрыве.
Взрывозащитная разрушающаяся конструкция зданий работает следующим образом.
max
вск
доп
доп
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 (фиг. 3). 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. На фиг. 2 представлен характер изменения давления Δр от времени τ при горении горючих смесей внутри помещения: Δр - давление, вызывающее вскрытие предохранительных конструкций (ПК); Δр - допускаемое давление в помещении (Δр=5 кПа); 1 - динамика изменения давления для помещений с проемами; 2 - динамика изменения давления для помещений с ПК.
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.
На практике для отвода энергии в процессе горения широко используются предохранительные конструкции. Для этого необходимо в нарушенных ограждающих конструкциях зданий иметь такое количество отверстий, которые смогли бы обеспечить пропуск требуемого количества как сгоревшего, так и холодного газа. Эти отверстия принято называть сбросными, а конструкции, их ограждающие, - предохранительными конструкциями (ПК). Предохранительные конструкции вскрываются при сравнительно небольшом избыточном давлении и тем самым обеспечивают возможность интенсивного истечения газа (продуктов горения и непрореагировавшей части ГС) через образовавшиеся проемы из помещения в наружную атмосферу. Истечение газа в атмосферу приводит к снижению избыточного давления в помещении. Степень снижения давления зависит от площади ПК, закономерностей их вскрытия, вида ГС, характера загазованности помещения, его объемно-планировочного решения и других факторов. Весьма интересное применение в качестве ПК получили стекла, остекления помещений. Стекла, используемые в качестве ПК, могут устанавливаться как в стенах здания (в виде застекленных оконных переплетов), так и в фонарях (фонарных надстройках), монтируемых на покрытии сооружения. В последнем случае может использоваться не только вертикальное остекление, но и наклонное и горизонтальное остекления. Образование проемов в застекленных оконных переплетах и фонарях (фонарных надстройках) происходит в результате разрушения стекол под действием избыточного давления, возникающего в помещении при взрывном горении ГС. Закономерности вскрытия остекления в значительной степени зависят от размеров стекол, их толщины, условий закрепления и вида остекления (одинарное, двойное или тройное).
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. 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.