УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ПРОДУКТОВ ВЗРЫВА
DEVICE FOR ENVIRONMENT PROTECTION AGAINST EXPLOSION PRODUCTS

Изобретение относится к средствам защиты от воздействия взрыва, и предназначено для повышения безопасности вблизи взрывоопасных объектов в аварийных ситуациях за счет ослабления взрывной ударной волны и поглощения вредных диспергированных частиц при взрыве, и может быть использовано при транспортировании и хранении взрывоопасных объектов, содержащих взрывчатые и радиоактивные вещества.
Известно устройство, реализующее способ гашения ударных волн при взрывных работах (патент РФ №2030708 с приоритетом от 30.12.92, Р42Д 5/045, опубл. БИ №7 от 10.03.95), включающее размещение перед подрывом заряда преград из газожидкостной среды. В качестве преграды используют водонепроницаемую оболочку, заполненную пустотелыми сферами и/или кусками пенопласта и водой. Устройство предназначено для повышения безопасности взрывных работ за счет ослабления воздушных ударных волн.
Недостатком данного устройства является низкая надежность защиты от продуктов взрыва, содержащих вредные вещества, из-за того, что преграда состоит из газожидкостной среды, имеющей низкую плотность, недостаточную для улавливания осколков, а также неопределенный характер разрушения преграды, вследствие чего могут образовываться в преграде прорывы продуктов взрыва, увлекающие за собой мелкодисперсные частицы без их поглощения элементами преграды, отсутствует эффект импактирования для поглощения мелкодисперсных частиц.
Известно устройство, реализующее способ защиты окружающей среды то продуктов взрыва, принятый за прототип (патент РФ №2255225 с приоритетом от 10.09.03, E21F 5/00, F42D 5/045, опубл. бюл. №18 от 27.06.05), включающее в себя два слоя, один за другим. Первый слой состоит из рассекателей со слабыми поглощающими способностями к улавливанию мелких диспергированных частиц. Второй слой выполнен из фрагментов-поглотителей, сорбирующих опасные вещества импактированием. Фрагменты первого и второго слоев имеют форму пирамид или призм, размещенных с радиальным смещением фрагментов второго слоя относительно фрагментов первого слоя с зазором между слоями. Зазор между слоями рассекателей и фрагментов поглотителей заполняют пеноаэрогелеобразующей массой для захвата мелких частиц. Устройство предназначено для ослабления взрывной ударной волны и поглощения вредных диспергированных частиц при взрыве объектов, содержащих взрывчатые и радиоактивные вещества.
Недостатком данного устройства является то, что первый слой, состоящий из рассекателей, практически не вносит никакого вклада по сбору вредных диспергированных частиц, так как предназначен в основном для формирования продуктов взрыва в большое количество газовых потоков, из которых большая часть диспергированных частиц должна собираться вторым слоем. Вследствие того что поглотители второго слоя имеют гладкие поверхности из сеток и малую проницаемость для прохода газовых потоков с частицами, возможна закупорка проходных каналов. В результате этого происходит образование пограничного слоя на боковых поверхностях поглотителя и их обтекание воздушным потоком с частичным поглощением вредных частиц и выходом их за пределы защитной конструкции, что влияет на снижение надежности защиты от продуктов взрыва.
Задачей настоящего изобретения является создание надежного устройства для защиты окружающей среды от продуктов взрыва, обеспечивающего ослабление взрывной ударной волны и снижение выхода вредных диспергированных частиц в окружающую среду за счет их поглощения.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого устройства, является снижение уровня выхода вредных диспергированных частиц в окружающую среду, повышение безопасности вблизи взрывоопасных объектов в аварийных ситуациях путем повышения поглощения вредных веществ и ослабления воздействия взрывной волны на объекты окружающей среды.
3
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве защиты окружающей среды от продуктов взрыва, содержащем преграду из двух слоев, установленных вокруг взрывоопасного объекта один за другим и состоящих из фрагментов поглотителей, имеющих форму пирамид или призм, размещенных с радиальным смещением фрагментов второго слоя относительно фрагментов первого слоя и с зазором между слоями. Фрагменты-поглотители первого и второго слоев размещены на силовых металлических каркасах, жестко связанных между собой. Каждый из фрагментов выполнен из собственного металлического каркаса с установленными на его внешней поверхности по направлению газового потока пластинами. Внутри каркаса установлен поглощающий элемент, состоящий из пористого материала плотностью не более 0,2 г/см и размещенного поверх него многослойного пакета из проволочных сеток различного типоразмера. При установке пластин предусмотрен зазор между ними и многослойным пакетом, а в днище фрагментов поглотителей - отверстия, сообщаемые с воздушным зазором для выхода газовых потоков. При этом высота пластин, расстояние между ними и величина воздушного зазора выбраны из следующих соотношений:
1,1l≤h≤1,2l, 1,1s≤l≤1,2s
где h - высота пластин;
l - расстояние между пластинами;
s - величина воздушного зазора.
Введение в конструкцию силового металлического каркаса, на котором размещаются фрагменты-поглотители, позволяет избежать разлета фрагментов-поглотителей при воздействии ударной волны и продуктов взрыва и обеспечить более полное прохождение газового потока через них, и, следовательно, максимальное поглощение радиоактивных материалов, находящихся в потоке, что снижает уровень выхода вредных диспергированных частиц в окружающую среду и повышает безопасность вблизи взрывоопасных объектов в аварийных ситуациях.
Выполнение каждого фрагмента-поглотителя из металлического каркаса с установленными на его внешней поверхности по направлению газового потока пластинами предотвращает образование пограничного слоя и свободного обтекания фрагментов-поглотителей газовыми потоками без их фильтрации в слоях фрагментов-поглотителей, что повышает поглощение радиоактивных материалов, тем самым снижая уровень выхода вредных диспергированных частиц в окружающую среду и повышая безопасность вблизи взрывоопасных объектов в аварийных ситуациях.
3
Многослойный пакет из проволочных сеток различного типоразмера служит для улавливания частиц, образующихся после взрыва объекта, содержащего радиоактивные и взрывчатые материалы. Мелкодисперсные частицы, проходящие сквозь пакет сеток, улавливаются пористым материалом плотностью не более 0,2 г/см. Плотность пористого материала выбрана из условия максимального количества пор, обеспечивающих осаждение мелкодисперсных частиц в порах заявленного материала, тем самым снижается уровень выхода вредных диспергированных частиц в окружающую среду и повышается безопасность вблизи взрывоопасных объектов в аварийных ситуациях.
Заявляемое соотношение размеров высоты пластин, расстояние между ними и величина воздушного зазора выбраны из условия увеличения скорости газового потока для снижения его давления на всем пути движения до выхода из отверстий, исключая возникновение пограничного слоя над пластинами, что повышает поглощение радиоактивных материалов, тем самым снижая уровень выхода вредных диспергированных частиц в окружающую среду и повышая безопасность вблизи взрывоопасных объектов при аварийных ситуациях.
Заявляемое устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема устройства в поперечном разрезе как одного из вариантов реализации данного устройства, где 1, 2 - I и II слой фрагментов-поглотителей, а на фиг.2 - поперечный разрез одного из фрагментов-поглотителей, где 3 - металлический каркас, 4 - газовый поток, 5 - пластина, 6 - пенопласт, 7 - проволочные сетки, 8 - основание, 9 - отверстие, 10 - силовой металлический каркас, h - высота пластины, l - расстояние между пластинами, s - воздушный зазор между пластинами и многослойным пакетом.
Устройство состоит из первого слоя фрагментов-поглотителей (1), выполненных в виде пирамид и установленных на расстоянии R от объекта, где развиваются продукты взрыва (ПВ). За основаниями пирамид следует второй слой фрагментов-поглотителей (2), перекрывающих стыки оснований пирамид, размещенных на силовом металлическом каркасе (10).
Пирамида имеет аэродинамически совершенную форму, центр давления которой находится позади центра масс. Эти свойства обеспечивают постоянную ориентацию ее к центру взрыва и малое сопротивление к ПВ. Последнее качество придает призме малое ускорение движения от взрыва. В то же время ее форма способствует формированию струй с увеличенной концентрацией опасных веществ в зазорах между пирамидами.
Принцип работы устройства поясняется схемой, представленной на фиг.1. и основан на следующем.
При аварийном взрыве содержащиеся в продуктах взрыва парообразные частицы радиоактивного материала в виде субмикронных аэрозолей, жидкая фаза радиоактивных материалов в виде дробящихся капель с размерами ~ 1 мкм и твердая фаза в виде осколков с размерами до нескольких миллиметров попадают на фрагменты-поглотители первого слоя. Мелкодиспергированные частицы продуктов взрыва тормозятся и частично поглощаются при протекании газовых потоков во фрагментах-поглотителях. Крупные осколки с размерами ~ 1 мм вылетают из облака продуктов взрыва со скоростями до нескольких километров в секунду, затем, тормозясь в воздухе, попадают в фрагменты-поглотители, сгорают полностью или частично, дробятся, образуя вторичное облако мелкодисперсных аэрозолей радиоактивного материала, поглощаемых вторым слоем. Высокоэнергетичные осколки, пробивающие два слоя устройства, также оставляют в фрагментах-поглотителях устройства опасные вещества, содержащиеся на их поверхности за счет внедрения и осаждения. В зазорах между пирамидами и в самих пирамидах формируются струи, напротив которых устанавливаются фрагменты-поглотители второго слоя. Частицы ПВ вследствие эффекта импактирования - резкого изменения направления движения в лабиринтах и в собственно фрагментах-поглотителях - поглощаются металлическими сетками и пористым материалом фрагментов.
3
Примером конкретного исполнения может служить устройство (фиг.2.), где фрагменты-поглотители выполнены в виде пирамид, состоящие из металлического каркаса стали 3 (3) с установленными на его внешней поверхности по направлению газового потока (4) пластинами из стали 3 (5). Пластины установлены с целью предотвращения образования пограничного слоя и свободного обтекания фрагментов-поглотителей газовыми потоками без их фильтрации в слоях фрагментов-поглотителей. Внутри каркаса установлен поглощающий элемент, состоящий из пенопласта плотностью 0,1 г/см (6), а поверх него установлен многослойный пакет из стальных проволочных сеток с размерами ячеек в свету 40, 50, 100, 200, 500 мкм и 1, 2 мм (7). При установке пластин предусмотрен зазор (s) между ними и многослойным пакетом, а в основании из стали 3 (8) фрагментов-поглотителей - отверстия (9), сообщаемые с воздушным зазором для выхода газовых потоков. При этом высота пластин, расстояние между ними и величина воздушного зазора выбраны следующие: h=11,5 мм; l=10 мм; s=9 мм.
Все заявляемые признаки в своей совокупности позволяют снизить поражающие факторы ударной волны, локализовать крупные осколки, сформировать высокоскоростные струи (с большой концентрацией вредных веществ), поглотить их и тем самым обеспечить снижение нагрузки на объекты окружающей среды, уменьшить масштабы разрушений от взрыва, снизить уровень выхода вредных диспергированных частиц и повысить безопасность при работе с взрывоопасными объектами.
3
Возможность достижения технического результата при использовании предлагаемого устройства подтверждена модельными экспериментами, проведенными с отдельными фрагментами устройства, со взрывом объекта, содержащего взрывчатые вещества и радиоактивные материалы. Так, эксперименты, проведенные с использованием призм и пирамид с поглощающим элементом в виде пакета сеток из нержавеющей стали различного типоразмера и мягкого пенопласта ПС-1 (ρ=0,1 г/см), показали высокую эффективность их применения для поглощения радиоактивных материалов. Реализация в заявляемом устройстве всех признаков в полном объеме позволит получить новый заявляемый технический результат и существенно повысить эффективность защиты окружающей среды от продуктов взрыва.