Взрывозащитная камера для проведения взрывных работ и способ локализации токсичных веществ и продуктов взрыва в случае несанкционированной потери ее герметичности
Владельцы патента RU 2612699:
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Взрывозащитная камера (ВЗК) для проведения взрывных работ и способ локализации токсичных веществ и продуктов взрыва в случае несанкционированной потери герметичности ВЗК относится к области взрывных работ и исследования взрывных быстропротекающих процессов и может быть применена при разработке конструкций герметичных взрывозащитных камер (ВЗК), снабженных дополнительной ступенью защиты, и способов локализации продуктов взрыва (ПВ), образующихся при аварийном или санкционированном подрыве взрывоопасного объекта, обеспечивая надежную и безопасную изоляцию поражающих воздействий для окружающей среды. Устройство включает герметичный силовой контейнер с полостью для размещения взрывоопасного устройства, который снабжен дополнительной ступенью защиты - устройством локализации и удаления продуктов взрыва, срабатывающим в случае несанкционированной потери герметичности силового контейнера в процессе эксплуатации и включающим в себя вскрывающее устройство - пробойник пиромеханический (ППМ), размещенный в вваренном в герметичный силовой контейнер неразрушаемом корпусе и разделяющий полость неразрушаемого корпуса на нижнюю часть, обращенную к герметичному силовому контейнеру, и верхнюю часть, снабженную выходным отверстием для подстыковки с помощью трубопровода к предварительно отвакуумированной емкости сбора токсичных веществ и продуктов взрыва. ППМ отделен от полости герметичного силового контейнера мембраной и включает втулку, снаряженную пороховым зарядом, соединенным огневой цепью с пиропатроном и отделенным от него обратным клапаном. Ударник выполнен переменным сечением, снабжен фиксатором конечного положения и закреплен на втулке с возможностью перемещения относительно ее под действием давления продуктов сгорания порохового заряда и пробития им мембраны. Способ включает удержание токсичных веществ и продуктов взрыва в замкнутом объеме и экстренную эвакуацию их за пределы зоны проведения взрывных работ, которые осуществляют вскрытием ВЗК с помощью ППМ путем воспламенения его порохового заряда и форсирования давления продуктов сгорания, под воздействием которых ударник пробойника продавливает стенку взрывозащитной камеры до образования сквозного отверстия, через которое токсичные вещества и продукты взрыва эвакуируют сначала в нижнюю часть полости неразрушаемого корпуса, а затем через дренажные отверстия в верхнюю часть, соединенную с предварительно отвакуумированной емкостью, куда их стравливают по трубопроводу. Изобретение позволяет расширить эксплуатационные возможности. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области взрывных работ и исследования взрывных быстропротекающих процессов и может быть применено при разработке конструкций герметичных взрывозащитных камер (ВЗК), снабженных дополнительной ступенью защиты, и способов локализации продуктов взрыва (ПВ), образующихся при аварийном или санкционированном подрыве взрывоопасного объекта в случае потери герметичности ВЗК, обеспечивая надежную и безопасную изоляцию токсичных ПВ.
При эксплуатации ВЗК могут возникать проблемы с утечками из-за старения конструкции, высокой температуры, повреждений или других причин, приводящих к потере герметичности ВЗК, которые могут привести к нанесению ущерба для окружающей среды. Быстрые и эффективные действия по устранению аварийной ситуации дают возможность избежать негативных последствий и повысить экологическую безопасность эксплуатации ВЗК.
Из предшествующего уровня техники известно использование в конструкциях контейнеров или камер для размещения взрывоопасных устройств и/или токсичных веществ дополнительных ступеней защиты, которые могут быть выполнены в виде узлов аварийной защиты, размещенных внутри контейнера, узлов вскрытия и вывода токсичных веществ из полости камеры, узлов стравливания ПВ, чехлов, окружающих камеру и т.д.
Так, например, известен контейнер для воспламеняемых, взрывчатых, токсичных, коррозийных, радиоактивных или химически загрязняющих опасных химических веществ по патенту RU 2466075, опубл. 10.11.2012 (заявка РСТ CN 2009/072631 от 06.07.2009), включающий герметичный корпус для размещения, например, взрывоопасного устройства, и узел аварийной защиты контейнера, размещенный также внутри контейнера и выполненный в виде емкости со сжиженным газом. Когда опасные химические вещества вытекают из-за повреждений, или контейнер находится под угрозой воздействия высокой температуры, сжиженный газ может выпускаться в полость контейнера посредством открытий выпускного клапана на емкости. При выпуске сжиженный газ поглощает тепло окружающей среды (внутренней среды контейнера) и температура контейнера уменьшается, а следовательно, давление в нем снижается, что дает возможность избежать утечки или взрыва, вызванных избыточным давлением, или для уменьшения вязкости опасных химических веществ и для получения ценного времени для более основательной аварийной работы.
Данный контейнер может использоваться только для хранения экологически опасных веществ, а представленная конструкция узла аварийной защиты не может быть применена для ВЗК при проведении взрывных работ.
Известна камера для исследования свойств особо опасных токсичных веществ по патенту RU 2388668, опубл. 10.05.2010, включающая гнезда для размещения емкости с токсичным веществом, вскрывающее устройство и узел вывода токсичных веществ из камеры, при этом в качестве вскрывающего устройства используют устройство, создающее изгибающий момент на камере и контактирующее с ее внешней поверхностью, камеру выполняют в виде двух стаканов, открытыми торцами обращенных друг к другу, при этом торец одного стакана снабжен фланцем, а торец другого - гибкой мембраной, которые герметично соединены с возможностью углового перемещения стаканов относительно друг друга, на внешней поверхности вскрываемой емкости выполняют концентратор напряжения и размещают ее в камере таким образом, что концентратор напряжения расположен в зоне стыковки стаканов, а узел вывода выполняют в виде патрубка с герметичным вентилем и размещают его на фланце.
Известная камера предназначена для исследования небольших количеств токсичных веществ в лабораторных условиях и конструкция узла вскрытия не может быть использована для ВЗК при проведении взрывных работ.
Известен способ вскрытия и разрушения взрывоопасного устройства и ВЗК, с помощью которой можно осуществить этот способ, по патенту RU 2134861, опубл. 20.08.1999. Способ включает в себя следующие действия. Обеспечивают образование вокруг взрывоопасного устройства газообразного взрывчатого вещества в виде горючей газовой смеси требуемого состава под требуемым начальным давлением и осуществляют последующее воздействие на боеприпас ударной волной, образующейся при взрыве этой смеси, при этом ударно-волновое воздействие на взрывоопасное устройство осуществляют по всей его наружной поверхности, в результате чего реализуется интерференция ударных волн и воли разрежения внутри заряда взрывчатого вещества, повышающая эффективность дробления, а тем самым и извлечения взрывчатых материалов из корпусов.
ВЗК включает опорную плиту для фиксирования взрывоопасного устройства и узел вскрытия и разрушения, представляющий собой трубопроводную арматуру подачи внутрь камеры компонентов горючей газовой смеси и элемент инициирования детонации смеси. Кроме того, ВЗК снабжена газовым вентилем стравливания ПВ.
Недостатком этих известных способа и устройства является применение узла вскрытия и разрушения взрывоопасного устройства, основанного на осуществление ударно-волнового воздействия, что сужает технико-эксплуатационные возможности и безопасность.
Известен узел вскрытия и разрушения взрывоопасного устройства по патенту RU 2215984, опубл. 10.11.2003, который устанавливают выходным отверстием против корпуса взрывоопасного устройства на некотором удалении от его стенки. Этот узел представляет собой неразрушаемую метательную камеру с выходным отверстием, в которой последовательно размещены метательный пороховой заряд и множество твердых разрушающих элементов. Разрушающие элементы отделены от метательного заряда мембраной, зафиксированной относительно стенки метательной камеры, с возможностью форсирования давления продуктов сгорания метательного заряда и разрушения мембраны. При срабатывании воспламенителя воспламеняется пороховой заряд. Повышение давления пороховых газов до ркр вызывает разрушение мембраны, и дальнейшее расширение пороховых газов влечет за собой выброс разрушающих элементов в направлении корпуса.
Однако известное устройство имеет ряд недостатков, ограничивающих возможность его использования, это связано с тем, что для локализации и ограничения отброса остатков камеры и корпуса необходимо использование экранирующих устройств.
Известно устройство для создания сквозных или глухих отверстий в преграде, инженерных сооружениях, стенках резервуаров и т.д. по патенту RU 2160395, опубл. 10.12.2000, представляющее собой пробойник пиромеханический. Пробойник содержит корпус, состоящий из заходного заостренного и установочного полого цилиндрического участков, установленный на корпусе баллистический наконечник, сбрасываемый или разрушаемый при соударении с преградой, размещенные внутри корпуса ударник с жалом, выполненным с возможностью контакта с капсюлем-воспламенителем патрона с пороховым зарядом и пирозамедлителем, фиксаторы исходного положения и ударника, выполненные, например, в виде разрушаемой втулки и срезных штифтов с возможностью разрушения под действием перегрузки, возникающей при внедрении пробойника в материал преграды. Установочный участок корпуса выполнен ступенчатой формы, причем ступень с большим диаметром расположена в хвостовой части корпуса и имеет наружный диаметр больше внутреннего диаметра направляющей шайбы; ударник установлен с возможностью перемещения внутри корпуса и снабжен головной частью в виде поршня, обеспечивающего упор в ограничитель обратного хода, жестко закрепленный в полости хвостовой части корпуса. В результате ударник может перемещаться в направлении от преграды под действием давления продуктов горения заряда, а по достижении ограничителя обратного хода передавать часть своего количества движения корпусу пробойника и выдергивать его из преграды, освобождая отверстие в ней.
Известное устройство пробивает в преграде отверстие для закрепления в нем арматуры либо для прокладки через него кабельной линии, трубопровода или др., и такая конструкция без многочисленных доработок не может быть применена в качестве дополнительной ступени защиты в ВЗК.
Известна еще одна конструкция ВЗК для локализации ПВ по патенту RU 2224216, опубл. 20.08.2003, снабженная дополнительной ступенью защиты - устройством локализации и удаления ПВ, которое выполнено в виде единой замкнутой конструкции, сформированной вокруг ВЗК. Устройство локализации и удаления ПВ от места проведения эксперимента предназначено для предотвращения загрязнения помещения токсичными ПВ при срабатывании взрывного устройства в ВЗК в случае потери ею герметичности от воздействий взрыва и представляет собой защитный чехол с поддоном и системой транспортировки - транспортной тележкой. Защитный чехол снабжен фильтрующими окнами и может быть выполнен многослойным из резинового, перкалевого слоев и обращенного внутрь алюминиевого слоя. Фильтрующие окна могут быть снабжены спицами, в окнах используется ткань Петрянова, которая может быть помещена между слоями капроновой ткани для сит. ВЗК с поддоном крепится болтовым соединением на раму транспортной тележки.
Способ локализации токсичных веществ и продуктов взрыва в случае несанкционированной потери герметичности данной ВЗК включает удержание токсичных веществ и продуктов взрыва в замкнутом объеме, который возводят вокруг ВЗК и экстренную эвакуацию их за пределы зоны проведения взрывных работ вместе с ВЗК на транспортной тележке для последующего захоронения.
Данная конструкция ВЗК и способ локализации токсичных веществ и продуктов взрыва в случае несанкционированной потери герметичности ВЗК являются наиболее близкими аналогами заявляемым устройству и способу.
Известные устройство и способы имеют ограниченные эксплуатационные возможности и рассчитаны на то, чтобы в случае несанкционированной потери ВЗК своей герметичности во время эксплуатации, например при ликвидации взрывоопасных устройств большой разрушительной силы, с достаточной степенью надежности исключить выход высокотоксичных и экологически опасных веществ и продуктов из зоны аварии путем удаления всей конструкции вместе с ВЗК. Т.о., известная конструкция предназначена для использования в стационарных условиях, является довольно громоздким устройством и требует обязательного наличия дополнительных технических средств в виде боксов, броне- и гермокоробов, специальных отсеков и т.д. и непригодна для проведения исследований, например, в лабораторных условиях из-за больших габаритов, сложности обслуживания и отсутствия мобильности.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение эксплуатационных возможностей.
Указанный технический результат достигается за счет того, что:
- во взрывозащитной камере для проведения взрывных работ, включающей герметичный силовой контейнер с полостью для размещения взрывоопасного устройства, имеется дополнительная ступень защиты - устройство локализации и удаления продуктов взрыва, срабатывающее в случае несанкционированной потери герметичности силового контейнера в процессе эксплуатации, новым является то, что
устройство локализации и удаления продуктов взрыва включает в себя вскрывающее устройство, размещенное в вваренном в герметичный силовой контейнер неразрушаемом корпусе и разделяющее полость неразрушаемого корпуса на нижнюю часть, обращенную к герметичному силовому контейнеру, и верхнюю часть, снабженную выходным отверстием для подстыковки с помощью трубопровода к предварительно отвакуумированной емкости сбора токсичных веществ и продуктов взрыва, при этом в качестве вскрывающего устройства используют пробойник пиромеханический, отделенный от полости герметичного силового контейнера мембраной, пороховой заряд которого размещен во втулке, соединен огневой цепью с пиропатроном и отделен от него обратным клапаном, причем ударник выполнен переменным сечением, снабжен фиксатором конечного положения и закреплен на втулке с возможностью перемещения относительно нее под действием давления продуктов сгорания порохового заряда и пробития им мембраны для обеспечения сообщения полости герметичного силового контейнера с нижней частью полости неразрушаемого корпуса, которая имеет сообщение через дренажные отверстия, выполненные во втулке, с верхней частью полости неразрушаемого корпуса.
- в способе локализации токсичных веществ и продуктов взрыва в случае несанкционированной потери герметичности взрывозащитной камеры для проведения взрывных работ, включающем удержание токсичных веществ и продуктов взрыва в замкнутом объеме и экстренную эвакуацию их за пределы зоны проведения взрывных работ, новым является то, что
осуществляют вскрытие взрывозащитной камеры с помощью установленного в полости неразрушаемого корпуса пробойника пиромеханического путем воспламенения его порохового заряда и форсирования давления продуктов сгорания, под воздействием которых ударник пробойника продавливает стенку взрывозащитной камеры до образования сквозного отверстия, через которое токсичные вещества и продукты взрыва эвакуируют сначала в нижнюю часть полости неразрушаемого корпуса, а затем через дренажные отверстия в верхнюю часть, соединенную с предварительно отвакуумированной емкостью, куда их стравливают по трубопроводу.
Включение в устройство локализации и удаления продуктов взрыва вскрывающего устройства позволяет обеспечить локальное вскрытие ВЗК для ускорения стравливания ПВ из полости ВЗК и локализацию ПВ без удаления всего ВЗК.
Размещение вскрывающего устройства в неразрушаемом корпусе, вваренном в герметичный силовой контейнер ВЗК, позволяет исключить попадание в окружающее пространство ПВ, истекающих из разгерметизированного силового контейнера ВЗК.
Использование в качестве вскрывающего устройства пробойника пиромеханического позволяет обеспечить надежное вскрытие ВЗК без инициирования взрыва путем воспламенения его порохового заряда и форсирования давления продуктов сгорания, под воздействием которых ударник пробойника продавливает стенку взрывозащитной камеры до образования сквозного отверстия.
Установка пробойника таким образом, чтобы он разделял полость неразрушаемого корпуса на нижнюю часть, обращенную к герметичному силовому контейнеру, и верхнюю часть, снабженную выходным отверстием для подстыковки с помощью трубопровода к предварительно отвакуумированной емкости сбора токсичных веществ и продуктов взрыва, позволяет их эвакуировать сначала в нижнюю часть полости неразрушаемого корпуса, а затем в верхнюю часть, обеспечивая их вытекание в трубопровод.
Отделение пробойника пиромеханического от полости герметичного силового контейнера мембраной, которая одновременно является стенкой ВЗК, а также отделение пиропатрона и порохового заряда обратным клапаном, позволяет обеспечить форсирование давления продуктов сгорания порохового заряда и разрушение мембраны при определенном критическом давлении, обеспечивая надежное пробитие ударником сквозного отверстия.
Выполнение ударника переменным сечением, закрепление его на втулке с возможностью перемещения относительно нее под действием давления продуктов сгорания порохового заряда и снабжение его фиксатором конечного положения, позволяет разместить ударник в проделанном отверстии таким образом, чтобы ПВ беспрепятственно истекали в полость неразрушаемого корпуса.
На фиг. 1 представлена схема устройства вскрытия, вваренного в силовой герметичный контейнер ВЗК, на фиг. 2 - пробойника пиромеханического, где: 1 - неразрушаемый корпус устройства вскрытия; 2 - пробойник пиромеханический; 3 - гермоввод; 4 - герметичный силовой контейнер (корпус ВЗК): 5 - пиропатрон: 6 - пороховой заряд; 7 - обратный клапан; 8 - ударник: 9 - мембрана; 10 - ограничитель перемещения ударника (шесть упоров); 11 - втулка; 12 - дренажные отверстия; 13 - фиксатор конечного положения ударника (два разрезных кольца на втулке).
Примером конкретной реализации ВЗК с дополнительной ступенью защиты может служить конструкция, предназначенная для проведения взрывных работ, включающая герметичный силовой контейнер с полостью для размещения взрывоопасного устройства и с дополнительной ступенью защиты - устройством локализации и удаления продуктов взрыва, срабатывающим в случае несанкционированной потери герметичности силового контейнера в процессе эксплуатации. Устройство локализации и удаления продуктов взрыва включает в себя вскрывающее устройство, размещенное в неразрушаемом корпусе, который вварен в герметичный силовой контейнер. В качестве вскрывающего устройства используют пробойник пиромеханический (ППМ), который устанавливают в полости неразрушаемого корпуса так, что он делит полость на нижнюю часть, обращенную к герметичному силовому контейнеру, и верхнюю часть, снабженную выходным отверстием для подстыковки с помощью трубопровода к предварительно отвакуумированной емкости для сбора токсичных веществ и продуктов взрыва. ППМ содержит втулку, снаряженную пороховым зарядом, связанным огневой цепью с пиропатроном УДП2-3, который через гермоввод соединен с источником тока. Втулка скреплена с неразрушаемым корпусом резьбовым соединением, и в ней выполнены дренажные отверстия - 10 шт., с помощью которых нижняя часть полости неразрушаемого корпуса сообщается с верхней частью. Между пиропатроном УДП2-3 и пороховым зарядом установлен обратный клапан. ППМ отделен от полости герметичного силового контейнера мембраной, которая является частью корпуса ВЗК. Ударник выполнен переменным сечением (наконечник имеет большее сечение), снабжен ограничителем перемещения и фиксатором конечного положения. Ограничитель перемещения (6 упоров), выполненный в верхней части ударника, ограничивает перемещение ударника, а фиксаторы конечного положения предотвращают обратное движение ударника.
Способ локализации токсичных веществ и продуктов взрыва в случае несанкционированной потери герметичности ВЗК включает следующие действия.
При потере ВЗК герметичности и появление течей на пиропатрон 5 ППМ 2 через гермоввод 3 подают напряжение, пиропатрон 5 срабатывает и воспламеняет пороховой заряд 6. Под воздействием давления пороховых газов ударник 8 продавливает мембрану 9 (стенку взрывозащитной камеры 4) до образования сквозного отверстия и движется вглубь в сторону взрывозащитной камеры 4. При этом ограничитель перемещения ударника 10 ограничивает ход ударника 8, а фиксатор конечного положения 13 предотвращает обратное движение ударника. Через образованное отверстие токсичные вещества и продукты взрыва эвакуируют сначала в нижнюю часть полости неразрушаемого корпуса 1, а затем через дренажные отверстия 12 в верхнюю часть, соединенную с предварительно отвакуумированной емкостью, куда их стравливают по трубопроводу.
Т.о., предлагаемое изобретение обеспечивает требования экологической безопасности проводимых экспериментов.
1. Взрывозащитная камера для проведения взрывных работ, включающая герметичный силовой контейнер с полостью для размещения взрывоопасного устройства и с дополнительной ступенью защиты - устройством локализации и удаления продуктов взрыва, срабатывающим в случае несанкционированной потери герметичности силового контейнера в процессе эксплуатации, отличающаяся тем, что устройство локализации и удаления продуктов взрыва включает в себя вскрывающее устройство, размещенное в вваренном в герметичный силовой контейнер неразрушаемом корпусе и разделяющее полость неразрушаемого корпуса на нижнюю часть, обращенную к герметичному силовому контейнеру, и верхнюю часть, снабженную выходным отверстием для подстыковки с помощью трубопровода к предварительно отвакуумированной емкости сбора токсичных веществ и продуктов взрыва, при этом в качестве вскрывающего устройства используют пробойник пиромеханический, отделенный от полости герметичного силового контейнера мембраной, пороховой заряд которого размещен во втулке, соединен огневой цепью с пиропатроном и отделен от него обратным клапаном, причем ударник выполнен переменным сечением, снабжен фиксатором конечного положения и закреплен на втулке с возможностью перемещения относительно ее под действием давления продуктов сгорания порохового заряда и пробития им мембраны для обеспечения сообщения полости герметичного силового контейнера с нижней частью полости неразрушаемого корпуса, которая имеет сообщение через дренажные отверстия, выполненные во втулке, с верхней частью полости неразрушаемого корпуса.
2. Способ локализации токсичных веществ и продуктов взрыва в случае несанкционированной потери герметичности взрывозащитной камеры для проведения взрывных работ, включающий удержание токсичных веществ и продуктов взрыва в замкнутом объеме и экстренную эвакуацию их за пределы зоны проведения взрывных работ, отличающийся тем, что осуществляют вскрытие взрывозащитной камеры с помощью установленного в полости неразрушаемого корпуса пробойника пиромеханического путем воспламенения его порохового заряда и форсирования давления продуктов сгорания, под воздействием которых ударник пробойника продавливает стенку взрывозащитной камеры до образования сквозного отверстия, через которое токсичные вещества и продукты взрыва эвакуируют сначала в нижнюю часть полости неразрушаемого корпуса, а затем через дренажные отверстия в верхнюю часть, соединенную с предварительно отвакуумированной емкостью, куда их стравливают по трубопроводу.
