Предохранительная разрушающаяся конструкция ограждения зданий

Изобретение относится к защитным устройствам, применяющимся во взрывоопасных и радиоактивных объектах, таких как легкосбрасываемые панели и кровли, противовзрывные ограждения и заслонки, клапаны избыточного давления. Технический результат - повышение надежности срабатывания разрушающихся взрывозащитных устройств при аварийном взрыве на объекте. Это достигается тем, что в предохранительной 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. 4 ил.

 

Изобретение относится к защитным устройствам, применяющимся во взрывоопасных и радиоактивных объектах, таких как легкосбрасываемые панели и кровли, противовзрывные ограждения и заслонки, клапаны избыточного давления.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является предохранительная разрушающаяся конструкция ограждения зданий по патенту РФ №2532961, кл. Е04В 1/92, (прототип), содержащая 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.

Технически достижимый результат - повышение надежности срабатывания разрушающихся взрывозащитных устройств при аварийном взрыве на объекте.

Это достигается тем, что в предохранительной 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 предохранительной 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 - вариант выполнения упругих элементов 15, подпирающих защитный экран 10 к ограждению зданий.

Предохранительная 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 (на чертеже 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 бронебойного 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 упругие элементы 15, подпирающие защитный экран 10 к ограждению зданий.

Предохранительная разрушающаяся конструкция зданий работает следующим образом.

Для большинства газо-воздушных смесей (ГВС) максимальное давление взрыва в замкнутом объеме р_max 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. Значительный интерес представляют организованно разрушающиеся конструкции (ОРК). Вскрытие ОРК происходят в результате разрушения плит при взрывном горении. Разрушение плит происходит в местах размещения специальных пазов. Толщина слоя бетона в пазу δ=20 мм. Рассмотренные типы ОРК при действии нагрузок быстро разрушаются, не образуя при этом обломков, хорошо сохраняют тепло в отапливаемых зданиях и изготавливаются с использованием существующей технологической оснастки ОРК представляют собой железобетонные панели размером 6000×1800 мм. Панель состоит из разрушающейся и неразрушающейся частей. Неразрушающаяся часть выполнена в виде несущих ребер (200×150 мм), размещенных по контуру. 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.

Получена формула для определения потребной площади таких проемов:

Где V_Ο - свободный объем помещения, м³;

α - коэффициент интенсификации горения;

w_н - нормальная скорость распространения пламени в смеси стехиометрического состава, м/с;

ρ - плотность газов, истекающих из проемов, кг/м³;

ε - степень теплового расширения продуктов сгорания;

Δр_доп - допускаемое давление в помещении (5 кПа).

Использование предложенного технического решения позволяет осуществить предотвращение взрывоопасных объектов от разрушения и снижение поступления вредных веществ в атмосферу при аварийном взрыве.

Возможен вариант выполнения упругих элементов 15, подпирающих защитный экран 10 к ограждению зданий, выполненных в виде комбинированных пружин (фиг. 4).

Комбинированная пружина со встроенным демпфером содержит цилиндрическую винтовую пружину, состоящую из двух частей 18 и 19 со встречно направленными концами 21 и 20 соответствующих витков этих пружин. На опорных витках пружины выполнены опорные кольца 16 и 17 для прочной и надежной фиксации концов пружин при их работе.

Первая часть винтовой пружины 18 выполнена с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, а вторая часть 19 пружины выполнена полой, например круглого сечения, при этом встречно направленный конец 21 первой части пружины размещен в полости встречно направленной второй части пружины с концом 5, при этом второй ее конец, закрепленный на опорном кольце 17, загерметизирован, например при помощи резьбовой пробки (на чертеже не показана).

В полости второй части 19 пружины, выполненной полой круглого сечения, образованы с четырех сторон, относительно прямоугольного сечения первой части 18 пружины, зазоры 22 сегментного профиля в сечении, перпендикулярном оси контактирующих частей 18 и 19 пружины.

Для лучшей регулировки жесткости пружины (без задиров, заминов и заеданий) зазоры 22 сегментного профиля контактирующих частей 18 и 19 пружины заполнены антифрикционной смазкой, например вязкой типа «солидол», при этом на конце 20 второй части пружины установлена уплотнительная манжета (на чертеже не показана) для предотвращения утечки (потери) смазки. Такая конструкция представляет собой своеобразный демпфер «вязкого трения» с протяженным дроссельным элементом в виде зазоров 22 сегментного профиля контактирующих частей 18 и 19 пружины, которые в этом случае будут являться аналогами системы соответственно «поршень-цилиндр».

Первую часть 18 винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного (или квадратного) сечения с закругленными кромками, охватывает трубка 23 из демпфирующего материала, например полиуретана, которая создает в системе виброзащиты трение, величина которого повышается при подходе системы к резонансному режиму, что и является аналогом демпфера «сухого трения».

Зазоры, в первой части 18 винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка 23 из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала (на чертеже не показано).

Возможен вариант, когда зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, в мас. %: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) - 28÷34%; волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0) - 12÷19%; графит 7÷18%; модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния - 7÷15%; баритовый концентрат - 20÷35%; тальк - 1,5÷3,0%.

Комбинированная пружина со встроенным демпфером работает следующим образом.

Регулировка жесткости пружины осуществляется укорочением или удлинением высоты пружины. При вращении опорных колец 16 и 17 витки пружины перемещаются относительно друг друга во взаимно противоположных направлениях относительно продольной оси пружины, т.е. ввинчиваются или вывинчиваются. В первом случае (при ввинчивании) жесткость пружины увеличивается, а во втором случае (при вывинчивании) - уменьшается, что позволяет упростить регулировку жесткости пружины, а также повысить ее демпфирующую способность, что позволяет более плавно реагировать защитному экрану на увеличение взрывного давления.

Возможен вариант, когда зазоры, в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из спеченного фрикционного материала, обладающего высокой износостойкостью и содержащего, мас. %: цинк 6,0-8,0; железо 0,1-0,2; свинец 2,0-4,0; графит 3,0-7,0; вермикулит 8,0-12,0; хром 4,0-6,0; сурьма 0,05-0,1; кремний 2,0-3,0; медь - остальное.

Предохранительная разрушающаяся конструкция ограждения зданий, содержащая 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 площадь разрушающейся части проемов вычисляется по формуле:

,

где V_o - свободный объем помещения, м³; α - коэффициент интенсификации горения; w_н - нормальная скорость распространения пламени в смеси стехиометрического состава, м/с; ρ - плотность газов, истекающих из проемов, кг/м³; ε степень теплового расширения продуктов сгорания; Δр_доп - допускаемое давление в помещении (5 кПа), 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, отличающаяся тем, что упругие элементы, подпирающие защитный экран к ограждению здания, выполнены в виде комбинированных пружин, каждая из которых состоит из двух частей со встречно направленными концами, одна часть из которых имеет витки прямоугольного сечения, а другая часть пружины выполнена полой, при этом встречно направленный конец первой части размещен в полости второй, зазоры сегментного профиля контактирующих частей пружины заполнены антифрикционной смазкой, при этом на конце второй части пружины установлена уплотнительная манжета для предотвращения утечки смазки, а первую часть винтовой пружины, выполненную с витками прямоугольного сечения с закругленными кромками, охватывает трубка из демпфирующего материала, например полиуретана, а зазоры в первой части винтовой пружины, выполненной с витками прямоугольного сечения, которую охватывает трубка из демпфирующего материала, заполнены крошкой из спеченного фрикционного материала, обладающего высокой износостойкостью и содержащего, мас. %: цинк 6,0-8,0; железо 0,1-0,2; свинец 2,0-4,0; графит 3,0-7,0; вермикулит 8,0-12,0; хром 4,0-6,0; сурьма 0,05-0,1; кремний 2,0-3,0; медь - остальное.