RU123104U1 - BENCH FOR TESTING OF DESTRUCTIVE ELEMENTS OF BUILDINGS AND STRUCTURES DESIGNS - Google Patents

Abstract

1. Стенд для испытаний разрушающихся элементов конструкций зданий и сооружений, содержащий взрывную камеру, в верхнем основании которой имеется отверстие, перекрываемое легкосбрасываемым разрушающимся элементом, отличающийся тем, что состоит из взрывной камеры, представляющей собой металлический сосуд объемом, равным 500-1000 см, с толщиной стенок 7-8 мм, причем в верхнем основании сосуда имеется отверстие, перекрываемое легкосбрасываемым элементом, а площадь отверстия может меняться путем ввинчивания сменных колец, при этом сбрасываемый элемент перекрывает отверстие в кольце, над которым закрепляется защитный экран, а второе отверстие перекрывается клапаном, который прижимается к отверстию с помощью электромагнита и открывается пружиной при размыкании контактов, причем усилие прижатия клапана и сжатия пружины устанавливается таким образом, чтобы суммарное усилие было равно допускаемому давлению, умноженному на площадь отверстия клапана, т.е. ΔF=Fэ.м-Fпр=ΔРд.м·Sкл, где Fэ.м - усилие электромагнита, прижимающее клапан к отверстию, Н/м; Fпр - усилие сжатия пружины, открывающее клапан, Н; Fпр=(10-15) gm, где g=9,81 м/с; m - масса сердечника электромагнита с клапаном, кг; ΔРд.м - допускаемое давление во взрывной камере; Sкл - площадь отверстия клапана, м, причем тяговое усилие электромагнита может меняться путем изменения тока через реостат посредством подвижного контакта реостата, а для измерения усилия электромагнита и сжатия пружины предусмотрено параллельное устройство электромагнитного клапана, величина тока электромагнита в котором регулируется от того же реостата путем переключения контактов, при этом для настройки тр1. A stand for testing destructible elements of structures of buildings and structures, containing an explosion chamber, in the upper base of which there is a hole covered by an easily ejected destructible element, characterized in that it consists of an explosive chamber, which is a metal vessel with a volume of 500-1000 cm3, with with a wall thickness of 7-8 mm, and in the upper base of the vessel there is a hole closed by an easy-release element, and the area of the hole can be changed by screwing in replaceable rings, while the release element covers the hole in the ring, over which the protective screen is fixed, and the second hole is closed by a valve, which is pressed against the hole by means of an electromagnet and is opened by a spring when the contacts open, and the force of pressing the valve and compressing the spring is set so that the total force is equal to the allowable pressure multiplied by the area of the valve hole, i.e. ΔF = Fem-Fpr = ΔRd.m · Skl, where Fem is the force of the electromagnet pressing the valve to the hole, N / m; Fпр - force of compression of the spring opening the valve, N; Fpr = (10-15) gm, where g = 9.81 m / s; m is the mass of the electromagnet core with the valve, kg; ΔРd.m - permissible pressure in the blasting chamber; Scl is the area of the valve opening, m, and the traction force of the electromagnet can be changed by changing the current through the rheostat by means of the moving contact of the rheostat, and to measure the force of the electromagnet and the compression of the spring, a parallel device of the solenoid valve is provided, the magnitude of the electromagnet current in which is controlled from the same rheostat by switching contacts, while for setting tr

Description

Полезная модель относится к системам безопасности в чрезвычайных ситуациях и может быть использовано для взрывозащиты зданий, сооружений, а также технологического оборудования.The utility model relates to safety systems in emergency situations and can be used for explosion protection of buildings, structures, as well as technological equipment.

Технологический процесс некоторых производств связан с возможным выделением и скоплением в производственном помещении паров горючих жидкостей, газов или пылей, которые, смешиваясь с воздухом в определенных концентрациях, образуют взрывоопасную среду, - такие производства относятся к категориям А, Б или Е по взрывной и взрывопожарной опасности.The technological process of some industries is associated with the possible emission and accumulation in the production room of vapors of flammable liquids, gases or dusts, which, when mixed with air in certain concentrations, form an explosive atmosphere, such industries belong to categories A, B or E for explosive and fire hazard .

Взрыв газо-, паро- и пылевоздушных смесей вызывает повреждение зданий и оборудования. В качестве защиты зданий от разрушения в них часть ограждающих конструкций выполняют легкосбрасываемыми или легкоразрушающимися.Explosion of gas, steam and dust-air mixtures causes damage to buildings and equipment. As protection of buildings from destruction in them, part of the enclosing structures is performed with easily erasable or easily destructible ones.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является взрывозащитное устройство по патенту РФ №2379569 (прототип), содержащее корпус клапана, затвор, теплоизолирующий и разрывной элементы.The closest technical solution to the claimed object is an explosion-proof device according to the patent of the Russian Federation No. 2379569 (prototype), containing a valve body, a shutter, heat insulating and explosive elements.

Недостатком известного решения является сравнительно невысокая надежность срабатывания из-за отсутствия сравнительных испытаний на модельных объектах.A disadvantage of the known solution is the relatively low reliability of operation due to the lack of comparative tests on model objects.

Задачей заявленного объекта является следующее: по допускаемому давлению необходимо подобрать требуемую площадь отверстия и допустимый вес (массу) легкосбрасываемых (разрушающихся) ограждающих устройств на единицу площади ограждаемого проема (отверстия).The objective of the claimed object is the following: according to the permissible pressure, it is necessary to select the required hole area and the permissible weight (mass) of easily erased (collapsing) enclosing devices per unit area of the enclosed opening (hole).

Технически достижимый результат - повышение эффективности защиты зданий, сооружений, а также технологического оборудования от взрывов путем увеличения быстродействия и надежности срабатывания с помощью разрушающихся элементов конструкций и оценкой эффективности легкосбрасываемых ограждающих взрывозащитных устройств при аварийном режиме на объекте и обеспечение возврата этих конструкций в исходное положение после взрыва.A technically achievable result is an increase in the efficiency of protection of buildings, structures, and technological equipment from explosions by increasing the speed and reliability of operation with the help of collapsing structural elements and evaluating the effectiveness of easily erasable enclosing explosion-proof devices in emergency mode at the facility and ensuring the return of these structures to their original position after the explosion .

Это достигается тем, что в стенде для испытаний разрушающихся элементов конструкций зданий и сооружений, содержащим взрывную камеру, в верхнем основании которой имеется отверстие, перекрываемое легкосбрасываемым разрушающимся элементом, содержится взрывная камера, представляющая собой металлический сосуд объемом, равным 500÷1000 см³ с толщиной стенок 7÷8 мм, причем в верхнем основании сосуда имеется отверстие, перекрываемое легкосбрасываемым элементом, а площадь отверстия может меняться путем ввинчивания сменных колец, при этом сбрасываемый элемент перекрывает отверстие в кольце, над которым закрепляется защитный экран, а второе отверстие перекрывается клапаном, который прижимается к отверстию с помощью электромагнита и открывается пружиной при размыкании контактов, причем усилие прижатия клапана и сжатия пружины устанавливается таким образом, чтобы суммарное усилие было равно допускаемому давлению, умноженному на площадь отверстия клапана, т.е.This is achieved by the fact that in the test bench for collapsing structural elements of buildings and structures containing an explosive chamber, in the upper base of which there is an opening overlapped by an easily disintegrating collapsing element, there is an explosive chamber, which is a metal vessel with a volume of 500 ÷ 1000 cm ³ with a thickness walls of 7 ÷ 8 mm, and in the upper base of the vessel there is a hole overlapped by an easily ejected element, and the area of the hole can be changed by screwing in interchangeable rings, while dumping the element closes the hole in the ring, over which the protective shield is fixed, and the second hole is blocked by a valve that is pressed to the hole with an electromagnet and opened by the spring when the contacts open, and the force of pressing the valve and compressing the spring is set so that the total force is equal to the allowable pressure multiplied by the area of the valve bore, i.e.

∆F=Fэ.м-Fпр=∆Рд.мSкл,∆F = Fe.m-Fpr = ∆Rd.mScl,

где Fэ.м - усилие электромагнита, прижимающее клапан к отверстию, Н/м²; Fпр - усилие сжатия пружины, открывающее клапан, Н: Fпр=(10÷15) gm, где g=9,81 м/с²; m - масса сердечника электромагнита с клапаном, кг; ∆Рд.м - допускаемое давление во взрывной камере; Sкл - площадь отверстия клапана, м², причем тяговое усилие электромагнита может меняться путем изменения тока через реостат посредством подвижного контакта реостата, а для измерения усилия электромагнита и сжатия пружины предусмотрено параллельное устройство электромагнитного клапана, величина тока электромагнита в котором регулируется от того же реостата путем переключения контактов, при этом для настройки требуемой разности усилий электромагнита и пружины имеется динамометр, а для образования паровоздушной взрывоопасной смеси в камере имеется пробка-испаритель, в которую с помощью бюретки вносится требуемое количество легковоспламеняющейся жидкости и пробка ввинчивается так, что пары жидкости через окна в стенках пробки-испарителя попадают во взрывную камеру и, смешиваясь с воздухом, образуют взрывоопасную смесь, которая поджигается электрической искрой от индукционной катушки, при этом в одной из торцевых стенок взрывной камеры имеется отверстие под штуцер, в котором закреплена трубка от воздуходувки, перекрываемой краном, а в другой, оппозитно расположенной, торцевой стенке взрывной камеры имеется отверстие под штуцер для трубки, перекрываемой краном, которое служит для поддержания в камере атмосферного давления во время испарения жидкости, при этом площадь отверстия может меняться путем ввинчивания сменных колец, а сбрасываемый элемент перекрывает отверстие в кольце, над которым закрепляется защитный экран.where Fe.m - the force of the electromagnet, pressing the valve to the hole, N / m ² ; Fpr - spring compression force opening the valve, N: Fpr = (10 ÷ 15) gm, where g = 9.81 m / s ² ; m is the mass of the core of the electromagnet with the valve, kg; ∆Rd.m - permissible pressure in the explosive chamber; Scl is the valve opening area, m ² , and the traction force of the electromagnet can be changed by changing the current through the rheostat by means of the movable contact of the rheostat, and a parallel device of the solenoid valve is provided for measuring the electromagnet force and compression of the spring, the magnitude of the electromagnet current is regulated from the same rheostat by switching contacts, while to set the required difference in the efforts of the electromagnet and the spring there is a dynamometer, and for the formation of a vapor-air explosive mixture in There is an evaporator plug in which the required amount of flammable liquid is introduced using a burette and the plug is screwed so that the liquid vapor passes through the windows in the walls of the vaporizer plug into the explosive chamber and, mixed with air, form an explosive mixture that is ignited by an electric spark from induction coil, while in one of the end walls of the explosive chamber there is a hole for the fitting, in which the tube is fixed from the blower, blocked by a tap, and in the other, it is opposite , the end wall of the blast chamber has a hole for the fitting for the tube, which is blocked by a valve, which serves to maintain atmospheric pressure in the chamber during liquid evaporation, while the area of the hole can be changed by screwing interchangeable rings, and the discharge element overlaps the hole in the ring, over which it is fixed protective screen.

На фиг.1 представлена установка для осуществления способа защиты зданий и сооружений с помощью разрушающихся элементов конструкций, на фиг.2 - график изменения давления во времени на стенки сосуда при взрыве газопаровоздушных смесей; на фиг.3 - схема противовзрывной панели покрытия (или кровли) взрывоопасного или радиоактивного объекта.Figure 1 presents the installation for implementing the method of protecting buildings and structures with the help of collapsing structural elements, figure 2 is a graph of the pressure over time on the walls of the vessel during the explosion of gas-vapor mixtures; figure 3 is a diagram of an explosion-proof coating panel (or roof) of an explosive or radioactive object.

Стенд для испытаний разрушающихся элементов конструкций зданий и сооружений (фиг.1) состоит из взрывной камеры 1, представляющей собой металлический сосуд объемом, равным 500÷1000 см³ (толщина стенок 7÷8 мм). В верхнем основании сосуда имеется отверстие, перекрываемое легкосбрасываемым элементом 2. Площадь отверстия может меняться путем ввинчивания сменных колец 21. Сбрасываемый элемент 2 перекрывает отверстие в кольце 21, над которым закрепляется защитный экран 3. Второе отверстие перекрывается клапаном 19, который прижимается к отверстию с помощью электромагнита 12 и открывается пружиной 11 при размыкании контактов 4. Усилие прижатия клапана и сжатия пружины устанавливается таким образом, чтобы суммарное усилие было равно допускаемому давлению, умноженному на площадь отверстия клапана, т.е.The test bench for the collapsing structural elements of buildings and structures (figure 1) consists of an explosive chamber 1, which is a metal vessel with a volume equal to 500 ÷ 1000 cm ³ (wall thickness 7 ÷ 8 mm). In the upper base of the vessel there is an opening overlapped by the easy-to-remove element 2. The area of the opening can be changed by screwing in the replaceable rings 21. The discharge element 2 overlaps the opening in the ring 21, over which the protective shield 3 is fixed. The second opening is blocked by a valve 19, which is pressed against the hole by the electromagnet 12 and opens with a spring 11 when the contacts 4 open. The force of pressing the valve and compressing the spring is set so that the total force is equal to the permissible pressure Multiplied by the valve opening area, i.e.

где Fэ.м - усилие электромагнита, прижимающее клапан к отверстию, Н/м²; Fпр - усилие сжатия пружины, открывающее клапан, Н: Fпр=(10÷15) gm, где g=9,81 м/с²; m - масса сердечника электромагнита с клапаном, кг; Sкл - площадь отверстия клапана, м².where Fe.m - the force of the electromagnet, pressing the valve to the hole, N / m ² ; Fpr - spring compression force opening the valve, N: Fpr = (10 ÷ 15) gm, where g = 9.81 m / s ² ; m is the mass of the core of the electromagnet with the valve, kg; Scl - the area of the valve opening, m ² .

Тяговое усилие электромагнита может меняться путем изменения тока через реостат 8 посредством подвижного контакта 9 реостата. Для измерения усилия электромагнита и сжатия пружины предусмотрено параллельное устройство электромагнитного клапана 6, величина тока электромагнита в котором регулируется от того же реостата 8 путем переключения контактов 5. Для настройки требуемой разности усилий электромагнита и пружины имеется динамометр 7. Для образования паровоздушной взрывоопасной смеси в камере имеется пробка-испаритель 18, в которую с помощью бюретки вносится требуемое количество легковоспламеняющейся жидкости и пробка ввинчивается так, что пары жидкости через окна в стенках пробки-испарителя попадают в камеру и, смешиваясь с воздухом, образуют взрывоопасную смесь.The pulling force of the electromagnet can be changed by changing the current through the rheostat 8 through the movable contact 9 of the rheostat. To measure the force of the electromagnet and the compression of the spring, a parallel device of the electromagnetic valve 6 is provided, the magnitude of the electromagnet current in which is regulated from the same rheostat 8 by switching contacts 5. For setting the required difference in the efforts of the electromagnet and the spring, there is a dynamometer 7. For the formation of a vapor-explosive mixture in the chamber vaporizer plug 18, into which the required amount of flammable liquid is introduced using a burette, and the plug is screwed so that the liquid vapor is black Without a window in the walls of the tube-evaporator fall into the chamber and, mixed with air, form an explosive mixture.

Поджигается смесь электрической искрой 20 от индукционной катушки 14, включается зажигание кнопкой 13. В одной из торцевых (боковых) стенок взрывной камеры 1 имеется отверстие под штуцер 17, в котором закреплена трубка от воздуходувки 15, перекрываемой краном 16. В другой, оппозитно расположенной, торцевой (боковой) стенке взрывной камеры 1 имеется отверстие под штуцер 23 для трубки 22, перекрываемой краном 24, которое служит для поддержания в камере 1 атмосферного давления во время испарения жидкости.The mixture is ignited by an electric spark 20 from the induction coil 14, the ignition is turned on by the button 13. In one of the end (side) walls of the explosive chamber 1 there is an opening for the fitting 17, in which the tube from the blower 15 is blocked by a valve 16. In another, opposite, the end (side) wall of the explosive chamber 1 has an opening for a fitting 23 for the tube 22, which is blocked by a valve 24, which serves to maintain atmospheric pressure in the chamber 1 during liquid evaporation.

Противовзрывная панель (фиг.3) состоит из бронированного металлического каркаса 25 с бронированной металлической обшивкой 26 и наполнителем - свинцом 27. В покрытии объекта 31 у проема 32 симметрично относительно оси 33 заделаны четыре опорных стержня 28, телескопически вставленные в неподвижные патрубки-опоры 30, заделанные в панели. Для фиксации предельного положения панели к торцам опорных стержней 28 приварены листы-упоры 29. Для того, чтобы сдемпфировать (смягчить) ударные нагрузки при возврате панели наполнитель выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни 28 выполнены упругими.The explosion-proof panel (Fig. 3) consists of an armored metal frame 25 with armored metal sheathing 26 and a filler - lead 27. In the coating of the object 31 at the aperture 32, four support rods 28 are sealed symmetrically with respect to the axis 33, telescopically inserted into the fixed support tubes 30, embedded in the panel. To fix the limit position of the panel, the stop sheets 29 are welded to the ends of the support rods 28. In order to damp (soften) shock loads when the panel is returned, the filler is made in the form of a dispersed air-lead system, the lead being made in the form of crumbs and the supporting ones the rods 28 are made elastic.

Наполнитель может быть выполнен по форме в виде шарообразной крошки одного диаметра; в виде шарообразной крошки разного диаметра. Наполнитель может быть выполнен в виде крошки произвольной формы разного диаметрального (максимального по внешнему, произвольной формы, контуру крошки) размера.The filler can be made in the form of spherical crumbs of one diameter; in the form of spherical crumbs of different diameters. The filler can be made in the form of crumbs of arbitrary shape of different diametric (maximum external, arbitrary shape, contour of the crumb) size.

Стенд для испытаний разрушающихся элементов конструкций зданий и сооружений работает следующим образом.The test bench for the collapsing structural elements of buildings and structures works as follows.

Если взрыв происходит в полузамкнутом объеме, т.е. в сосуде имеется отверстие, открытое с момента воспламенения смеси, то изменение давления происходит по кривой 2 (фиг.2). При этом максимальное значение давления Р_П будет зависеть от отношения площади отверстия к объему сосуда и может быть значительно меньше, чем полное давление взрыва Р_В, которое было бы при взрыве в замкнутом сосуде.If the explosion occurs in a semi-closed volume, i.e. in the vessel there is a hole open from the moment of ignition of the mixture, then the change in pressure occurs along curve 2 (figure 2). In this case, the maximum value of pressure P _P will depend on the ratio of the area of the hole to the volume of the vessel and can be significantly less than the total explosion pressure P _B , which would have been an explosion in a closed vessel.

Влияние веса легкосбрасываемых конструкций на величину давления при взрыве объясняется их инерционностью. Чтобы не мешать свободному истечению газов легкосбрасываемая конструкция после разрушения должна быть отброшена на некоторое расстояние от проема. Для этого требуется некоторое время, в течение которого давление успеет возрасти на некоторую величину. На фиг.2 графически показано изменение давления Р от времени t внутри здания в процессе взрыва и сбрасывания ограждающих конструкций (Р₀ - атмосферное давление, t₀ - начало взрыва, или момент воспламенения). Если взрыв происходит в замкнутом объеме, например в герметичном стальном сосуде, то давление на стенки сосуда изменяется по кривой 34. Точка Р_В соответствует максимальному давлению при взрыве газо- и паровоздушных смесей в замкнутом сосуде. Обычно эта величина составляет 5÷7 кГ/см² (500÷700 кН/м²).The influence of the weight of easily ejected structures on the pressure value during an explosion is explained by their inertia. In order not to interfere with the free flow of gases, the easy-to-erase structure after destruction must be discarded a certain distance from the opening. This requires some time, during which the pressure has time to increase by a certain amount. Figure 2 graphically shows the change in pressure P from time t inside the building during the explosion and dropping of building envelopes (P ₀ is atmospheric pressure, t ₀ is the beginning of the explosion, or the time of ignition). If the explosion occurs in a closed volume, for example in a sealed steel vessel, then the pressure on the walls of the vessel changes along curve 34. Point P _B corresponds to the maximum pressure in the explosion of gas and vapor-air mixtures in a closed vessel. Usually this value is 5 ÷ 7 kg / cm ² (500 ÷ 700 kN / m ² ).

При взрыве в сосуде с отверстием, закрытым легко-сбрасываемым устройством, изменение давления происходит сначала по кривой 34, т.е. как в замкнутом сосуде, до точки Р_Р (t_Р), соответствующей моменту разрушения легкосбрасываемого элемента.In an explosion in a vessel with an opening closed by an easily-discharged device, the pressure changes first along curve 34, i.e. as in a closed vessel, to the point P _P (t _P ) corresponding to the moment of destruction of an easily ejected element.

На фиг.2 представлен график изменения давления во времени на стенки сосуда при взрыве газопаровоздушных смесей: 34 - при взрыве в замкнутом сосуде; 35 - при взрыве в сосуде с отверстием, открытым с момента воспламенения; 36 - при взрыве в сосуде с отверстием, закрытым безынерционным легкосбрасываемым устройством; 37 - при взрыве в сосуде с отверстием, закрытым легкосбрасываемым устройством, имеющим инерционность.Figure 2 presents a graph of the pressure over time on the walls of the vessel during the explosion of gas-vapor mixtures: 34 - in the explosion in a closed vessel; 35 - in an explosion in a vessel with an opening open from the moment of ignition; 36 - in case of explosion in a vessel with an aperture closed by an inertia-less easily resettable device; 37 - in case of explosion in a vessel with an opening closed by an easily ejected device having inertia.

Затем, если бы вскрывалось мгновенно, то изменение давления от точки Р_Р (t_Р) происходило бы по кривой 36. Максимальное давление при этом составляло бы Р_Р (при достаточной площади отверстия). Но так как перемещение легко-сбрасываемой конструкции от отверстия из-за ее инерционности происходит за определенное время, то давление будет изменяться по кривой 37 с максимальным значением давления Р_Л.Then, if it were opened instantly, then the change in pressure from the point P _P (t _P ) would occur along curve 36. The maximum pressure would be P _P (with a sufficient hole area). But since the movement of the easily-discharged structure from the hole due to its inertia occurs in a certain time, the pressure will change along curve 37 with a maximum pressure value P _L.

При проектировании легкосбрасываемых устройств основная задача состоит в установлении таких значений площади отверстия (проемов) и характеристик легкосбрасываемых конструкций - веса и прочности, чтобы выполнялось условиеWhen designing easily resettable devices, the main task is to establish such values of the area of the hole (openings) and characteristics of easily resettable structures - weight and strength, so that the condition

где ∆Р_П=Р_П-Р₀; ∆Р_Л=Р_Л-Р₀; ∆Р_Д - допускаемое давление из условия прочности или несущей способности основных конструкций зданий, МПа; Р₀ - атмосферное давление, МПа; Р_Л - максимальное давление на стенки при взрыве газо- и паровоздушной смеси в сосуде с отверстием, огражденным легкосбрасываемым элементом, МПа; Р_П - максимальное давление на стенки при взрыве смеси в полузамкнутом объеме, т.е. отверстие открыто с момента воспламенения, МПа.where ΔP _P = P _P -P ₀ ; ΔP _L = P _L -P ₀ ; ∆Р _D - permissible pressure from the condition of strength or bearing capacity of the main structures of buildings, MPa; P ₀ - atmospheric pressure, MPa; P _L - the maximum pressure on the walls during the explosion of the gas and vapor-air mixture in the vessel with an opening enclosed by an easy-to-discharge element, MPa; P _P - the maximum pressure on the walls during the explosion of the mixture in a semi-closed volume, i.e. the hole is open from the moment of ignition, MPa.

Величина ∆Р_Д должна определяться расчетом конструкций здания на воздействие взрывной нагрузки. При этом ∆Р_Д следует считать заданным. При взрыве в камере небольшого объема давление на стенки сосуда оказывается большим, чем при взрыве в камере большого объема при прочих равных условиях - природы и концентрации горючего газа, площади отверстия на 1 м³ объема, веса легкосбрасываемого ограждающего устройства на 1 м² площади отверстия. Влияние масштабного фактора становится особенно заметным при переходе от лабораторных условий, т.е. объемов порядка нескольких литров, к натурным условиям, например, к условиям производственных помещений, имеющих объемы порядка нескольких тысяч метров кубических.The value of ∆Р _D should be determined by the calculation of the building structures for the effect of explosive loading. In this case, ∆Р _Д should be considered given. With an explosion in a small chamber, the pressure on the walls of the vessel turns out to be greater than with an explosion in a large chamber with all other conditions being equal - the nature and concentration of combustible gas, the area of the hole per 1 m ^{3 of} volume, the weight of an easily discharged enclosing device per 1 m2 ^{of the} area of the hole. The influence of the scale factor becomes especially noticeable during the transition from laboratory conditions, i.e. volumes of the order of several liters, to natural conditions, for example, to the conditions of industrial premises having volumes of the order of several thousand cubic meters.

Величина давления для условий взрыва в производственных помещениях по опытным данным, полученным на лабораторной установке, приближенно может быть определена по формулеThe pressure for the conditions of the explosion in industrial premises according to the experimental data obtained at the laboratory facility, can be approximately determined by the formula

где ∆Р_Н - избыточное давление на стенки объема в натурных условиях, МПа; ∆Р_М - избыточное давление на стенки сосуда на модельной установке, МПа; W_H - объем сосуда (помещения) в натурных условиях, м³; W_M - объем взрывной камеры модельной установки, м³; d_cp.Н, d_cp.M - средний диаметр (размер) отверстия натуры и модели соответственно.where ∆Р _Н is the overpressure on the walls of the volume under natural conditions, MPa; ∆Р _M - overpressure on the walls of the vessel on the model installation, MPa; W _H - the volume of the vessel (room) in natural conditions, m ³ ; W _M is the volume of the explosive chamber of the model installation, m ³ ; d _cp.H , d _cp.M - average diameter (size) of the hole of nature and model, respectively.

Для заданных условий - объема помещения W_H, допускаемого давления Р_Д, природы и концентрации взрывоопасной смеси необходимо определить требуемую площадь отверстия и массу легкосбрасываемого элемента так, чтобы выполнялось условие (2). Для этого сначала из соотношения (2) находят Р_Д.М для модельной установки:For the given conditions - the volume of the room W _H , the permissible pressure R _D , the nature and concentration of the explosive mixture, it is necessary to determine the required area of the hole and the mass of the easy-to-discharge element so that condition (2) is satisfied. To do this, first from relation (2) find R _D.M for the model installation:

Затем, опытным путем на лабораторной установке следует определить требуемую величину K_сб и массу сбрасываемого элемента из условия:Then, empirically in a laboratory setup, you must determine the required value of K _sb and the mass of the discharged element from the condition:

где Sотв - площадь отверстия, м²; W - объем взрывной камеры, м³.where Sotv - hole area, m ² ; W is the volume of the explosive chamber, m ³ .

Защита зданий с помощью легкосбрасываемых или легкоразрушающихся устройств состоит в том, что часть ограждающих конструкций (стен и кровли) делают ослабленными по сравнению с основными конструкциями, разрушение которых привело бы к полному разрушению здания. К легкосбрасываемым или легкоразрушающимся конструкциям относятся окна, если оконные переплеты заполнены обычным оконным стеклом, двери, распашные ворота, фонарные переплеты; конструкции из асбоцементных, алюминиевых и стальных листов с легким утеплителем, специальные плиты покрытия и т.д.Protection of buildings with the help of easily erasable or easily destroyed devices consists in the fact that part of the enclosing structures (walls and roofs) are made weakened in comparison with the main structures, the destruction of which would lead to the complete destruction of the building. Easily erasable or easily collapsing structures include windows if window frames are filled with ordinary window glass, doors, swing gates, lampposts; constructions of asbestos-cement, aluminum and steel sheets with light insulation, special coating plates, etc.

Защитное действие легкосбрасываемых ограждающих конструкций сводится к тому, что они разрушаются в начальной стадии взрыва, когда давление газов (продуктов взрыва) не успело достичь высокого значения и является неопасным для основных (несущих) конструкций. Через проемы, которые образовались в результате разрушения легкосбрасываемых конструкций, избыточные объемы газов (несгоревшей смеси и продуктов взрыва), вытесняются из здания наружу. За счет выброса некоторой части избыточных объемов газа давление и, следовательно, нагрузка на основные конструкции, уменьшается по сравнению с той, которая произошла бы при взрыве такой же смеси в замкнутом объеме.The protective effect of easily ejected building envelopes is that they are destroyed in the initial stage of the explosion, when the pressure of gases (explosion products) has not reached a high value and is harmless to the main (supporting) structures. Through the openings that were formed as a result of the destruction of easily ejected structures, excess volumes of gases (unburned mixture and explosion products) are forced out of the building. Due to the ejection of a certain part of the excess volumes of gas, the pressure and, consequently, the load on the main structures is reduced compared to that which would have occurred if the same mixture had exploded in a closed volume.

Если в здании обеспечить достаточное количество проемов, огражденных легкосбрасываемыми конструкциями и правильно подобрать их вес и прочность, то давление и соответственно нагрузка на основные конструкции может быть уменьшена до требуемых величин, устанавливаемых из условия прочности или несущей способности основных конструкций.If the building has a sufficient number of openings enclosed by easily erasable structures and their weight and strength are correctly selected, then the pressure and, accordingly, the load on the main structures can be reduced to the required values established from the strength or bearing capacity of the main structures.

Противовзрывная панель работает следующим образом.The explosion-proof panel operates as follows.

При взрыве внутри производственного помещения (на чертеже не показано) происходит подъем панели от воздействия ударной волны и через открытый проем 32 сбрасывается избыточное давление. После взрыва и спада избыточного давления, опустившись, панель перекрывает проем 32 и вредные вещества не поступают в атмосферу. Для фиксации предельного положения панели служат листы-упоры 29. Для того, чтобы сдемпфировать (смягчить) ударные нагрузки при возврате панели наполнитель металлического каркаса 25 выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни 29 выполнены упругими.In an explosion inside an industrial building (not shown in the drawing), the panel rises from the action of the shock wave and overpressure is released through the open opening 32. After the explosion and the drop in excess pressure, dropping down, the panel closes the opening 32 and harmful substances do not enter the atmosphere. To fix the limit position of the panel, abutment sheets 29 are used. In order to damp (soften) shock loads when the panel is returned, the filler of the metal frame 25 is made in the form of a dispersed air-lead system, moreover, the lead is made in the form of crumbs, and the support rods 29 made elastic.

Использование предложенного технического решения позволяет осуществить предотвращение взрывоопасных объектов от разрушения и снижение поступления вредных веществ в атмосферу при аварийном взрыве.Using the proposed technical solution allows the prevention of explosive objects from destruction and the reduction of harmful substances into the atmosphere during an accidental explosion.

Нормами установлено, что площадь легкосбрасываемых конструкций должна составлять не менее 0,05 м² на 1 м³ объема взрывоопасного помещения для производств категорий А и Е и не менее 0,03 м² на 1 м³ - для производств категории Б. Вес легкосбрасываемых конструкций должен составлять не более 120 кГ/м².The norms established that the area of easily ejected structures should be at least 0.05 m ² per 1 m ^{3 of the} volume of the explosive room for the production of categories A and E and not less than 0.03 m ² per 1 m ³ for the production of category B. The weight of the easily ejected structures should be no more than 120 kg / m ² .

Применяемые для эксперимента приборы и оборудование.Applied for the experiment instruments and equipment.

Установка состоит из взрывной камеры 1, представляющей собой металлический сосуд объемом, равным 500÷1000 см³ (толщина стенок 7÷8 мм). В верхнем основании сосуда имеется отверстие, перекрываемое легкосбрасываемым элементом 2. Площадь отверстия может меняться путем ввинчивания сменных колец 21. Второе отверстие перекрывается клапаном 19, который прижимается к отверстию с помощью электромагнита 12 и открывается пружиной 11 при размыкании контактов 4. Усилие прижатия клапана и сжатия пружины устанавливается таким образом, чтобы суммарное усилие было равно допускаемому давлению, умноженному на площадь отверстия клапана, т.е.The installation consists of an explosive chamber 1, which is a metal vessel with a volume equal to 500 ÷ 1000 cm ³ (wall thickness 7 ÷ 8 mm). In the upper base of the vessel there is an opening overlapped by the easy-to-remove element 2. The area of the opening can be changed by screwing in the replaceable rings 21. The second opening is closed by the valve 19, which is pressed against the hole by the electromagnet 12 and opens by the spring 11 when the contacts 4 open. The pressure of the valve and compression the spring is set so that the total force is equal to the permissible pressure multiplied by the area of the valve opening, i.e.

где Fэ.м - усилие электромагнита, прижимающее клапан к отверстию, Н/м²; Fпр - усилие сжатия пружины, открывающее клапан, Н: Fпр=(10÷15) gm, где g=9,81 м/с²; m - масса сердечника электромагнита с клапаном, кг; Sкл - площадь отверстия клапана, м².where Fe.m - the force of the electromagnet, pressing the valve to the hole, N / m ² ; Fpr - spring compression force opening the valve, N: Fpr = (10 ÷ 15) gm, where g = 9.81 m / s ² ; m is the mass of the core of the electromagnet with the valve, kg; Scl - the area of the valve opening, m ² .

Тяговое усилие электромагнита может меняться путем изменения тока через реостат 8. Для измерения усилия электромагнита и сжатия пружины предусмотрено параллельное устройство электромагнитного клапана 6, величина тока электромагнита в котором регулируется от того же реостата 8 путем переключения контактов 5. Для настройки требуемой разности усилий электромагнита и пружины имеется динамометр 7.The traction force of the electromagnet can be changed by changing the current through the rheostat 8. To measure the electromagnet's force and compress the spring, a parallel solenoid valve 6 is provided, the magnitude of the electromagnet current in which is regulated from the same rheostat 8 by switching contacts 5. To adjust the required difference in the efforts of the electromagnet and the spring there is a dynamometer 7.

Для образования паровоздушной взрывоопасной смеси в камере имеется пробка-испаритель, в которую с помощью бюретки вносится требуемое количество легковоспламеняющейся жидкости и пробка ввинчивается так, что пары жидкости через окна в стенках пробки-испарителя попадают в камеру и, смешиваясь с воздухом, образуют взрывоопасную смесь. Объем жидкости (м³), необходимой для образования паровоздушной смеси заданной концентрации в камере, можно определить по формулеFor the formation of a vapor-air explosive mixture, the chamber has an evaporator plug, into which the required amount of flammable liquid is introduced using a burette and the screw is screwed so that the liquid vapor through the windows in the walls of the vaporizer tube enters the chamber and, when mixed with air, form an explosive mixture. The volume of liquid (m ³ ) necessary for the formation of a vapor-air mixture of a given concentration in the chamber can be determined by the formula

где W_K - объем взрывной камеры, м³; μ_ж - молекулярный вес жидкости; С - объемная концентрация пара, %; Р₀ - атмосферное давление, МПа; R - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·град); ρ_ж - плотность жидкости, кг/м³; Т - температура, К.where W _K is the volume of the blasting chamber, m ³ ; μ _W - molecular weight of the liquid; C is the volumetric concentration of steam,%; P ₀ - atmospheric pressure, MPa; R is the universal gas constant, J / (kmol · deg); ρ _W - the density of the liquid, kg / m ³ ; T is the temperature, K.

Поджигается смесь электрической искрой 20 от индукционной катушки 14, включается зажигание кнопкой 13.The mixture is ignited by an electric spark 20 from the induction coil 14, the ignition is switched on by button 13.

В боковой стенке камеры имеется отверстие под штуцер 17. Для трубки от воздуходувки 15, перекрываемой краном 16. Второе отверстие под штуцер 23 для трубки 22, перекрываемой краном 24, служит для поддержания в камере атмосферного давления во время испарения жидкости.In the side wall of the chamber there is a hole for the nozzle 17. For the tube from the blower 15, blocked by the valve 16. The second hole for the nozzle 23 for the pipe 22, blocked by the valve 24, serves to maintain atmospheric pressure in the chamber during the evaporation of the liquid.

Сбрасываемый элемент 2 перекрывает отверстие в кольце 21, над которым закрепляется защитный экран 3.The discharged element 2 overlaps the hole in the ring 21, over which the protective shield 3 is fixed.

Порядок проведения эксперимента.The order of the experiment.

1. Определение требуемой удельной площади отверстия Ксбр.1. Determination of the required specific hole area Xsbr.

Для заданных условий взрыва и заданного ∆Р_Д по формуле (3) определить ∆Р_Д·М для модельной установки. Установить сжатие пружины, равное примерно (10÷15) gm. Подобрать ток электромагнита так, чтобы выполнялось равенство (5). Переключить контакты 5 в рабочее положение. Провести первое испытание при максимальном сбросном отверстии, которое при этом закрыть самым легким элементом, например полиэтиленовой пленкой. Если при взрыве смеси клапан 19 не сработал, значит давление не превышало ∆Р_Д·М.For the given explosion conditions and the given ∆Р _Д using the formula (3), determine ∆Р _{Д · М} for the model installation. Set the spring compression to approximately (10 ÷ 15) gm. Choose the current of the electromagnet so that equality (5) holds. Switch contacts 5 to working position. Carry out the first test at the maximum discharge opening, which must be closed with the lightest element, such as plastic wrap. If the valve 19 did not work during the explosion of the mixture, then the pressure did not exceed ∆P _{D · M.}

При следующем испытании отверстие уменьшается (ввинчивается кольцо с меньшим отверстием) и т.д. Если клапан 19 сработает (откроется), то значение площади отверстия, которое было перед тем, как клапан сработал, будет наименьшим, - достаточным для выполнения условия (1).In the next test, the hole is reduced (a ring with a smaller hole is screwed in), etc. If the valve 19 is activated (opens), then the value of the area of the hole, which was before the valve worked, will be the smallest - sufficient to satisfy condition (1).

Для найденной площади отверстия определить отношение K_сб=Sотв/W,For the found area of the hole, determine the ratio K _sb = Sotv / W,

Настройку установки при проведении опытных взрывов следует выполнять в такой последовательности: при открытых отверстиях - сбросного и перекрываемого клапаном 19 и открытых кранах 16 и 24 камеру продувают. В сбросное отверстие ставят (ввинчивают) кольцо с требуемой площадью отверстия. Переключателем 5 включают вспомогательное устройство, на котором устанавливается сжатие пружины и ток электромагнита так, чтобы выполнялось условие (1).The setup of the installation during pilot explosions should be performed in the following sequence: with open holes - the discharge and blocked by valve 19 and open cranes 16 and 24, the chamber is blown. In the discharge hole put (screw) a ring with the desired area of the hole. The switch 5 includes an auxiliary device on which the compression of the spring and the current of the electromagnet are set so that condition (1) is satisfied.

Фиксируют положение подвижного контакта 9 реостата 8, и переключатель 5 ставят в рабочее положение. Тумблером 10 включается ток электромагнита, при этом закрывается клапан и кран 16. В испаритель вносят требуемое количество легковоспламеняющейся жидкости, которое для заданных концентрации и объема взрывной камеры можно определить по формуле (6). После 3÷5 минутной выдержки закрывается кран 24 и подается зажигание включением тумблера 13. Эффективность данной величины площади отверстия фиксируется по срабатыванию или несрабатыванию клапана 19.The position of the movable contact 9 of the rheostat 8 is fixed, and the switch 5 is placed in the working position. The toggle switch 10 turns on the current of the electromagnet, while closing the valve and valve 16. The required amount of flammable liquid is introduced into the evaporator, which for a given concentration and volume of the blast chamber can be determined by the formula (6). After 3 ÷ 5 minutes exposure, the valve 24 is closed and the ignition is turned on by turning on the toggle switch 13. The effectiveness of this size of the hole area is fixed by the actuation or failure of the valve 19.

2. Определение допустимого веса (массы) сбрасываемого элемента на единицу площади отверстия.2. Determining the allowable weight (mass) of the discharged element per unit area of the hole.

Площадь отверстия устанавливается равная или больше того значения, которое установлено в п.I. Первое испытание проводится при наиболее легком сбрасываемом элементе. Если клапан 19 не сработал, то следующее испытание проводят при более тяжелом сбрасываемом элементе. Так проводят несколько взрывов, при каждом из которых вес сбрасываемого элемента увеличивают на некоторую величину, пока не сработает клапан 19. Предыдущее перед срабатыванием клапана значение веса сбрасываемого элемента является наибольшим, которое можно допустить, чтобы выполнялось условие (1). Найденное значение веса сбрасываемого элемента надо разделить на площадь отверстия, чтобы получить искомую величину - допустимый вес легкосбрасываемых ограждающих конструкций на единицу площади отверстия (проема). Последовательность настройки установки при проведении опытных взрывов такая же, как и в п.I.The hole area is set equal to or greater than the value that is set in p. I. The first test is carried out with the lightest discharge element. If the valve 19 does not work, then the next test is carried out with a heavier discharge element. Thus, several explosions are carried out, at each of which the weight of the discharged element is increased by a certain amount until the valve 19 is activated. The previous value of the weight of the discharged element before the valve is activated is the largest that can be allowed to fulfill condition (1). The found value of the weight of the discharged element must be divided by the area of the hole in order to obtain the desired value - the permissible weight of the easily ejected enclosing structures per unit area of the hole (opening). The setup sequence for conducting experimental explosions is the same as in item I.

Claims (2)

1. Стенд для испытаний разрушающихся элементов конструкций зданий и сооружений, содержащий взрывную камеру, в верхнем основании которой имеется отверстие, перекрываемое легкосбрасываемым разрушающимся элементом, отличающийся тем, что состоит из взрывной камеры, представляющей собой металлический сосуд объемом, равным 500-1000 см³, с толщиной стенок 7-8 мм, причем в верхнем основании сосуда имеется отверстие, перекрываемое легкосбрасываемым элементом, а площадь отверстия может меняться путем ввинчивания сменных колец, при этом сбрасываемый элемент перекрывает отверстие в кольце, над которым закрепляется защитный экран, а второе отверстие перекрывается клапаном, который прижимается к отверстию с помощью электромагнита и открывается пружиной при размыкании контактов, причем усилие прижатия клапана и сжатия пружины устанавливается таким образом, чтобы суммарное усилие было равно допускаемому давлению, умноженному на площадь отверстия клапана, т.е. ΔF=Fэ.м-Fпр=ΔРд.м·Sкл, где Fэ.м - усилие электромагнита, прижимающее клапан к отверстию, Н/м²; Fпр - усилие сжатия пружины, открывающее клапан, Н; Fпр=(10-15) gm, где g=9,81 м/с²; m - масса сердечника электромагнита с клапаном, кг; ΔРд.м - допускаемое давление во взрывной камере; Sкл - площадь отверстия клапана, м², причем тяговое усилие электромагнита может меняться путем изменения тока через реостат посредством подвижного контакта реостата, а для измерения усилия электромагнита и сжатия пружины предусмотрено параллельное устройство электромагнитного клапана, величина тока электромагнита в котором регулируется от того же реостата путем переключения контактов, при этом для настройки требуемой разности усилий электромагнита и пружины имеется динамометр, а для образования паровоздушной взрывоопасной смеси в камере имеется пробка-испаритель, в которую с помощью бюретки вносится требуемое количество легковоспламеняющейся жидкости, и пробка ввинчивается так, что пары жидкости через окна в стенках пробки-испарителя попадают во взрывную камеру и, смешиваясь с воздухом, образуют взрывоопасную смесь, которая поджигается электрической искрой от индукционной катушки, при этом в одной из торцевых стенок взрывной камеры имеется отверстие под штуцер, в котором закреплена трубка от воздуходувки, перекрываемой краном, а в другой оппозитно расположенной торцевой стенке взрывной камеры имеется отверстие под штуцер для трубки, перекрываемой краном, которое служит для поддержания в камере атмосферного давления во время испарения жидкости, при этом площадь отверстия может меняться путем ввинчивания сменных колец, а сбрасываемый элемент перекрывает отверстие в кольце, над которым закрепляется защитный экран.1. The test bench for collapsing structural elements of buildings and structures, containing an explosive chamber, in the upper base of which there is an opening overlapped by an easily disintegrating collapsing element, characterized in that it consists of an explosive chamber, which is a metal vessel with a volume of 500-1000 cm ³ , with a wall thickness of 7-8 mm, and in the upper base of the vessel there is a hole overlapped by an easy-to-reset element, and the area of the hole can be changed by screwing in interchangeable rings, while being reset the element closes the hole in the ring, over which the protective shield is fixed, and the second hole is blocked by a valve that is pressed to the hole with an electromagnet and opened by the spring when the contacts open, and the force of pressing the valve and compressing the spring is set so that the total force is equal to the allowable pressure times the valve opening area, i.e. ΔF = Fe.m-Fpr = ΔRd.m · Scl, where Fe.m is the force of the electromagnet pressing the valve to the hole, N / m ² ; Fpr - spring compression force, opening valve, N; Fpr = (10-15) gm, where g = 9.81 m / s ² ; m is the mass of the core of the electromagnet with the valve, kg; ΔRd.m - allowable pressure in the explosive chamber; Scl is the valve opening area, m ² , and the traction force of the electromagnet can be changed by changing the current through the rheostat by means of the movable contact of the rheostat, and for measuring the force of the electromagnet and compression of the spring, a parallel device of the electromagnetic valve is provided, the magnitude of the electromagnet current in which is regulated from the same rheostat by switching contacts, while to set the required difference in the efforts of the electromagnet and the spring there is a dynamometer, and for the formation of a vapor-air explosive mixture in There is a vaporizer plug in which the required amount of flammable liquid is introduced using a burette, and the screw is screwed so that the liquid vapor through the windows in the walls of the vaporizer tube enters the explosive chamber and, mixed with air, form an explosive mixture that is ignited by an electric spark from the induction coil, while in one of the end walls of the explosive chamber there is a hole for the fitting, in which the tube is fixed from the blower, which is blocked by a tap, and in the opposite it is located the end wall of the blast chamber has a hole for the fitting for the tube, which is blocked by a valve, which serves to maintain atmospheric pressure in the chamber during liquid evaporation, while the area of the hole can be changed by screwing interchangeable rings, and the discharge element overlaps the hole in the ring, over which the protective screen. 2. Стенд для испытаний разрушающихся элементов конструкций зданий и сооружений по п.1, отличающийся тем, что легкосбрасываемый элемент содержит металлический бронированный каркас с металлической бронированной обшивкой и наполнителем, причем в торцах каркаса расположены четыре неподвижных патрубка-опоры, а в покрытии взрывоопасного объекта жестко заделаны четыре опорных стержня, которые телескопически вставлены в неподвижные патрубки-опоры панели, при этом наполнитель выполнен в виде дисперсной системы воздух-свинец, причем свинец выполнен по форме в виде крошки, а опорные стержни выполнены упругими.

2. A test bench for collapsing structural elements of buildings and constructions according to claim 1, characterized in that the easily deflectable element contains a metal armored frame with metal armored casing and filler, and at the ends of the frame there are four fixed support pipes, and in the coating of an explosive object is rigidly four supporting rods are fixed, which are telescopically inserted into the fixed nozzles-supports of the panel, and the filler is made in the form of a dispersed air-lead system, and the lead olnen shaped in the form of crumbs, and the supporting rods are made elastic.