устройство для демпфирования ударной волны при взрыве

Формула изобретения

Устройство для демпфирования ударной волны при взрыве, включающее защитный экран, имеющий прочную наружную и тонкостенную внутреннюю оболочку, между которыми размещен демпфирующий материал, отличающееся тем, что в качестве демпфирующего материала между оболочками размещен вспученный графит.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике защиты объектов от воздействия ударных волн в воздушной или водной среде, в частности к устройствам для локализации взрывов.

Известно устройство для демпфирования ударной волны при взрыве, которое состоит из двух соосно расположенных цилиндрических оболочек. Оболочки выполнены из гофрированного металла с образованием между ними кольцевой полости. Кольцевая полость заполнена сухим кварцевым песком в рыхлом сложении. Сверху оболочек расположена легко разрушаемая крыша, а снизу - основание в виде жесткой гладкой плиты. Между гофрированными оболочками и основанием размещены металлические кольцевые пластины. Между пластинами и основанием размещен кварцевый песок с толщиной слоя, равной 1 см, RU 2206062.

Недостатком этого устройства является низкая демпфирующая способность вследствие малой энергоемкости кварцевого песка.

Известно устройство для локализации продуктов взрыва, содержащее прочную наружную (железобетонную) оболочку и внутреннюю металлическую оболочку, зазор между которыми заполнен слоем демпфирующего материала (керамзита), RU 2130563.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Применение в качестве демпфирующего материала керамзита несколько повышает демпфирующую способность устройства, однако оно эффективно лишь при небольшой мощности взрыва. Это объясняется тем, что демпфирование энергии взрыва происходит за счет уплотнения и разрушения материала, в частности керамзита. Плотность отдельных элементов материала меняется незначительно, что обусловливает весьма жесткий характер демпфирования ударной волны. Следовательно, снижение пикового давления ударной волны незначительно, что обусловливает необходимость наличия чрезвычайно материалоемкой и весьма прочной наружной оболочки. Это определяет высокую стоимость устройства и его большую массу. Последнее обстоятельство, практически, исключает возможность транспортировки устройства, затрудняет его изготовление и эксплуатацию.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи значительного повышения демпфирующей способности устройства, уменьшения его материалоемкости и веса.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в устройстве для демпфирования ударной волны при взрыве, включающем защитный экран, имеющий прочную наружную и тонкостенную внутреннюю оболочки, между которыми размещен демпфирующий материал, в качестве демпфирующего материала между оболочками размещен вспученный графит.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “новизна”.

Благодаря реализации отличительных признаков изобретения объект приобретает принципиально новые свойства, отсутствующие в известных аналогах. Если в известных устройствах механическая энергия удара переходит в механическую энергию деформации (пластической или упругой) или в энергию, необходимую для макроразрушения материала, без изменения внутренней (молекулярной и надмолекулярной) структуры энергопоглощающего вещества, то в настоящем изобретении при восприятии вспученным графитом ударной волны происходит следующее. Вспученный (интерколированный) графит представляет собой модификацию графита, характеризующуюся наличием разрушенных кристаллитных и межпакетных связей, обусловленных ван-дер-вальсовыми и ковалентными силами, что приводит к образованию тонкодисперсного порошкового материала с весьма большой удельной поверхностью. При этом частицы вспученного графита представляют собой обломки структурных элементов, содержащие энергетически крайне неуравновешенные центры, что обеспечивает высокую реакционную способность материала.

При ударном воздействии на механическую конструкцию, содержащую вспученный графит, отдельные мономолекулярные плоскости и макромолекулы графита начинают неупруго взаимодействовать. При этом непрерывно меняется надмолекулярная структура материала, происходит разрушение одних структур и образование новых структур. Весь этот процесс требует довольно значительного энергопоглощения. Подобный процесс представляет собой квазифазовый переход. При этом поглощаемое количество энергии сопоставимо с энергией взрывчатых веществ и может составлять 0,2-0,3 МДж/кг.

Заявителю не известны какие-либо технические решения, обеспечивающие демпфирование ударной волны, в которых были бы реализованы признаки настоящего изобретения и содержалась бы информация об их влиянии на достигаемый технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображено устройство в разрезе.

Устройство для демпфирования ударной волны при взрыве включает защитный экран, имеющий прочную толстостенную наружную оболочку 1, выполненную в конкретном примере из железобетона, и тонкостенную внутреннюю оболочку 2, выполненную из металла, в частности из алюминия. Между оболочками 1 и 2 размещен демпфирующий материал 3 - вспученный графит, в частности, производимый ОАО “Оренбурггазпром” в качестве сорбента. Защитный экран устанавливается в месте заложения заряда 4 взрывчатого вещества и крепится на месте установки с помощью мощных анкеров 5.

При взрыве заряда 4 образуется ударная волна, тонкостенная внутренняя оболочка смещается и основная часть энергии взрыва воспринимается демпфирующим материалом. Гашение ударной волны, в основном, осуществляется за счет происходящих во вспученном графите квазифазовых переходов.

В виде примера рассмотрим работу устройства при демпфировании ударной волны с интенсивностью I₀=0,12 Вт/м² , что соответствует взрыву 400 г тротила на расстоянии 1 м.

Для сравнения в качестве демпфирующих материалов были также использованы керамзит и кварцевый песок. Толщина слоя демпфирующего материала во всех случаях составляла 10 см. В результате ослабления ударной волны демпфирующим материалом максимальное значение интенсивности ударной волны, передающейся на наружную оболочку, составило:

керамзит – 0,018 Вт/м²

кварцевый песок – 0,017 Вт/м²

вспученный графит плотностью 172 кг/м³ – 0,0026 Вт/м²

Испытания были проведены в лаборатории механики Санкт-Петербургского государственного университета.

Таким образом, заявленное устройство обеспечивает значительно более эффективное (~ в 8 раз) демпфирование ударной волны при взрыве, что позволяет соответственно уменьшить материалоемкость и массу наружной оболочки устройства. Это уменьшает стоимость и позволяет упростить транспортировку устройства.

Для реализации изобретения использованы известные материалы и оборудование, что обусловливает соответствие изобретения критерию “промышленная применимость”.