контейнер для перевозки опасных и ценных грузов

Формула изобретения

Контейнер для перевозки опасных и ценных грузов, содержащий наружную металлическую оболочку, в которую последовательно установлены металлический слой, тепловая защита и внутренняя емкость для перевозимого груза, внутренняя емкость представляют собой корпус, выполненный из полукорпусов, и тепловую защиту из дерева, причем наружная металлическая оболочка, металлический слой, тепловая защита и внутренняя емкость для перевозимого груза выполнены в форме тел вращения, наружная металлическая оболочка, металлический слой и корпус внутренней емкости собраны в замкнутые оболочки с помощью стыков, выполненных во взаимно перпендикулярных плоскостях, отличающийся тем, что полукорпуса внутренней емкости выполнены двухслойными из наружной металлической обечайки и внутреннего слоя из термостойкого неметаллического материала, внутренняя поверхность металлической обечайки в зоне расположения стыка имеет цилиндрическую форму, переходящую в сферическую, при этом высота внутренней цилиндрической поверхности металлической обечайки составляет 1,5÷3,5 от длины крепежных элементов стыка, а толщина сферической части составляет 0,1÷0,4 от толщины ее торцевой части, термостойкий неметаллический слой повторяет форму наружной обечайки и в цилиндрической части имеет переменную толщину - по отношению к торцевой части металлической обечайки от места стыка толщина составляет от 0,1÷0,4 до 0,6÷1,5, а в сферической постоянную - 0,6÷1,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для транспортирования особо опасных предметов и ценностей авиационным транспортом. Может использоваться в различных областях техники и промышленности: в атомной, машиностроении, в банковском и музейном деле и др.

Известен несгораемый контейнер (патент США №3709169, МПК E05G 1/2, НКИ 109-29, опубл. 09.01.1973), предназначенный для защиты ценных вещей, например ценных бумаг, от воздействия огня или интенсивного теплового воздействия. Внутри контейнера предусмотрена теплоизоляционная защита, состоящая из наружного слоя теплостойкого материала, например керамического волокна, и внутреннего слоя адсорбирующего материала, например стеклянной бумаги, насыщенной водой. Внутренний слой помещен в водонепроницаемый кожух, например из полиэтилена, который разрушается под воздействием повышенных температур. Вентиляционные устройства позволяют пару, который образуется под действием интенсивного тепла во внутреннем слое теплоизоляционной защиты переходить внутрь емкости и вызывать дальнейшее замедление температуры путем поглощения тепла. Вентиляционные устройства обеспечивают медленный выход пара из емкости через канал, образованный между крышкой и собственно емкостью, благодаря чему замедляется распространение тепла внутрь через этот канал. В предпочтительном варианте насыщенный водой удлиненный волокнистый адсорбирующий материал располагается между наружной рамой и внутренней емкостью, в месте, подверженном передаче тепла с высокой скоростью, например вдоль стойки между наружной рамой и внутренней емкостью. Недостатками такой защиты являются:

1. Возможность испарения воды через отверстия в кожухе, образованные при механическом повреждении, что при последующем нагреве не будет приводить к замедлению повышения температуры путем поглощения тепла от процесса парообразования, тем самым ухудшаются теплозащитные свойства и исключается возможность многократного использования защиты.

2. Контейнер не является стойким к комплексному воздействию механического, пулевого и теплового типов.

Известен защищенный от пожара сейф (заявка Великобритании №2168402, МПК E05G 1/00, опубл. 18.06.1986). Сейф содержит контейнер и крышку. Каждый из элементов имеет наружный кожух, внутреннюю облицовку и промежуточный изоляционный слой из стойкого и огнеупорного материала. Внутренняя облицовка имеет наполнитель из изменяющего фазовое состояние материала, например парафина, обладающего свойством поглощать тепло.

Недостатками этого устройства являются:

1. Неспособность противостоять воздействиям в виде прострела и падения с большой высоты со скоростью встречи с твердой поверхностью 70-90 м/с.

2. Пониженные теплозащитные свойства при механическом повреждении элементов конструкции из-за возможного обмятия теплостойкого материала и вытекания материала, меняющего фазовое состояние при нагреве.

3. Изменение фазового состояния материала связано с изменением его объема, что может привести к повреждению или разрушению самого сейфа, поскольку в нем не предусмотрены конструкционные элементы, исключающие или уменьшающие этот эффект.

Известен контейнер для перевозки опасных и ценных грузов (RU 2175457, МПК G21F 5/00, опубл. 27.10.2001), содержащий наружную металлическую оболочку, в которую последовательно установлены металлический слой, тепловая защита из дерева и внутренняя емкость для перевозимого груза. Внутренняя емкость представляют собой корпус, выполненный из полукорпусов, и тепловую защиту из дерева. Наружная металлическая оболочка, металлический слой, тепловая защита и внутренняя емкость для перевозимого груза выполнены сферическими. Наружная металлическая оболочка, металлический слой и корпус внутренней емкости собраны в замкнутые оболочки с помощью стыков, выполненных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Контейнер имеет достаточно высокие защитные свойства к воздействию удара при падении на твердую поверхность, пуль стрелкового оружия, осколочных средств поражения и авиационного пожара.

Однако при соударении этого защитного контейнера со скоростью 70-90 м/с с твердой преградой сильную деформацию испытывают наружная оболочка и металлический слой. Причем деформация носит не локальный, а всеохватывающий характер. Наружная оболочка и металлический слой со стороны удара деформируют тепловую защиту из дерева в замкнутом объеме между корпусом внутренней емкости и металлическим слоем. В свою очередь внутренняя емкость за счет своего движения по инерции воздействует на тепловую защиту из дерева и дополнительно сжимает ее. При этом корпус внутренней емкости испытывает сильную динамическую нагрузку, в результате которой происходит деформация его составных частей (полукорпусов) и, как следствие, появляется возможность раскрытия стыка из-за того, что отдельные крепежные элементы стыка получают высокий уровень пластической деформации и могут разрушиться. В результате этого может нарушиться герметичность внутренней емкости и произойти затекание в нее теплового потока при воздействии пожара, а также попадание влаги из окружающей среды. В конечном счете, при этих воздействиях на контейнер не исключается повреждение транспортируемого груза.

Контейнер для перевозки опасных и ценных грузов по патенту России №2175457 близок по задаче к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности сохранения транспортируемого груза объемом до 10 л и массой до 30 кг от аварийных воздействий высокой интенсивности, возникающих при авиационной аварии, с минимально возможными затратами массы контейнера к полезному объему - не более 90 кг/л.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, выражается в повышении герметичности внутренней емкости для перевозимого груза за счет снижения пластической деформации стыков корпуса и заявляемых оболочек, что, в конечном счете, исключает повреждение транспортируемого груза от комплексных воздействий при аварии (падение, пожар, прострел).

Указанный технический результат достигается за счет того, что в контейнере для перевозки опасных и ценных грузов, содержащем наружную металлическую оболочку, в которую последовательно установлены металлический слой, тепловая защита из дерева и внутренняя емкость для перевозимого груза, состоящая из корпуса, выполненного из полукорпусов, и тепловой защиты из дерева, наружная оболочка, металлический слой, тепловая защита и внутренняя емкость для перевозимого груза выполнены в форме тел вращения, а также наружная оболочка, металлический слой и корпус внутренней емкости собраны в замкнутые оболочки с помощью стыков, выполненных во взаимно перпендикулярных плоскостях, полукорпуса внутренней емкости выполнены двухслойными из наружной металлической обечайки и внутреннего слоя из термостойкого неметаллического материала. Внутренняя поверхность металлической обечайки в зоне расположения стыка имеет цилиндрическую форму. Высота внутренней цилиндрической поверхности металлической обечайки составляет 1,5÷3,5 от длины крепежных элементов стыка. Цилиндрическая поверхность металлической обечайки переходит в сферическую поверхность. Сферическая часть металлической обечайки полукорпусов составляет по толщине 0,1÷0,4 от толщины торцевой части металлической обечайки полукорпуса. Термостойкий неметаллический слой повторяет форму наружной обечайки и имеет переменную толщину в цилиндрической части - по отношению к торцевой части металлической обечайки от места стыка толщина неметаллического слоя составляет от 0,1÷0,4 до 0,6÷1,5. В сферической части толщина термостойкого неметаллического слоя имеет постоянную величину и по отношению к торцевой части металлической обечайки составляет 0,6÷1,5.

Такое техническое решение позволяет при соударении контейнера с твердой преградой со скоростью 70-90 м/с сместить область деформации в сферическую часть металлической обечайки полукорпусов и разгрузить зону стыка при динамическом ударе со стороны наружной оболочки, металлического слоя и тепловой защиты. Это с одной стороны. А с другой, внутренний слой из термостойкого неметаллического материала защищает стык от воздействия наседающих частей внутренней емкости и установленного в ней груза. Слой из термостойкого неметаллического материала в цилиндрической части деформируется и снижает уровень нагружения зоны стыка между полукорпусами внутренней емкости. Из-за того, что высота внутренней цилиндрической поверхности металлической обечайки составляет 1,5÷3,5 от длины крепежных элементов стыка, а термостойкий неметаллический слой повторяет форму наружной обечайки и имеет переменную толщину в цилиндрической части - меньшую в зоне стыка и большую в зоне перехода в сферическую поверхность, - достигается практически полное исключение деформации в крепежных элементах стыков, плавное ее появление и рост в направлении сферической части металлической обечайки полукорпусов. В тоже время термостойкий слой не ограничивает деформирование сферической части металлической обечайки полукорпусов до допустимого предела. Причем толщина сферической части выбрана таким образом, чтобы, с одной стороны, не происходило ее разрушение при деформировании и, как следствие, нарушение герметичности внутренней емкости, а также обеспечивалось полное гашение энергии удара, с другой.

Защита груза от воздействия высокоинтенсивного авиационного пожара обеспечивается за счет совокупности тепловой защиты контейнера из дерева, внутренней емкости и слоя из термостойкого неметаллического материала полукорпусов внутренней емкости. Наружная металлическая оболочка и металлический слой обеспечивают защиту транспортируемого груза от воздействия пуль стрелкового оружия. Они также предохраняют тепловую защиту от пулевых и других механических поражений.

Если высота внутренней цилиндрической поверхности металлической обечайки меньше 1,5÷3,5 от длины крепежных элементов стыка, то не удается сместить область деформации в сферическую часть металлической обечайки полукорпусов и разгрузить зону стыка при динамическом ударе со стороны наружной оболочки, металлического слоя и тепловой защиты. Поэтому крепежные элементы могут разрушиться, а внутренняя емкость - разгерметизироваться. И, наоборот, увеличение этой высоты более предлагаемой величины приводит к тому, что область пластической деформации начинает охватывать не только сферическую поверхность, но и частично цилиндрическую. Крепежные элементы попадают в эту область и начинают пластически деформироваться, при этом возможно раскрытие стыка внутренней емкости и ее разгерметизация. Выбор сферической части металлической обечайки полукорпусов по толщине менее 0,1-0,4 от толщины ее торцевой части приводит к тому, что при ее деформировании не достигается полное гашение энергии удара. При этом может произойти недопустимое обмятие груза. С другой стороны, если толщина сферической части металлической обечайки будет больше 0,1-0,4 от толщины торцевой ее части, то не удается сместить область деформации в сферическую часть металлической обечайки и разгрузить зону стыка между полукорпусами. При этом происходит раскрытие стыка, разгерметизация внутренней емкости и повреждение груза при последующих аварийных воздействиях в виде пожара, попадания влаги внутрь емкости, а также выход вредных, токсичных и радиоактивных веществ в окружающую среду в случае их транспортирования в таком контейнере. Из-за того, что термостойкий неметаллический слой повторяет форму наружной обечайки и в цилиндрической части имеет переменную толщину - по отношению к торцевой части металлической обечайки от места стыка толщина неметаллического слоя составляет от 0,1÷0,4 до 0,6÷1,5, достигается эффект исключения деформации элементов стыка. При этом происходит плавная передача нагрузки от зоны стыка к сферической части металлической обечайки полукорпусов. В результате эти части воспринимают на себя практически все ударное воздействия, при этом они упругопластически деформируются без разрушения. Существенное увеличение толщины неметаллического слоя в цилиндрической части приводит к тому, что зона стыка может получить при ударе значительные перемещения и деформации, которые, в конечном счете, вызывают его раскрытие, что недопустимо. И наоборот, его уменьшение приводит к тому, что стык будет воспринимать импульсное высокоинтенсивное ударное воздействие, которое приводит к хрупкому разрушению элементов крепления и последующему раскрытию стыка. В сферической части толщина термостойкого неметаллического слоя имеет постоянную величину и по отношению к торцевой части металлической обечайки составляет 0,6÷1,5. Если уменьшить его толщину менее 0,6÷1,5 по отношению к торцевой части металлической обечайки, то термостойкий слой при ударном нагружении, реализуемого в виде сжатия, исчерпывает свои упругопластические свойства, превращается в жесткую опору для сферической части металлической обечайки полукорпусов и ограничивает ее деформирование, при этом не достигается полное гашение энергии удара. Стык испытывает значительные нагрузки и деформации, приводящие к его раскрытию. При увеличении толщины термостойкого неметаллического слоя более предлагаемой величины сферическая часть металлической обечайки полукорпусов при упругопластическом деформировании не получает необходимого подпора со стороны термостойкого слоя, что приводит к ее разрушению в зоне пластического деформирования и потере герметичности внутренней емкости контейнера.

Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает защиту транспортируемого груза от аварийных воздействий высокой интенсивности, возникающих в авиационной аварии, за счет исключения раскрытия стыка корпуса внутренней емкости защитного контейнера.

На фиг.1 представлен общий вид контейнера для перевозки опасных и ценных грузов, а на фиг.2 - контейнер после аварийных воздействий, где

1 - наружная металлическая оболочка;

2 - тепловая защита;

3 - внутренняя емкость для перевозимого груза;

4 - полукорпуса корпуса внутренней емкости;

5 - тепловая защита внутренней емкости для перевозимого груза;

6 - металлический слой;

7 - наружная металлическая обечайка полукорпуса внутренней емкости для перевозимого груза;

8 - внутренний слой полукорпуса внутренней емкости из термостойкого неметаллического материала;

9 - крепежные элементы;

10 - цилиндрическая часть наружной металлической обечайки внутренней емкости;

11 - цилиндрическая часть слоя из термостойкого неметаллического материала.

Контейнер для перевозки опасных и ценных грузов содержит наружную металлическую оболочку 1, в которую последовательно установлены металлический слой 6, тепловая защита 2 и внутренняя емкость 3 для перевозимого груза. Внутренняя емкость представляют собой корпус, выполненный из полукорпусов 4, и тепловую защиту 5 из дерева. Наружная металлическая оболочка 1, металлический слой 6, тепловая защита 2 и внутренняя емкость 3 для перевозимого груза выполнены в форме тел вращения. Наружная металлическая оболочка 1, металлический слой 6 и корпус внутренней емкости 3 собраны крепежными элементами 9 в замкнутые оболочки с помощью стыков, выполненных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Полукорпуса 4 внутренней емкости 3 выполнены двухслойными из наружной металлической обечайки 7 и внутреннего слоя 8 из термостойкого неметаллического материала. Внутренняя поверхность металлической обечайки 7 в зоне расположения стыка имеет цилиндрическую форму. Цилиндрическая поверхность части 10 металлической обечайки 7 переходит в сферическую поверхность. Термостойкий неметаллический слой 8 повторяет форму наружной обечайки 7 и имеет переменную толщину в цилиндрической части 11.

Рассмотрим одну из наиболее вероятных и тяжелых последовательностей развития аварии с контейнером, транспортируемым самолетом. Террористы захватывают самолет. В результате перестрелки пули стрелкового оружия попадают в контейнер, но повреждения транспортируемого груза не происходит, поскольку защита от пуль в достаточной мере обеспечивается наружной металлической оболочкой 1 и металлическим слоем 6. Из-за того, что террористы использовали оружие с бронебойно-зажигательными пулями, в грузовом отсеке самолета возник пожар. Защита груза от воздействия пожара в контейнере обеспечивается тепловой защитой 2 и 5. Террористы приводят в действие взрывное устройство. Это приводит к катастрофическому разрушению самолета. При разрушении самолета в воздухе на крейсерском режиме полета контейнер выпадает из самолета и с высоты 9000-10000 м падает на поверхность Земли. При соударении защитного контейнера со скоростью 70-90 м/с с твердой преградой сильную деформацию испытывают наружная оболочка 1 и металлический слой 6. Оболочка 1 и слой 6 со стороны удара деформируют тепловую защиту 2, расположенную между корпусом внутренней емкости 3 и слоем 6. В свою очередь внутренняя емкость 3 за счет своего движения по инерции воздействует на тепловую защиту 2 и дополнительно сжимает ее. При этом в корпусе внутренней емкости 3 происходит деформация его полукорпусов 4. Причем область максимальной деформации смещается в сферическую часть наружной металлической обечайки 7 полукорпусов 4 и происходит разгрузка зоны стыка полукорпусов внутренней емкости 3 при динамическом ударе со стороны наружной оболочки 1, слоя 6 и тепловой защиты 2. Внутренний слой 8 из термостойкого неметаллического материала защищает стык полукорпусов 4 внутренней емкости 3 от воздействия наседающих частей внутренней емкости 3 и установленного в ней груза. Слой 8 из термостойкого неметаллического материала в цилиндрической части 11 деформируется и снижает уровень нагружения зоны стыка между полукорпусами 4 корпуса внутренней емкости 3. При этом достигается практически полное исключение деформации в крепежных элементах 9 стыка. Термостойкий слой 8 не ограничивает деформирование сферической части металлической обечайки 7 полукорпусов 4 до допустимого предела. При этом не происходит их разрушение. В результате этого не нарушается герметичность внутренней емкости 3, исключается затекание внутрь ее теплового потока при возможном после падения воздействии пожара и попадание влаги из окружающей среды. Контейнер обеспечивает надежную защиту транспортируемого груза от аварийных и поражающих воздействий.

В качестве примера конкретного промышленного выполнения контейнера предложено следующее исполнение:

Наружная металлическая оболочка 1 и металлический слой 6 выполнены из стали 12Х18Н10Т. Тепловая защита 2 и тепловая защита 5 внутренней емкости 3 для перевозимого груза выполнена из сосны, пропитанной антипиреном. Наружная металлическая оболочка 1, металлический слой 6, тепловая защита 2 и внутренняя емкость 3 для перевозимого груза выполнены в форме сферы. Наружная металлическая оболочка 1, металлический слой 6 и корпус внутренней емкости 3 собраны крепежными элементами 9 в замкнутые оболочки с помощью стыков, выполненных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Полукорпуса 4 внутренней емкости 3 выполнены двухслойными из наружной металлической обечайки 7 из стали 12Х18Н10Т и внутреннего слоя 8 из термостойкого неметаллического материала на основе стекломатериала. Внутренняя поверхность части 10 металлической обечайки 7 в зоне расположения стыка имеет цилиндрическую форму. Высота внутренней цилиндрической части металлической обечайки 7 в два раза больше длины крепежных элементов 9 стыка и равна 76 мм. Цилиндрическая поверхность металлической обечайки 7 переходит в сферическую поверхность. Сферическая часть металлической обечайки 7 полукорпусов 4 имеет толщину 3 мм и составляет по толщине 0,15 от толщины торцевой части металлической обечайки 7 полукорпуса 4. Термостойкий неметаллический слой 8 повторяет форму наружной обечайки 7 и имеет переменную толщину в цилиндрической части 11. В зоне стыка его толщина составляет 4 мм, а в сферической части - 22 мм. По отношению к торцевой части металлической обечайки 7 от места стыка толщина неметаллического слоя 8 составляет 0,3, а в сферической части - 1,1.

Заявляемая конструкция позволяет решить поставленную задачу по разработке защитного контейнера, надежно сохраняющего его от аварийных воздействий высокой интенсивности, возникающих при авиационной аварии за счет исключения раскрытия стыка корпуса внутренней емкости, с минимально возможными массо-габаритными затратами - не более 90 кг/л при массе перевозимого груза до 30 кг и объемом до 10 л.

Проведенные расчеты и испытания подтвердили заявляемый технический результат.