 |
Расчет нагрузок, создаваемых
|
|
|
|
УДАРНОЙ ВОЛНОЙ
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В мирное время причиной взрывов является образование топливо-, паро- и пылевоздушных смесей. Такие взрывы возникают как следствие разрушения емкостей с газом, трубопроводов или технологических линий. При разрушении агрегатов или коммуникаций не исключается истечение газов или сжиженных углеводородных продуктов, что приводит к образованию взрывоопасной смеси. Взрыв такой смеси происходит при определенной концентрации газа в воздухе. Например, если в 1 м3 воздуха содержится 21 л пропана, то возможен взрыв, если 95 л – возгорание. Сильным взрывам пылевоздушной смеси обычно предшествуют локальные хлопки внутри оборудования, при которых пыль переходит во взвешенное состояние с образованием взрывоопасных концентраций. Наиболее опасны в эксплуатации аппараты и трубопроводы высокого давления ацетилена (0,15 – 2,5 МПа), так как при случайных перегревах может возникнуть взрыв.
В военное время возможно применение оружия массового поражения – ядерного оружия. Мощность ядерного боеприпаса q определяется количеством высвобождающейся при его взрыве энергии (тротиловым эквивалентом), то есть количеством взрывчатого вещества (тротила), при взрыве которого выделяется столько же энергии, что и при взрыве рассматриваемого ядерного боеприпаса (ЯБП). Тротиловый эквивалент (ТЭ) измеряется в тоннах, килотоннах или мегатоннах. Чтобы представить мощность ядерного взрыва, достаточно знать, что при взрыве 1 кг тротила образуется 1000 ккал, а 1 кг урана – 18 млрд. ккал.
По мощности ЯБП делят на:
- сверхмалые – менее 1 кт; крупные – от 100 кт до 1 Мт
- малые – от 1 до 15 кт; сверхкрупные – при ТЭ свыше 1 Мт;
|
|
|
- средние – от 15 до 100 кт; нейтронные боеприпасы
мощностью 0.5 2 кт
В зависимости от высоты на которой производится взрыв, ядерные взрывы делят на:
- высотные, если взрыв ЯБП произведен на высоте (Н) более 15 км;
- воздушные, если 
< Н ≤ 3,5 ;
- наземные (надводные), если Н ≤ ;
- подземные (подводные), произведенные на глубине до 1 км.
При взрыве одним из наиболее мощных поражающих факторов является ударная воздушная волна (УВВ). Она образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой в центре взрыва, что приводит к возникновению здесь огромной температуры и давления. Ударная воздушная волна – область резкого сжатия воздуха, распространяющаяся во все стороны с одинаковой сверхзвуковой скоростью. Но по мере движения УВВ скорость ее распространения падает и снижается давление во фронте ударной волны до атмосферного.
Параметры УВВ:
1. Избыточное давление. Определяется разностью между фактическим давлением воздуха в данной точке и атмосферным давлением. Измеряется в кг /см2 или паскалях (1 кг /см2 = 100 кПа).
2. Скоростной напор воздуха (измеряется в кг/см2 или Па). Обладает метательным действием. Зависит от скорости и плотности воздуха за фронтом УВВ.
Нагрузки, создаваемые ударной волной в результате взрыва емкости со сжатым газом, взрыва газовоздушной смеси, воздушного и наземного ядерных взрывов, приводят к разрушениям зданий, сооружений, оборудования, установок и к косвенным или непосредственным поражениям людей.
При косвенном поражении УВВ, разрушая постройки, вовлекая в движение огромное количество твердых частиц, осколков стекла и других предметов различной массы, которые травмируют людей. Наибольшее количество пострадавших – жертвы косвенного воздействия УВВ.
При непосредственном поражении УВВ наносит людям крайне тяжелые, тяжелые, средние и легкие травмы.
1. Крайне тяжелые (обычно не совместимые с жизнью) возникают при воздействии избыточного давления величиной свыше 100 кПа.
|
|
|
2. 2. Тяжелые травмы (сильная контузия организма, поражение внутренних органов, потеря конечностей, сильное кровотечение из носа и ушей) возникают при избыточном давлении 100…60 кПа.
3. Средние травмы (контузии, повреждение органов слуха, кровотечения из носа и ушей, вывихи) имеют место при избыточном давлении 60…40 кПа.
4. 4. Легкие травмы (ушибы, вывихи, временная потеря слуха, общая контузия) наблюдаются при избыточном давлении 40…20 кПа.
Для принятия решений по проведению восстановительных работ на объектах, подвергшихся разрушению, необходимо провести оценку степени разрушения.
2 МЕТОДИКА РАСЧЕТА
2.1 Взрыв емкости со сжатым газом.
Тротиловый эквивалент, кг,
q = А / 3,8, (1)
где А – работа взрыва (работа при адиабатическом расширении), МДж.
,
где p 1 – начальное давление в сосуде, МПа; V – начальный объем газа, м3; р 2 – конечное давление, Мпа; р 2 = 0,1 p 1; m – показатель адиабаты; m = 1,4.
Безопасное расстояние, м, от места взрыва для человека
Rmin = 16 q 1/ 3. (2)
Безопасное расстояние, м, от места взрыва до жилой застройки
Rmin = 5 q 1/ 2. (3)
2.2 Взрыв газовоздушной смеси.
Избыточное давление при взрыве газовоздушной смеси, кПа,
, (4)
где m – масса горючего газа, кг; Hт – теплота сгорания, кДж/кг; Нт = 40 . 103 кДж / кг;
р о - 101 кПа; z – доля участия взвешенного дисперсного продукта при взрыве; z = 0,5; V п – объем помещения, м3; с – теплоемкость воздуха, кДж/ кг; с = 1,01 кДж / кг; r - плотность воздуха, кг / м3; r = 1,29 кг/ м3; Т 0 – температура в помещении, К; Т 0 = 300 К; R н – коэффициент негерметичности помещения; R н = 3.
2.3 Ядерный взрыв и взрыв емкости со сжатым газом.
Избыточное давление в кПа, во фронте ударной волны наземного и воздушного ядерного взрыва, а также при взрыве емкости со сжатым газом определяется по формуле
, (5)
где R - расстояние от центра взрыва, м; qу.в . – тротиловый эквивалент ядерного взрыва по ударной волне;
qу.в = 0,5 q – для наземного ядерного взрыва, а также при взрыве емкости со сжатым газом; qу.в = 0,25 q – при воздушном ядерном взрыве (q – тротиловый эквивалент).
2.4 Степень разрушения объекта воздействия.
Степень разрушения объекта воздействия (здания, сооружения и т.д.) оценивают по критерию физической устойчивости (сильное, среднее, слабое), а объекты воздействия (оборудования, установки и т.д.) – по критерию опрокидывания и смещения.
|
|
|
2.4.1. Если под воздействием ударной волны с избыточным давлением элементы производственного комплекса разрушаются полностью, разрушение оценивается как сильное; если элементы производственного комплекса в этих условиях могут быть восстановлены в короткие сроки, разрушение оценивается как среднее или слабое.
Степень разрушения производственных комплексов в зависимости от избыточного давления может быть оценена следующим образом:
- для промышленного здания с металлическим или железобетонным каркасом: при избыточном давлении 50…60 кПа – сильное, 40…50 кПа – среднее, 20…40 кПа – слабое;
- для кирпичного многоэтажного здания с остеклением: при избыточном давлении 20…30 кПа – сильное, 10…20 кПа – среднее, 8…10 кПа – слабое;
- для кирпичного одно- и двухэтажного здания с остеклением: при избыточном давлении 25…35 кПа – сильное, 15…25 – среднее, 8…15 – слабое;
- для приборных стоек: при избыточном давлении 50…70 кПа – сильное, 30…50 кПа – среднее, 10…30 кПа – слабое;
- для антенных устройств: при избыточном давлении 40 кПа – сильное, 20…40 кПа – среднее, 10…20 – слабое;
- для открытых складов с железобетонным перекрытием: при избыточном давлении 200 кПа – сильное.
2.4.2 Степень опрокидывания и смещения приборной стойки или антенного устройства.
Скоростной напор воздуха при взрыве, кПа,
, (6)
где р изб – избыточное давление во фронте ударной волны, кПа, определяется по формуле (4) или (5); р о – начальное атмосферное давление.
Допустимый скоростной напор воздуха, кПа, при опрокидывании приборной стойки или антенного устройства
, (7)
где а и b – высота и ширина объекта, м; G – масса объекта, Н; Сх – коэффициент аэродинамического сопротивления; S – площадь поперечного сечения приборной стойки, м2.
Если скоростной напор взрыва больше допустимого при опрокидывании, то антенное устройство или приборная стойка опрокинется.
|
|
|
Допустимый скоростной напор воздуха при смещении приборной стойки или антенного устройства.
, (8)
где f – коэффициент трения.
Если скоростной напор воздуха больше допустимого при смещении, то приборная стойка или антенное устройство сместится.
1. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ
3.1. Выбрать вариант (см. таблицу 1).
3.2. Ознакомиться с методикой расчета.
3.3. Определить характер разрушения объекта, возможное смещение или опрокидывание оборудования выполнив расчет в соответствии с выбранным вариантом по предложенной методике.
3.4. Определить характер поражения людей, которые могут оказаться в зоне действия УВВ (см. в общих сведениях).
Таблица 1 ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ.
| Вариант | Источник разрушения | Начальное давление, МПа, или тротиловый эквивалент, Мт | Объем емкости, м3 | Объект воздействия | Расстояние от центра взрыва, м | Высота и ширина объекта | Площадь поперечного сечения объекта, м2 | Масса объекта, кг | Коэффициент трения | Коэффициент аэродина- мического сопротивления |
| Емкость со сжатым газом | 0,5 | Многоэтаж-ное кирпич- ное здание с остекле- нием | - | - | - | - | - | |||
| Наземный ядерный взрыв | - | Приборная стойка Двухэтажное кирпичное здание с ос- теклением | 1,4´0,5 - | 0,28 - | - | 0,5 - | 0,85 - | |||
| Емкость со сжатым газом | 0,05 | Складское кирпичное здание Антенна спутниково- го телевиде- ния | - 1,5´1,5 | - 1,8 | - | - 0,16 | - 1,6 | |||
| Воздушный ядерный взрыв | - | Многоэтаж- ное кирпич- ное здание с остеклением Приборная стойка | - 2´0,5 | - 0,4 | - | - 0,4 | - 0,85 | |||
| Емкость со сжатым газом | Двухэтажное кирпичное здание с ос- теклением Приборная стойка | - 1,5´0,3 | - 0,3 | - | - 0,3 | - 0,85 | ||||
| Воздуш- ный ядер- ный взрыв | 0,01 | - | Многоэтаж- ное кирпич- ное здание с остеклением Приборная стойка | - 0,5´0,3 | - 0,01 | - | - 0,4 | - 0,85 | ||
| Воздушный ядерный взрыв | 0,1 | - | Промышлен- ное здание с металличес- ким и ж.б. каркасом Приборная стойка | - 0,5´0,4 | - 0,1 | - | - 0,3 | - 0,85 | ||
| Емкость со сжатым газом | 0,05 | Кирпичная стена много-этажного дома с ос- теклением Приборная стойка | - 0,9´0,4 | - 0,18 | - | - 0,5 | - 0,9 | |||
| Наземный ядерный взрыв | - | Многоэтаж- ное кирпич- ное здание с остеклением Приборная стойка | - 1,4´0,5 | - 0,4 | - | - 0,4 | - 0,9 | |||
| Емкость со сжатым газом | 0,5 | Многоэтаж- ное кирпич- ное здание с остеклением Приборная стойка | - 0,9´0,6 | - 0,18 | - | - 0,3 | - 0,85 | |||
| Воздушный ядерный взрыв | 0,5 | - | Кирпичная стена много-этажного дома с ос- теклением Приборная стойка | - 0,9´0,4 | - 0,18 | - | - 0,5 | - 0,9 | ||
| Наземный ядерный взрыв | - | Многоэтаж- ное кирпич- ное здание с остеклением Приборная стойка | - 0,9´0,6 | - 0,18 | - | - 0,5 | - 0,85 | |||
| Взрыв га- зовоздуш- ной смеси | 10 кг горю- чего веще- ства | Промышлен- ное здание с металличес- ким и ж.б. каркасом Приборная стойка | - 0,9´0,3 | - 0,18 | - | - 0,5 | - 0,85 | |||
| Воздушный ядерный взрыв | 0,1 | - | Промышлен- ное здание с металличес- ким и ж.б. каркасом Приборная стойка | - 0,9´0,3 | - 0,18 | - | - - | - 0,5 | ||
| Емкость со сжатым газом | 0,8 | Одноэтаж-ное кирпич-ное здание с остеклением Антенное устройство | - 0,5´0,4 | - 0,1 | - | - 0,9 | - 0,4 | |||
| Наземный ядерный взрыв | 0,01 | - | Одноэтаж-ное кирпич-ное здание с остеклением Антенное устройство | - 0,5´0,4 | - 0,1 | - | - 0.9 | - 0,4 | ||
| Емкость со сжатым газом | Многоэтаж- ное кирпич- ное здание с остеклением Приборная стойка | - 0,9´0,4 | - 0,18 | - | - 0,6 | - 0,4 | ||||
| Емкость со сжатым газом | Одноэтаж-ное кирпич-ное здание с остеклением Приборная стойка | - 0,5´0,3 | - 0,1 | - | - 0,85 | - 0,4 | ||||
| Воздушный ядерный взрыв | 0,01 | - | Многоэтаж- ное кирпич- ное здание с остеклением Приборная стойка | - 0,9´0,4 | - 0,18 | - | - 0.6 | - 0,4 | ||
| Емкость со сжатым газом | Одноэтаж-ное кирпич-ное здание с остеклением Приборная стойка | - 1,6´0,4 | - 0,3 | - | - 1,2 | - 0,5 | ||||
| Наземный ядерный взрыв | 0,01 | - | Многоэтаж- ное кирпич- ное здание с остеклением Приборная стойка | - 0,5´0,3 | - 0,1 | - | - 0,4 | - 0,85 | ||
| Наземный ядерный взрыв | 0,1 | - | Промышлен- ное здание с металличес- ким и ж.б. каркасом Приборная стойка | - 0,5´0,3 | - 0,1 | - | - 0,85 | - 0,4 | ||
| Взрыв га- зовоздуш- ной смеси | 50 кг горю- чего веще- ства | Одноэтаж-ное кирпич-ное здание с остеклением Приборная стойка | - 1,4´0,2 | - 0,2 | - | - 0,85 | - 0,4 | |||
| Наземный ядерный взрыв | 0,5 | - | Одноэтаж-ное кирпич-ное здание с остеклением Приборная стойка | - 1,4´0,2 | - 0,2 | - | - 0,85 | - 0,4 | ||
| Взрыв га- зовоздуш- ной смеси | 10 кг горю- чего веще- ства | Промышлен- ное здание с металличес- ким и ж.б. каркасом Приборная стойка | - 0,9´0,3 | - 0,18 | - | - 0,85 | - 0,5 | |||
| Взрыв га- зовоздуш- ной смеси | 50 кг горю- чего веще- ства | Кирпичная стена много-этажного дома с ос- теклением Приборная стойка | - 0.9´0,4 | - 0,18 | - | - 0,9 | - 0,5 | |||
| Взрыв га- зовоздуш- ной смеси | 10 кг горю- чего веще- ства | Промышлен- ное здание с металличес- ким и ж.б. каркасом Приборная стойка | - 0.5´0,4 | - 0,1 | - | - 0,85 | - 0.3 | |||
| Емкость со сжатым газом | 0,4 | Многоэтаж- ное кирпич- ное здание с остеклением Приборная стойка | - 1,6´0,6 | - 0,32 | - | - 0.5 | - 0,4 | |||
| Наземный ядерный взрыв | - | Двухэтажное кирпичное здание с ос- теклением Антенная стойка с уси лителем | - 2´0,03 | - 0,08 | - | - - | - 0,85 | |||
| Емкость со сжатым газом | 0,05 | Складское кирпичное здание Антенна спутникового телевидения | - 1,6´1,6 | - 0.32 | - | - 0,16 | - 1,4 |
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА
1. Безопасность жизнедеятельности /С.В. Белов, В.А. Девисилов, А.Ф. Козьяков и др.; Под общей ред. С.В. Белова. – М.: Высшая школа, НМЦ СПО, 2000 –343 с.
2. Безопасность жизнедеятельности /Под общей редакцией Л. А. Муравья. – М.: ЮНИТИ, 2002. – 431 с.
3. Безопасность жизнедеятельности в техносфере /Под редакцией О. Н. Русака, В. Я. Кондрасенко. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. 431 с.
4. Экологическая безопасность. Защита территорий и населения при чрезвычайных ситуациях /А.С. Гринин, В.Н. Новиков – М.: «ФАИР ПРЕСС», 2000. – 327 с.
5. Атаманюк В.Г., Ширшев Л.Г, Акимов Н.И. Гражданская оборона. – М.: Высшая школа, 1986. – 207 с.
6. Правила устройства электроустановок
7. Постановление Госкомтруда СССР и ВЦСПС от 3 октября 1986 г. №387/22 – 78 «Об утверждении Типового положения об оценке условий труда на рабочих местах и порядке применения отраслевых перечней работ, на которых могут устанавливаться доплаты Рабочим за условия труда».
|
|
|
