105 Па. Объем котла равен 320 м3.

Решение. Рассчитаем энергию взрыва котла, находящегося под давлением, по формуле (13.21), приняв показатель адиабаты для паров воды у = 1,35

8

у-\

1_ 10.

7

22-10 -320 1,35-1

1-

1,35-1

= 16,2-10⁵Дж

Определим по формуле (13.22) массу эквивалентного заряда, подставляя в формулу теплоту сгорания ТНТ в Дж Q' = 0,6Е/Q_tht = 0,616,21СР/4,51& =

Определим избыточное давление во фронте ударной волны на расстоянии 100м от эпицентра взрыва по формуле (13.3)

297

АР_ф =95-3/0,6-g' / R + 390-lJQ^IR² +1300-£/ / R³

-л/216²/100²+1300-216/100³=7,4/<-Я<я

_max

Рассчитаем максимальную дальность полета осколков по формуле (13.23) L_max = 238 • з/g⁷ = 238 • УШ = 1428 м

Вывод. Избыточное давление взрыва емкости под давлением 7,4 кПа при­ведет к слабым разрушениям деревянных домов, дальность полета осколков со­ставит 1428 м.

13.5. Оценка устойчивости оборудования к скоростному напору ударной волны

Для сооружений и оборудования, быстро обтекаемых ударной волной взрыва (трансформаторы, станки, антенны, дымовые трубы, опоры и т.п.) наи­большую опасность представляет скоростной напор воздуха, движущийся за фронтом ударной волны [14].

Давление скоростного напора зависит от избыточного давления взрыва.

Давление скоростного напора воздуха, движущегося за фронтом ударной иолны, определяется по формуле

АР_ск=2,5АР\/(АРф

(13.24)

где АР_СК - давление скоростного напора, кПа, Рф2 - избыточное давление, кПа.

Давление скоростного напора в зависимости от избыточного давления представлено на рис. 13.1.

Рис. 13.1. Зависимость скоростного напора от избыточного давления

Оборудование сдвинется с места, если смещающая сила Р_см будет превос­ходить силу трения F_mp и горизонтальную составляющую силы крепления Q_г

см — ^F mp

Q_г

(13.25)

298

где Q_г - суммарное усилие болтов крепления, работающих на срез, Н;

F_mp - сила трения, Н;

F_mp=fG=fmg (13.26)

где f - коэффициент трения (табл. 13.6);

G - вес оборудования, Н ;

m - масса оборудования, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с². Для незакреплённого оборудования Р_см > F_mp, т.к. Q_r = 0. Смещающую силу можно рассчитать по формуле

р = г • ЛР

ск

CM

■Г CM ^Y iif

(13.27) где C_x - коэффициент аэродинамического сопротивления предмета (табл.

13.7);

S - площадь миделя, м ;

S=bh,

где b - ширина обтекаемого предмета, м;

h - высота предмета, м. Таблица 13.6 - Значения коэффициента трения между поверхностями

Наименование трущихся материалов	Коэффициент трения
Коэффициенты трения скольжения
Сталь по стали	0,15
Сталь по чугуну	0,3
Металл по линолеуму	0,2...0,4
Металл по дереву	0,6
Металл по бетону	0,2...0,5
Резина по твердому грунту	0,4...0,6
Резина по линолеуму	0,4...0,6
Резина по дереву	0,5...0,8
Резина по чугуну	0,8
Церево по дереву	0,4...0,6
Кожа по чугуну	0,3...0,5
Кожа по дереву	0.4...0.6
Коэффициенты трения качения
Стального колеса по:
- рельсу	0,05
- кафельной плитке	ОД
- линолеуму	0.15...0.2
- дереву	0,12...0,15

Если тело имеет сложную форму, то коэффициент аэродинамического со­противления можно рассчитать по формуле

^Х

Z Чп

(13.28)

299

где Qd - коэффициент аэродинамического сопротивления i-й части тела;

Si - площадь миделя i-й части тела. Таблица 13.7 -Коэффициент аэродинамического сопротивления С_х

ма тела	Фор	хема		духа	Направление движения воз-
		За	,85		Перпендикулярно квадратной
	Па-			грани
раллелепипед			,3		Перпендикулярно прямо-
				угольной	грани
	Куб		,6		Перпендикулярно грани
стина квадратная	Пла-		,45		Перпендикулярно пластине
	Диск	О	,6		Перпендикулярно диску
линдр: = 1	Ци- h/d		,4	дра	Перпендикулярно оси цилин-
h/d = 4			,43
h/d = 9			,46
pa	Сфе-		,25
лусфера	По-		,3		Параллельно плоскости основания
рамида	Пи-		,1		Параллельно основанию
рамида усеченная	Пи-		,2...1,3

Зная силу трения, можно найти скоростной напор, вызывающий смещение оборудования.

Так как Р_см > F_mp и Р_см = C_X^#S'AP_CK, то предельное значение скоростного напора, не вызывающего смешения предмета будет определяться выражением

=f-G/C_x-S=f-m-G/C_x-b-h

(13.29)

Пример 13.5. Определить предельное значение избыточного давления, не вызывающее смещение незакрепленного вертикально-фрезерного станка отно­сительно бетонного основания ЛРфЬимДлина станка 1000 мм, ширина 900 мм, высота 1800 мм, масса 800 кг (рис. 13.2).

Рис. 13.5. Силы, действующие на станок при смещении

Решение. Определим предельное значение скоростного напора, не вызы­вающее смещение станка, по формуле (13.29), выбрав по табл. 136 значение ко­эффициента трения чугунного основания по бетонуf = 0,35 и по табл. 13.7 ко-

300

эффициент аэродинамического сопротивления С_х = 1,3 АР_СК =f-m-G/C_x-b-h = 0,35-800-9,8/1,30,9-1,8 = 1,3 кПа

По величине АР_ск из графика на рисунке 13.1 находим избыточное давле­ние JP₍p_nM=20 кПа.

Вывод. При //Р^пм> 20 кПа ударная волна вызовет смещение станка.

Высокие элементы оборудования под действием скоростного напора удар­ной волны могут опрокидываться. Смещающая сила Р_см, действуя на плече ,будет создавать опрокидывающий момент, а вес оборудования G на плече 1/2 и реакция крепления Q на плече l - стабилизирующий момент (рис. 13.3).

Рис. 13.3. Силы, действующие на предмет при опрокидывании

Условием опрокидывания оборудования является превышение опрокиды­вающего момента над стабилизирующим: - для закрепленного оборудования

P_CMZ>Gll2+Ql;

- для незакрепленного оборудования

(13.30)

P_CMZ>Gll2

(13.31)

Принимается, что точка приложения силы P_см находится прямо в центре гнжссти площади миделя S предмета. Реакция крепления Qm определяется как суммарное усилие болтов, работающих на разрыв.

Смещающая сила определяется из неравенства (13.31)

Рсм>

(13.32)

Скоростной напор А?_с^ вызывавший опрокидывание оборудования, опре­деляется по формуле

z(P_ck = l-[(G/2)+Q}C_x -Z-S, (13.33)

301

Если Q = 0, ТО давление скоростного напора будет равно

(13.34)

По известному zJP_CK (ЛРлоб) из графика определяется АРф, при котором предмет (оборудование) опрокинется (рис. 13.4).

Рис. 13.4. Зависимость лобового давления от избыточного давления

Пример 13.6. Найти предельное значение избыточного давления /4РфЬпт при котором станок не опрокинется, если длина станка 1000 мм, ширина 900 мм, высота 1800мм, масса 800 кг.

Решение. Определяем предельное значение скоростного напора /4РфЬпт , при которс станок еще не опрокинется по формуле (13.33)

zfP_CK= G -1/2 C_xZS=mgH2C_xS=mgH2 •C_c-h²b=800-9,8-l/l,31,8²0,9 =2070Па

По величине АР_СК =2,07 кПапо графику на рис. 13.4 находим АРф_кшп=25 кПа. Вывод. При /1Рф>25 кПа ударная волна опрокинет станок.

Для измерительных приборов и аппаратуры, имеющих чувствительны! элементы, опасными будут большие ускорения, создаваемые ударной волной взрыва.

Для оценки устойчивости прибора к ударной волне определяется лобовое сопротивление, при котором возможно инерционное разрушение предметов отрыв припаянных элементов, разрыв соединительных проводов, разрушение хрупких элементов по формуле

(13.33)

где S - площадь миделя, м2 , S = b-h. Сила инерции определяется из выражения

та=Р_лоб - Fmp,

(13.36)

302

гда

где a - ударное ускорение, м/с ; т - масса предмета, кг

Учитывая небольшое значение силы трения F_mp ею можно пренебречь, то-

= та

(13.37)

Избыточное лобовое сопротивление, не приводящее к инерционным раз­рушениям, определяется из выражения

АР_лоб =AP_Jw6/S=ma_dJS

(13.31)

где aдоп -допустимые ускорения при ударе, м/с2 (табл. 13.8). Избыточное давление/^Рфьшн находится по графику (рис. 13.4).

Таблица 13.8 - Основные нагрузки, воспринимаемые электронной аппаратурой

Воздействия и параметры	Единица измере­ния	Значение пара­метра
1	2
Ударные сотрясения:
- ускорение	м/с2	10...15
- длительность	мс	5...10
Одиночные удары:
- ускорение	м/с2	50... 1000
- длительность	мс	0,5... 10
- линейное ускорение	м/с2	2...5
Вибрация:
- частота	Гц	10...70

Продолжение таблицы 13.8

1	2	3
- ускорение	м/с2	1...4
Ветровая нагрузка при скорости	м/с
- рабочей		до 50
- предельной		до 70

Пример 13.7. Определить предельное значение избыточного давления, при котором прибор не получит инерционное разрушение. Длина прибора 400 мм, ширина 420 мм, высота 720 мм, масса 60 кг. Допустимое ускорение при ударе 100 м/с².

Решение. Определяем избыточное лобовое давление по формуле (13.38)

АР_ло6 =AP_Jw6/S=ma_dJS = 60-100/0,42- 0,72 = 20000Па

По графику на рис. 13.4 находим избыточное инерционное давление, соот­ветствующее 20 кПа

зоз

= 18кПа Вывод. При /1Рф < 18 кПа прибор не получит инерционные разрушения.

Задачи

103. На объекте взорвалась цистерна с аммиаком 200 т. Определить характерразрушения цеха с легким каркасом, пожарную обстановку на объекте, про­должительность существования огненного шара и потери людей. Цех находит­ся на расстоянии 300 м от цистерны. Плотность населения в районе аварии 2тыс. чел/км2 .

104. На заводе взорвалась цистерна с сероводородом 150 т. Здание заводакирпичное. На территории имеются трубопроводы на эстакадах, линия элек­тропередач и водонапорная башня. Определить зоны чрезвычайной ситуациипри взрыве ГВС, если известно, что цистерна располагалась от здания в 150 м.Определить характер разрушений объекта и элементов.

105. На складе взорвалась ёмкость с бутаном 350 т. Определить радиусы зонвзрыва ГВС и избыточное давление в каждой зоне.

106. Произошел взрыв емкости под давлением с ацетиленом. Объем резервуа­ра 200 m³. Давление в резервуаре 10⁶ Па. На расстоянии 100 м от емкости рас­положено кирпичное строение. Определить энергию взрыва, массу эквивалент­ного заряда и дальность разлета осколков.

107. В цехе сахарного завода объемом 1000м³ в сутки при работающей венти­ляции накапливается 350 г сахарной пыли. Определить время накопления взры­воопасной концентрации пыли и последствия ее взрыва при температуре 22°С.

108. Рассчитать, при каком избыточном давлении произойдет смещение стан­ка длиной 800мм, шириной 600мм и высотой 1500мм. Масса станка 700кг.

304