CN101120239B - 爆破处理容器的剩余寿命预测装置、剩余寿命预测方法及爆破处理设施 - Google Patents

Abstract

本发明以能够预测爆破处理容器的剩余寿命为目的。为此预测，爆破处理容器(10)上安装有应变计(30)。该应变计(30)在每1次爆破处理中测定爆破室(10)中产生的高频的反复应变。通过由该应变计(30)得到的应变波形数据的分析，计算经各次的爆破处理在爆破处理容器(10)中产生的高频重复负荷导致的累积疲劳损伤度。以该累积疲劳损伤度的累计值为基础，预测爆破处理容器(10)的剩余寿命。

Description

爆破处理容器的剩余寿命预测装置、剩余寿命预测方法及爆破处理设施

技术领域

本发明涉及预测对内部有害物质和爆炸物等进行爆破处理的容器的剩余寿命的装置及方法，此外还涉及具有该剩余寿命预测装置的爆破处理设施。

背景技术

作为化学武器等(例如子弹、炸弹、地雷、水雷)所使用的军事用的弹药的结构，已知是在钢制的弹壳的内部填充火药和对人体有害的化学制剂。作为所述化学剂的例子，可列举对人体有害的芥子气和路易氏剂等。

而且，作为用于处理这样的化学武器和有机卤等有害物质(例如无害化处理)的方法，已知有利用爆破进行处理的方法。利用这种爆破对军事用弹药进行处理的方法，由于无需解体作业，所以不仅能够适用于保存状态良好的弹药，而且也适用于因长年累月劣化、变形等而解体困难的弹药的处理，另外一个优点是，基于爆炸在超高温、超高压作用下，几乎能够分解全部化学制剂。这样的处理方法公开在例如专利文献1中。

此爆破处理从防止化学制剂的外部泄漏的观点、和降低因爆破处理造成的声音及振动等对环境的影响的观点出发，大多在密闭的爆破处理容器内进行。此外，若在所述爆破处理容器的内部抽真空的状态下进行爆破处理，处理后仍使爆破处理容器内保持为负压，则有着能够更确实地防止所述化学制剂的外部泄漏的优点。

【专利文献1】特开平7-208899号公报

所述背景技术中有如下课题。

根据所述专利文献1所述的方法进行爆破处理时，所述爆破处理容器会受到来自作为处理对象物的化学炸弹的爆破带来的强大冲击性的负荷。因此，所述爆破处理容器一般设计为由不会因所述爆破处理而使该容器发生塑性变形和破坏的这种强固的金属材料制作，并具有耐受冲击的结构。但是尽管如此，由于所述爆破处理被反复进行，从而爆破处理容器的金属疲劳蓄积(即疲劳损伤度累积)。并且最终在所述累积的疲劳损伤度达到结构材固有的极限值的时间点在所述容器上发生龟裂，致使该容器的破坏。因此，使用共通的爆破处理容器高效率地进行多次爆破处理时，就要求时常把握该爆破处理容器的金属疲劳的进展程度。

但是，在爆破处理设施的实际运营中，现状是爆破处理容器在剩余寿命的预测不成立的状态下被强迫运转，对该运转的时间表进行管理非常困难。作为使所述运转管理成为可能的方法，认为有频繁中断处理而进行检修，或为了发现因龟裂的发生等金属疲劳导致的破坏的预兆，采用各种非破坏检查方法而对爆破处理容器进行检查，但是，屡次进行这些保守检修和检查，会使爆破处理设施的处理能力显著降低，使运行成本上升。

还有，最近日本政府在化学武器条件中批准，负有废弃由旧日军遗弃在中国的化学武器的条约上的义务。在内阁府遗弃化学武器处理担当室在平成14年10月发表的“中国的旧日军遗弃化学武器处理事业的概要”中，推定在中国各地各种遗弃化学武器约存在70万发，当进行该处理设施的设计时，假定在3年内进行70万发的处理，应该考虑1小时具有120发左右的处理能力。因此，近来认识到提高爆破处理设施的处理能力成为重要的课题。

发明内容

本发明为了解决上述这样的问题而进行，是一种预测在内部对处理对象进行爆破处理的爆破处理容器的剩余寿命的装置，是具有如下机构的爆破处理容器的剩余寿命预测装置：在每1次爆破处理中对所述爆破处理容器的疲劳损伤度进行定量评价的机构；基于所述评价运算所述爆破处理容器的剩余寿命的预测值的机构。

另外，本发明是具有所述爆破处理容器和所述剩余寿命预测装置的爆破处理设施。

另外，本发明是一种预测在内部对处理对象进行爆破处理的爆破处理容器的剩余寿命的方法，是包括如下工序的爆破处理容器的剩余寿命预测方法：在每1次爆破处理中对所述爆破处理容器的疲劳损伤度进行定量评价的工序；基于所述评价预测所述爆破处理容器的剩余寿命的工序。

根据以上的发明，能够一边时常预测爆破处理容器的剩余寿命一边进行运转。该预测极其容易地进行适当的运转时间表的筹划，能够避免处理能力的降低和运行成本的上升。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的爆破处理设施的整体结构的模式图。

图2是表示由所述设施进行爆破处理的化学炸弹的概略结构的示例的剖面图。

图3是使用了所述实施方式的剩余寿命预测装置的爆破处理容器的管理方法的流程图。

图4是表示所述爆破处理容器的应变分布的解析例的说明图。

图5是由应变计实际测定的应变数据在曲线图。

图6是实施了去噪声处理的应变数据的曲线图。

图7是表示爆破处理次数和预测的剩余寿命的关系的曲线图。

具体实施方式

一边参照附图一边说明本发明的优选实施的方式。

图2是表示作为本实施方式的爆破处理对象的爆炸物的一例的作为化学武器的化学炸弹的剖面图。

该图2显示的化学炸弹(爆炸物)100具有：弹头110、火药筒111、弹壳120、姿态控制翼130。

所述火药筒111从所述弹头110向后方延伸，其中收容火药112(炸药)。在所述弹头110的内部，设有用于使所述火药筒111内的火药112炸裂的引信113。

所述弹壳120以其中收容着所述火药筒111的状态连接在所述弹头110上。在该弹壳120的内部填充有液状的化学制剂(有害物质)121。所述姿态控制翼130配置于所述弹壳120的轴向端部之中与所述弹头110相对侧的端部，以控制投下时的化学炸弹100的姿态。

还有，在所述弹壳120的上部，附带设有用于吊起该化学炸弹100的吊环140，通过该吊环所述化学炸弹100搭载在飞机上。

在此实施方式中成为处理对象的爆炸物，如前述是至少具有炸药112和化学制剂121的化学炸弹100的全部或一部分。但是，本发明不仅应用于对如上所述填充有化学制剂121的状态下的化学炸弹100进行爆破处理的情况。例如，也能够适用于在爆破处理容器内对化学炸弹解体后的火药部进行爆破处理的情况。

例如，本发明也能够适用于TNT、苦味酸、ROX等的军用炸药的爆破处理；和芥子气、路易氏剂等的糜烂性毒剂，DC、DA等的喷嚏剂、光气(phosgene)、沙林(sarin)、氢氰酸等的化学制剂的爆破处理。

另外，不仅是例示的化学炸弹100，即使在将例如有机卤等的有害物质投入容器的状态下进行爆破处理时，也能够应用本实施方式的爆破处理设施。

其次，作为爆破处理上述的化学炸弹100等的爆炸物的设施的一例，基于图1说明设置于屋外的爆破处理设施。此图1是表示所述爆破处理设施的概略结构的模式图。

图1所示的爆破处理设施1包含爆破处理容器10、和将该爆破处理容器10收容在内部的帐篷20作为主要的结构要素。

所述爆破处理容器10具有由铁等形成的防爆构造，在其内部对所述化学炸弹100等的爆炸物进行爆破处理时，以经受得起该爆压的方式被坚固地构成。该爆破处理容器10是在一个方向上延伸的形状的中空的容器，以长度方向呈水平的方式配置。

在所述爆破处理容器10的长度方向两端部之中的一端部，相对于该爆破处理容器10的实体设有可装卸的耐压盖11。通过从实体取下此耐压盖11，能够将搬送来的化学炸弹100等的爆炸物导入到爆破处理容器10内。如此在爆破处理容器10内搬入化学炸弹100等，由未图示的固定机构固定在爆破处理容器10的内部后，在所述实体上安装所述的耐压盖11，由此使所述爆破处理容器10的内部成为密闭状态。在此状态下进行所述爆炸物的爆破处理。

在所述爆破处理容器10上，安装有作为应变测定装置的多个应变计30。这些应变计30被连接在未图示的高速数据获取装置上。此高速数据获取装置被电连接于未图示的计算机上。该计算机具有作为运算机构(累积疲劳计算机构)的CPU；作为储存机构(累计值储存机构)的ROM、RAM和硬盘驱动器；作为输出机构的显示器和打印机。

在所述爆破处理容器10的上部设有多个注入口12。这些注入口12用于向爆破处理前的爆破处理容器10内注入氧，以及在爆破处理后的洗消作业之际向爆破处理容器10内注入空气、水、清洗剂等。

另外，在所述爆破处理容器10的上部和与所述耐压盖11反对铡的侧面部，设有排气口13。该排气口13使用真空泵13a，用于在爆破处理前从所述爆破处理容器10内通过过滤器13b排放空气，使爆破处理容器10处于减压状态或真空状态，在爆破处理后将容器通路(vessel vent)等的槽类废气从所述爆破处理容器10内通过过滤器13c排出。

此外，在所述爆破处理容器10的底部设有排水口14。通过该排水口14，洗消作业后的废液被排放到处理槽15中。

还有，在所述爆破处理容器10的外部设有未图示的点火装置，该装置用于对固定在爆破处理容器10内的化学炸弹100等的爆炸物实施点火。该点火装置能够通过遥控操作进行爆破处理。

还有，优选在所述爆破处理容器10的周围设置坚固的壁，即使万一所述化学炸弹100等的爆炸物打破所述爆破处理容器10时，仍使所述帐篷20受到保护。

所述帐篷20具有未图示的门，此门以开放的状态进行向所述帐篷20内的所述爆破处理容器10和化学炸弹100等的爆炸物的搬入。另外，所述帐篷20上设有排气口21，该排气口21采用鼓风机，用于从所述帐篷20的内部通过活性碳的过滤器21b进行排气。

如此在本实施方式中，利用至少具有爆破处理容器10的爆破处理设施1，进行前述的化学炸弹100的爆破处理。

其次，对于该爆破处理设施1的运营所使用的爆破处理容器100的剩余寿命预测装置进行说明。该剩余寿命预测装置具有如下：安装在所述爆破处理容器10上的前述的多个应变计30；连接于这些应变计30上的高速数据获取装置；能够取得该高速数据获取装置的数据的未图示的计算机。

基于图3的流程图，说明使用了该剩余寿命预测装置的预测方法。所述的计算机上安装有可能的程序，其可实现所述流程图中包含的至少从步骤103～步骤108的处理，并储存在同一计算机的储存机构中。

在所述流程图的步骤101中，在所述爆破处理容器10的内部的指定位置发生爆炸时的所述爆破处理容器10的应变分布被加以理论分析。该理论分析(模拟)可以通过连接有所述应变计30的计算机进行，也可以由另外的计算机进行。图4是在同容器10的上半部的剖面图中，表示向所述爆破处理容器10施加内压时的有限元分析法的分析结果。

在所述流程图的步骤102中，根据上述的应变分布的分析结果，在爆破处理容器10的部位之中，选定能够代表爆破处理容器10的寿命这样特征的部位作为评价点。该评价点的选定方法各种各样。典型的作法是在所述爆破处理容器10之中选定被认为是寿命最短的部位作为所述评价点。

此评价点在一定情况下存在于能够安装应变计30的部位，一定情况下存在于不能够安装的部位。如后者这样包括在不能够安装所述应变计30的部位有所述评价点的情况，正确的测定困难时，所述应变计30被安装在所述评价点附近的能够安装的部位，同时此应变计30的安装部位的应变和所述评价点的部位的应变的相关关系通过所述的理论分析等被预先求得，预储存到计算机的RAM相关关系储存机构中。

在所述流程图的步骤103中，如图1化学炸弹100实际上被设置在爆破处理容器10内的规定处所，在该容器10内进行爆破处理。在该爆破处理中，未图示的所述高速数据获取装置获取从所述应变计30输出的应变波形数据并记录。该高速数据获取装置在本实施方式中能够运用的是以千分之一秒以下的周期进行循环测定。由该高速数据获取装置取得的应变波形数据，进行例如图5所示这样的高频下的重复并成为应变波形，该波形被传输到所述计算机上。

在所述流程图的步骤104中，所述计算机对于得到的应变波形立即进行去噪声等的前处理。其结果是，图5的波形数据按图6被整形。该前处理也可以从当初一开始噪声少的数据被获取等的情况下被省略。另外，该前处理也可以不在计算机侧进行，而在高速数据获取装置侧进行。

在所述流程图的步骤105中，所述计算机分析得到的应变波形，取得在所述评价点上的、振动着的应变的一个个应变振幅(εa)的大小。在不存在所述评价点的部位安装有所述应变计30时，基于此应变计30取得的应变的值和所述步骤102说明之中阐述的相关关系，在求得所述评价点的应变之后，与所同样地计测一个个应变振幅的大小。

在所述流程图的步骤106中，所述计算机针对各个应变振幅εa，根据由材料的疲劳曲线求得的允许次数N(εa)，计算此应变振幅εa的疲劳损伤，同时计算出现在的处理次数下的累积疲劳损伤度，作为相对于整个的应变振幅εa的疲劳损伤度的总和。所述疲劳曲线预先由所述计算机储存。

在所述流程图的步骤107中，在构成所述计算机的累计值储存机构的RAM等所储存的累计值上，加上由所述步骤106计算出的累积疲劳损伤度，对该相加后的累积疲劳损伤度进行再储存。

在所述流程图的步骤108中，所述计算机再根据所述累计值计算爆破处理容器10的剩余寿命，输出到显示器等。

在本实施方式的剩余寿命预测装置中，以上的步骤S103～S108的处理于每1次爆破处理中在计算机上进行。其结果为在所述显示器上显示的是随每1次爆破处理而逐渐减少的剩余寿命。这一显示使得对于所述爆破处理容器10检查时间等的时间表管理，和所述爆破处理容器10的更换时间的预测变得容易。在所述爆破处理容器10的更换时，随着其更换所述的累计值被重设。

图7是表示由上述的剩余寿命预测装置预测的剩余寿命的示例的曲线图。该曲线图的纵轴表示剩余寿命。此剩余寿命的值在使用开始前的新品的时候为1，在寿命殆尽时为0。同一曲线图的横轴表示爆破处理次数。

如图所示，预测的剩余寿命在所述曲线图上显示为向右下倾斜。就是说随着爆破处理次数的叠加显示出徐徐减少的倾向。该曲线图表示各次中的炸药的使用量不一定的情况的例子，伴随其使用量的变化，剩余寿命的减少程度每次也有所不同。所述炸药量多，带给所述爆破处理容器10的负荷大的次数下，剩余寿命相对地大大减少。

上述的图7的曲线图，开始时的剩余寿命已包含比1.0000小的曲线。该曲线表示的是关于从运用所述计算机预测剩余寿命之前，已经进行了相当程度的次数的爆破处理的爆破处理容器10的数据。该曲线表示的数据，是另行计算所述剩余寿命预测前的期间由疲劳造成的寿命减少部分从最初反映为前述的累积疲劳损伤的累计值(步骤107)，因此该曲线的初期值比1.0000小。

在以上说明的本实施方式的爆破处理设施1中，每1次爆破处理中所述爆破处理容器10的疲劳损伤度都被定量评价，基于这一评价所述爆破处理容器的剩余寿命得到预测。因此，在该设施1中，能够边时常预测爆破处理容器10的剩余寿命边运转。这能够使适当的运转时间表的筹划极为容易，能够避免处理能力的降低和运转成本的上升。

所述实施方式的剩余寿命预测装置，具有设置于所述爆破处理容器10中，在每1次爆破处理中测定该爆破处理容器10中产生的高频的反复应变的应变测定装置(图例中为应变计30)和计算机。而且该计算机具有：对各次的所述爆破处理中通过所述应变测定装置得到的应变波形数据进行分析的机构；计算因该处理次数下的爆破处理而在所述爆破处理容器10中产生的高频下的反复负荷造成的累积疲劳损伤度的机构；计算所述累积疲劳损伤度从使用开始时的累计值并进行再储存的机构(步骤103～步骤107)。该计算机的处理即使在每1次的爆破处理的条件(例如炸药量)不同的情况下也能够正确地预测剩余寿命。

另外，所述计算机，在所述这次爆破处理中根据由所述应变测定装置取得的应变波形数据，获取一个个应变振幅εa的大小，通过与爆破处理容器10的结构材料的疲劳曲线比较，计算各自的振幅的应变带来的疲劳损伤度，通过将其合计计算该处理次数下的累积疲劳损伤度(步骤105、步骤106)。因此，此计算机能够适当地计算出所述累积疲劳损伤度，并正确地预测剩余寿命。

另外，前述的计算机在包括所述评价点的特定部位不能安装应变计30的情况下，为了储存安装有所述应变计30的部位的应变的大小、与评价点的应变的大小的相关关系，而具有RAM等的相关关系储存机构，根据所述应变计30的波形数据，基于所述被储存的相关关系计算评价点的应变，从而计算出该评价点的累积疲劳损伤度。因此能够以简单的结构适当地计算评价点下的累积疲劳损伤度。特别是所述应变计30被安装在评价点的旁边时，所述评价点的应变的计算精度变高。

另外，所述实施方式的剩余寿命预测装置，具有每1次爆破处理中都定量地预测剩余寿命(所述图3的步骤103～步骤108)，并将此预测结果立即输出的显示器等的输出机构(所述步骤108)。即，该剩余寿命预测装置在每1次爆破中立刻再计算剩余寿命并加以显示。因此，作业者能够边时刻把握剩余寿命边进行运转管理。

所述剩余寿命的表示方法没有特别限定。所述剩余寿命如前述可以由0～1的数值表示，也可以以例如0～100％等方式由百分率表示。另外，显示器上的剩余寿命的显示可以用数值，也可以用柱图等进行直观性地显示。另外，每1次爆破处理也可以用打印机打印剩余寿命。

本发明的剩余寿命预测装置，不仅适用于处理例如化学炸弹100的情况，即使在例如将有机卤等的有害物质放入容器的状态下进行爆破处理时也能够应用。另外，图1所示的爆破处理设施设置在屋外，但本发明也包括将密闭了爆炸物的耐压容器埋设于地下，并在地下进行爆破处理的设施。

Claims (11)

1.一种爆破处理容器的剩余寿命预测装置，其预测在内部对处理对象物进行爆破处理的爆破处理容器的剩余寿命，其特征在于，具有：在每1次爆破处理中定量评价所述爆破处理容器的疲劳损伤度的机构；基于所述评价运算所述爆破处理容器的剩余寿命的预测值的机构。

2.根据权利要求1所述的爆破处理容器的剩余寿命预测装置，其特征在于，定量评价所述爆破处理容器的疲劳损伤度的机构包括：

应变测定装置，其设置于所述爆破处理容器上，在每1次爆破处理中测定由该爆破处理导致的在所述爆破处理容器中产生的高频的反复应变；

累积疲劳计算机构，其在各次的所述爆破处理中，分析由所述应变测定装置得到的高频的应变波形数据，由此计算由该次爆破处理导致的在所述爆破处理容器中产生的高频下的反复负荷造成的累积疲劳损伤度；

累计值储存机构，其储存从使用开始时起算的所述累积疲劳损伤度的累计值。

3.根据权利要求2所述的爆破处理容器的剩余寿命预测装置，其特征在于，所述累积疲劳计算机构，在各次的所述爆破处理中根据由所述应变测定装置得到的应变波形数据取得应变振幅的大小，通过对该取得的应变振幅的大小和爆破处理容器的结构材料的疲劳曲线进行比较，计算具有所述应变振幅的应变给所述爆破处理容器带来的疲劳损伤度，通过将其合计而计算出该次处理的累积疲劳损伤度。

4.根据权利要求2或3所述的爆破处理容器的剩余寿命预测装置，其特征在于，具有相关关系储存机构，其预先对安装有所述应变测定装置的部位的应变的大小与该安装位置以外的特定部位的应变的大小的相关关系进行储存，

所述累积疲劳计算机构基于所述应变测定装置的波形数据和所述相关关系储存机构所储存的相关关系，计算所述特定部位的应变，由该应变计算该特定部位的累积疲劳损伤度。

5.根据权利要求4所述的爆破处理容器的剩余寿命预测装置，其特征在于，所述应变测定装置安装在所述特定部位的附近。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的爆破处理容器的剩余寿命预测装置，其特征在于，具有在每次的所述爆破处理中能够输出剩余寿命的预测值的输出机构。

7.一种爆破处理设施，其特征在于，具有：在内部对处理对象物进行爆破处理的爆破处理容器；预测该爆破处理容器的剩余寿命的装置即权利要求1～6中任一项所述的剩余寿命预测装置。

8.一种爆破处理容器的剩余寿命预测方法，预测在内部对处理对象物进行爆破处理的爆破处理容器的剩余寿命，其特征在于，包括：

在每1次爆破处理中对所述爆破处理容器的疲劳损伤度进行定量评价的工序；

基于所述评价预测所述爆破处理容器的剩余寿命的工序。

9.根据权利要求8所述的爆破处理容器的剩余寿命预测方法，其特征在于，定量评价所述爆破处理容器的疲劳损伤度的工序包括：

通过设置在所述爆破处理容器上的应变测定装置，在每1次爆破处理中测定在爆破处理容器中产生的高频的反复应变的工序；

在各次的所述爆破处理中分析由所述应变测定装置得到的高频的应变波形数据，由此计算由该次爆破处理导致的在所述爆破处理容器中产生的高频的反复负荷造成的累积疲劳损伤度的工序，

在预测所述爆破处理容器的剩余寿命的工序中，基于从使用开始时起算的所述累积疲劳损伤度的累计值，运算所述爆破处理容器的剩余寿命的预测值。

10.根据权利要求9所述的爆破处理容器的剩余寿命预测方法，其特征在于，

计算所述累积疲劳损伤度的工序包括：在每1次爆破处理中根据由所述应变测定装置得到的应变波形数据而获取应变振幅的大小的工序；通过将该获取的应变振幅的大小和所述爆破处理容器的结构材料的疲劳曲线进行比较，从而计算各个振幅的应变带来的疲劳损伤度的工序，并且，通过将这些疲劳损伤度进行合计而计算出该次处理的累积疲劳损伤度。

11.根据权利要求9或10所述的爆破处理容器的剩余寿命预测方法，其特征在于，包括预先求出安装有所述应变测定装置的部位的应变的大小和该安装位置以外的特定部位的应变的大小的相关关系的工序，

在计算所述累积疲劳损伤度的工序中，基于所述应变测定装置的波形数据和所述相关关系计算所述特定部位的应变，根据该应变计算该特定部位的累积疲劳损伤度。

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