CN110904938B - 一种复合式防爆吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式防爆吸能装置，包括表面隔热吸能层、中间电磁抗爆层、缓冲耗能层、液压支撑结构。表面隔热吸能层包括上面板、下面板和夹心层，夹心层为多孔陶瓷材料，上面板为复合式波浪板，其外表面涂抹抗高温防火涂层。电磁抗爆层由电磁胶囊阵列组成。缓冲耗能层包括上面板、下面板和夹心层结构，夹心层结构为蜂窝型空心棱柱，蜂窝型空心棱柱内填充石英砂材料。液压支撑结构包括弹簧液压支撑杆、顶部悬挂弹簧和外板。本发明提供的复合式防爆吸能装置采用多层次分级消耗爆炸冲击载荷能量，具有抗爆能力强、吸能效率高、耐高温和塑性变形小等优点，并且占用空间小，可重复利用、实用性高、安装工艺简单方便。

Description

一种复合式防爆吸能装置

技术领域

本发明属于防爆设备技术领域领域，涉及一种复合式防爆吸能装置。

背景技术

随着经济的发展，世界各国对能源的需求量越来越大。海洋平台作为海洋油气资源开采的重要设施，长期服役于复杂恶劣的海洋环境中，平台机械设备众多，平台结构内部管路和线路密集排布，极易发生火灾爆炸事故。海洋平台是高投入、高风险、高收益结构的典型代表，平台存有大量石油或者天然气，一旦发生火灾爆炸事故，不仅造成人员伤亡和重大的经济损失，而且对海洋环境和海洋生态造成严重的污染和破坏。因此，保证海洋平台的安全生产是海洋油气资源开发的前提条件。

防爆吸能装置能够保障重要场所及设施在遭遇火灾爆炸事故时，将其所受影响和损失降到最低，因此得到越来越广泛的应用。目前的主要形式有圆管型夹层板、钢夹混凝土和钢板-砂土组合防爆墙防爆装置等结构形式，传统防爆装置塑性变形较大，抗爆强度低、形式工艺复杂、结构重量大等劣势。因此，研发一种新型防火抗爆装置，以提高海洋平台安全性具有实用价值。

发明内容

1、所要解决的技术问题：

传统防爆装置塑性变形较大，抗爆强度低、形式工艺复杂、结构重量大等劣势。

2、技术方案：

针对现有技术上存在的上述问题，本发明提供的复合式防爆吸能装置采用多层次分级消耗爆炸冲击载荷能量，具有抗爆能力强、吸能效率高、耐高温和塑性变形小等优点，并且占用空间小，可重复利用、实用性高、安装工艺简单方便，适应于多数工作环境。

本发明公开的技术方案如下：一种复合式防爆吸能装置，包括目标平台，所述目标平台上方依次为缓冲耗能层、中间电磁抗暴层、表面隔热吸能层，外围设有液压支撑结构连接缓冲耗能层、表面隔热吸能层和目标平台，其中表面隔热吸能层面对引爆面，所述缓冲耗能层包括缓冲耗能层下面板和缓冲耗能层上面板，所述缓冲耗能层下面板和目标平台固定连接，所述缓冲耗能层下面板和缓冲耗能层上面板之间设置夹心层，所述夹心层为蜂窝型空心棱柱，所述缓冲耗能层上面板和中间电磁抗暴层固定连接，所述中间电磁抗暴层包括多个电磁胶囊，每个所述电磁胶囊包括外壳，所述外壳内设有电磁铁，所述外壳由电磁胶囊下部壳体和电磁胶囊上部壳体组成，所述电磁铁由上部电磁铁和下部电磁铁组成，所述电磁胶囊下部壳体的底部和所述缓冲耗能板上面板固定连接，所述电磁胶囊上部壳体和所述电磁胶囊下部壳体通过L型结构搭接，所述上部电磁铁连接弹簧液压杆，所述下部电磁铁连接弹簧线圈，所述下部电磁铁与所述弹簧线圈固定在电磁胶囊下部壳体内，还包括金属球设置电磁胶囊上部外壳内的下沿部分，所述金属球与电线连接，还包括电阻设置在电磁胶囊下部壳体内，所述金属球在当电磁胶囊上部壳体下移时能够接触到所述电阻，电源布置在电磁胶囊下部壳体内，所述表面隔热吸能层包括从上到下依次紧密连接的表面隔热吸能层上面板、夹心层、表面隔热吸能层下面板，所述夹心层为多孔陶瓷材料。

所述液压支撑结构包括顶部悬挂弹簧、弹簧液压支撑杆和外板，所述顶部悬挂弹簧和表面隔热吸能层上面板连接，所述弹簧液压支撑杆一端和表面隔热吸能层下面板连接，另一端和缓冲耗能层固定连接，所述外板和目标平台固定连接。

所述固定连接为焊接连接。

所述表面隔热吸能层上面板和表面隔热吸能层下面板都为波浪形，波峰波谷对应平行，所述表面隔热吸能层上面板波浪线弧度在45°～60°之间，表面隔热吸能层下面板波浪线弧度在30°～45°之间。

表面隔热吸能层上面板表面涂抹抗高温防火材料。

所述高温防火材料为有机硅耐高温涂料、陶瓷涂料、硅酸盐类涂料中一种或多种的混合。

所述电磁胶囊顶部为弧形，所述表面隔热吸能层下面板波峰的曲率和所述电磁胶囊顶部弧形曲率相同，其直径是电磁胶囊顶部弧形的1.5～2倍。

所述金属球到电阻最上端的距离大于所述电磁胶囊的上部电磁铁和下部电磁铁之间的距离；所述金属球到电阻最下端的距离大于所述电磁胶囊中弹簧线圈与上部电磁铁和下部电磁铁之和；所述电磁抗爆层中的电磁胶囊阵列中每个电磁胶囊布置在缓冲耗能层的蜂窝型空心棱柱与缓冲耗能层上面板连接加强处。

所述缓冲耗能层中蜂窝型空心棱柱平行水平面排列，所述蜂窝型空心棱柱内填充的石英砂，所述石英砂占所述蜂窝型空心棱柱总体积的60%～80%。

所述液压支撑结构中的弹簧液压支撑杆每隔2～3个电磁胶囊布置一个，其位置与电磁胶囊阵列平行；所述液压支撑结构中顶部悬挂弹簧均布在电磁胶囊阵列每行和每列所对应位置，弹簧数量不小于两个。

3、有益效果：

本发明提供的复合式防爆吸能装置采用多层次分级消耗爆炸冲击载荷能量，具有抗爆能力强、吸能效率高、耐高温和塑性变形小等优点，并且占用空间小，可重复利用、实用性高、安装工艺简单方便，适应于多数工作环境。

附图说明

图1为本发明的横剖面示意图。

图2为本发明的纵剖面示意图。

图3为本发明的A部分放大示意图。

图4为本发明的B部分放大示意图。

上图中，1、目标平台结构，2、缓冲耗能层下面板结构，3、缓冲耗能层上面板结构，4、蜂窝型空心棱柱，5、弹簧液压支撑杆，6、电磁胶囊，7、多孔陶瓷材料，8、表面隔热吸能层上面板，9、表面隔热吸能层下面板，10、石英砂，11、顶部悬挂弹簧， 13、下部电磁铁，14、上部电磁铁，15、弹簧线圈，16、弹簧液压杆，17、金属球，18、电阻，19、电源,20、电线，21、电磁胶囊下部壳体，22、电磁胶囊上部壳体，23、外板。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明进行详细说明。

如图1或图2所示，一种复合式防爆吸能装置，包括目标平台1，所述目标平台1上方依次为缓冲耗能层、中间电磁抗暴层、表面隔热吸能层，外围设有液压支撑结构连接缓冲耗能层、表面隔热吸能层和目标平台，其中表面隔热吸能层面对引爆面。

所述表面隔热吸能层包括从上到下依次紧密连接的表面隔热吸能层上面板8、夹心层、表面隔热吸能层下面板9，所述夹心层为多孔陶瓷材料7。表面隔热吸能层夹心层填充多孔陶瓷材料7，其具有耐高温、隔热、高强度、绝缘、质量轻和价格低等优点，在保证结构强度的同时，可以隔绝爆炸冲击波的高温，保证其后部结构的结构强度不受高温影响。

如图4所示，所述表面隔热吸能层上面板8和表面隔热吸能层下面板9都为波浪形，波峰波谷对应平行，所述表面隔热吸能层上面板8波浪线弧度在45°～60°之间，表面隔热吸能层下面板9波浪线弧度在30°～45°之间。

将迎爆面设置为表面隔热吸能层，其表面隔热吸能层上面板8为为复合式波浪型面板，复合式波浪型面板的波峰可以分流爆炸冲击波的冲击力，引导分流后的次冲击波能量流向波谷，在波谷处与相邻波峰分流后的次冲击波能量相互抵消。

所述电磁胶囊6顶部为弧形，所述表面隔热吸能层下面板9波峰的曲率和所述电磁胶囊6顶部弧形曲率相同，其直径是电磁胶囊6顶部弧形的1.5～2倍。表面隔热吸能层下面板9为波浪型面板，当表面隔热吸能层发生后移和弯曲变形时，保证表面隔热吸能层下面板和电磁胶囊阵列契合。

如图3所示，所述中间电磁抗暴层包括多个电磁胶囊6，每个所述电磁胶囊6包括外壳，所述外壳内设有电磁铁，所述外壳由电磁胶囊下部壳体21和电磁胶囊上部壳体22组成，所述电磁铁由上部电磁铁14和下部电磁铁13组成，所述电磁胶囊下部壳体21的底部和所述缓冲耗能板上面板3固定连接，所述电磁胶囊上部壳体22和所述电磁胶囊下部壳体21通过L型结构搭接，所述上部电磁铁14连接弹簧液压杆16，所述下部电磁铁13连接弹簧线圈15，所述下部电磁铁13与所述弹簧线圈15固定在电磁胶囊下部壳体21内，还包括金属球17设置电磁胶囊上部外壳22内的下沿部分，所述金属球17与电线20连接，还包括电阻18设置在电磁胶囊下部壳体21内，所述金属球17在当电磁胶囊上部壳体22下移时能够接触到所述电阻18，电源布置在电磁胶囊下部壳体21内。

当表面隔热吸能层受力向后发生偏移或变形时，迫使电磁胶囊6上部向后压缩，电磁胶囊6内部上部磁铁14和下部磁铁13相接触，同时金属球17和电阻18相接触形成闭合回路，上部磁铁14和下部磁铁13通电后磁化产生斥力；随着压力的加大，电磁胶囊6上部弹簧液压杆16压缩，金属球17持续后移，随着电阻18的减小，斥力持续加大，电磁胶囊6给表面隔热吸能层反作用力的同时，电磁胶囊6下部受力传递到缓冲耗能层，转化为动能和内能。电磁抗爆层抗爆的同时，作为媒介层传递受力，使得防爆吸能装置多层次结构实现分级消耗爆炸冲击载荷能量。

所述缓冲耗能层包括缓冲耗能层下面板2和缓冲耗能层上面板3，所述缓冲耗能层下面板2和目标平台1固定连接，所述缓冲耗能层下面板2和缓冲耗能层上面板3之间设置夹心层，所述夹心层为蜂窝型空心棱柱4，所述缓冲耗能层上面板3和中间电磁抗暴层固定连接。

所述液压支撑结构包括三部分：液压支撑杆5、外板23和顶部悬挂弹簧11，外板23结构是一个壳体结构把液压支撑杆5和顶部悬挂弹簧11包裹在内部，避免其受爆炸冲击波伤害。液压支撑结构中弹簧液压支撑杆5与表面隔热吸能层下面板9相连，顶部悬挂弹簧11和表面隔热吸能层上面板8相连；当表面隔热吸能层受力时，将能量转化为液压能和弹性势能的同时，使得表面隔热吸能层缓慢下降，使之其与电磁抗爆层平稳接触。

液压支撑结构是与其他三个结构并行焊接的，因为缓冲耗能层结构在受爆炸可能会发生凹陷，所以这里选择液压支撑结构与缓冲耗能层结构和目标平台焊接的方式连接。

为了更好的效果，所述金属球17到电阻18最上端的距离大于所述电磁胶囊6的上部电磁铁14和下部电磁铁13之间的距离；所述金属球17到电阻18最下端的距离大于所述电磁胶囊6中弹簧线圈15与上部电磁铁14和下部电磁铁13之和；所述电磁抗爆层中的电磁胶囊6阵列中每个电磁胶囊6布置在缓冲耗能层的蜂窝型空心棱柱4与缓冲耗能层上面板3连接加强处。

所述缓冲耗能层中蜂窝型空心棱柱4平行水平面排列，所述蜂窝型空心棱柱4内填充的石英砂10，所述石英砂10占所述蜂窝型空心棱柱总体积的60%～80%。

所述液压支撑结构中的弹簧液压支撑杆5每隔2～3个电磁胶囊6布置一个，其位置与电磁胶囊6阵列平行；所述液压支撑结构中顶部悬挂弹簧11均布在电磁胶囊6阵列每行和每列所对应位置，弹簧数量不小于两个。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (9)

1.一种复合式防爆吸能装置，包括目标平台（1），其特征在于：所述目标平台（1）上方依次为缓冲耗能层、中间电磁抗爆层、表面隔热吸能层，外围设有液压支撑结构连接缓冲耗能层、表面隔热吸能层和目标平台，其中表面隔热吸能层面对引爆面，所述缓冲耗能层包括缓冲耗能层下面板（2）和缓冲耗能层上面板（3），所述缓冲耗能层下面板（2）和目标平台（1）固定连接，所述缓冲耗能层下面板（2）和缓冲耗能层上面板（3）之间设置夹心层，所述夹心层为蜂窝型空心棱柱（4），所述缓冲耗能层上面板（3）和中间电磁抗爆层固定连接，所述中间电磁抗爆层包括多个电磁胶囊（6），每个所述电磁胶囊（6）包括外壳，所述外壳内设有电磁铁，所述外壳由电磁胶囊下部壳体（21）和电磁胶囊上部壳体（22）组成，所述电磁铁由上部电磁铁（14）和下部电磁铁（13）组成，所述电磁胶囊下部壳体（21）的底部和所述缓冲耗能层上面板（3）固定连接，所述电磁胶囊上部壳体（22）和所述电磁胶囊下部壳体（21）通过L型结构搭接，所述上部电磁铁（14）连接弹簧液压杆（16），所述下部电磁铁（13）连接弹簧线圈（15），所述下部电磁铁（13）与所述弹簧线圈（15）固定在电磁胶囊下部壳体（21）内，还包括金属球（17）设置电磁胶囊上部壳体（22）内的下沿部分，所述金属球（17）与电线（20）连接，还包括电阻（18）设置在电磁胶囊下部壳体（21）内，所述金属球（17）在当电磁胶囊上部壳体（22）下移时能够接触到所述电阻（18），电源布置在电磁胶囊下部壳体（21）内，所述表面隔热吸能层包括从上到下依次紧密连接的表面隔热吸能层上面板（8）、夹心层、表面隔热吸能层下面板（9），所述夹心层为多孔陶瓷材料（7），所述金属球（17）到电阻（18）最上端的距离大于所述电磁胶囊（6）的上部电磁铁（14）和下部电磁铁（13）之间的距离；所述金属球（17）到电阻（18）最下端的距离大于所述电磁胶囊（6）中弹簧线圈（15）与上部电磁铁（14）和下部电磁铁（13）之和；所述电磁抗爆层中的电磁胶囊（6）阵列中每个电磁胶囊（6）布置在缓冲耗能层的蜂窝型空心棱柱（4）与缓冲耗能层上面板（3）连接加强处。

2.如权利要求1所述的复合式防爆吸能装置，其特征在于：所述液压支撑结构包括顶部悬挂弹簧（11）、弹簧液压支撑杆（5）和外板（23），所述顶部悬挂弹簧（11）和表面隔热吸能层上面板（8）连接，所述弹簧液压支撑杆（5）一端和表面隔热吸能层下面板（9）连接，另一端和缓冲耗能层固定连接，所述外板（23）和目标平台固定连接。

3.如权利要求1或2所述的复合式防爆吸能装置，其特征在于：所述固定连接为焊接连接。

4.如权利要求1所述的复合式防爆吸能装置，其特征在于：所述表面隔热吸能层上面板（8）和表面隔热吸能层下面板（9）都为波浪形，波峰波谷对应平行，所述表面隔热吸能层上面板（8）波浪线弧度在45°～60°之间，表面隔热吸能层下面板（9）波浪线弧度在30°～45°之间。

5.如权利要求1所述的复合式防爆吸能装置，其特征在于：表面隔热吸能层上面板（8）表面涂抹抗高温防火材料。

6.如权利要求5所述的复合式防爆吸能装置，其特征在于：所述高温防火材料为有机硅耐高温涂料、陶瓷涂料、硅酸盐类涂料中一种或多种的混合。

7.如权利要求4-5任一权利要求所述的复合式防爆吸能装置，其特征在于：所述电磁胶囊（6）顶部为弧形，所述表面隔热吸能层下面板（9）波峰的曲率和所述电磁胶囊（6）顶部弧形曲率相同，其直径是电磁胶囊（6）顶部弧形的1.5～2倍。

8.如权利要求1-2、4-6任一权利要求所述的复合式防爆吸能装置，其特征在于：所述缓冲耗能层中蜂窝型空心棱柱（4）平行水平面排列，所述蜂窝型空心棱柱（4）内填充的石英砂（10），所述石英砂（10）占所述蜂窝型空心棱柱总体积的60%～80%。

9.如权利要求1-2、4-6任一权利要求所述的复合式防爆吸能装置，其特征在于：所述液压支撑结构中的弹簧液压支撑杆（5）每隔2～3个电磁胶囊（6）布置一个，其位置与电磁胶囊（6）阵列平行；所述液压支撑结构中顶部悬挂弹簧（11）均布在电磁胶囊（6）阵列每行和每列所对应位置，弹簧数量不小于两个。

Images