CN111174093A

CN111174093A - 高压容器防护结构

Info

Publication number: CN111174093A
Application number: CN202010011071.7A
Authority: CN
Inventors: 王红召; 李健; 王光辉; 刘展; 马龙; 关桢; 伏圣山; 王帮涵
Original assignee: Chinese People's Liberation Army 96962
Current assignee: Chinese People's Liberation Army 96962
Priority date: 2020-01-06
Filing date: 2020-01-06
Publication date: 2020-05-19

Abstract

本发明提供了一种防护结构。防护结构包括：防护架；护盾结构，安装在所述防护架上，所述护盾结构包括窗口和金属网区域，所述窗口配置有防弹玻璃，所述护盾结构的材料为超高分子量聚乙烯。本发明的防护结构较为稳定，材料性能优越，能够较好地实现防护的目的。

Description

高压容器防护结构

技术领域

本发明涉及防护安全领域，更具体地，涉及高压容器防护结构。

背景技术

目前在进行气密性和功能性试验过程中，需使用两个气瓶组(每组3个气瓶，每个气瓶充35MPa压缩空气)作为气源，试验时，通过该气瓶组对产品充30MPa压缩空气，功能试验时将从产品喷口喷出约1MPa压缩空气。

根据《固定式压力容器安全技术监察规程》(TSG21-2016)，按工作压力分类标准，压力大于10MPa的为高压，按危险性和危害性分类标准，该压力容器为三类压力容器，属于危害性和危险性最高等级。在工业部门，高压容器被识别为一级危险源，气瓶均置于隔爆间，高压容器与操作人员采取物理隔离。

目前，测试工作在厂房内操作，由于场地条件限制，现场无法将操作人员与产品、高压气瓶组隔离。在测试过程中，主要存在以下三类安全隐患：一是不锈钢高压波纹管路意外脱开造成的人员装备损伤，充气管路中气压可高达30MPa，由于操作不当或接头老化等原因使管路不能可靠连接造成脱开，连接管路会在高压气体作用下剧烈自由摆动，极易对现场人员造成伤害；二是由于管路意外脱开导致的气体泄漏高速喷出造成的人员伤害，产品内储气罐储存压力高达30MPa的压缩空气，若在测试过程中管路意外脱开，将导致气罐内压缩空气泄漏并高速喷出(30MPa压差，泄漏处气流速度最高可达707m/s)，若无相应的隔离防护设施，将对现场人员产生一定伤害；三是设备功能测试时喷口喷出高压高速压缩空气造成的人员伤害，在系统功能测试时，产品内的球形(或环形)气瓶储存的30MPa压缩空气，将从12个喷口喷出(1MPa压差，喷口处气流速度瞬时最高可达435m/s)一旦在人员靠近时气体意外释放，将对现场人员造成严重伤害。

基于此，有必要设计制作一套高压容器隔离防护设施，实现人员与产品和高压容器的物理隔离，对操作人员进行有效防护，保证人员安全。

发明内容

为了对工作人员进行防护，本发明提供了一种防护结构，以使工作人员与高压容器进行隔离，实现对工作人员等的防护。

本发明提供了一种防护结构，包括：防护架；护盾结构，安装在所述防护架上，所述护盾结构包括窗口和金属网区域，所述窗口配置有防弹玻璃，所述护盾结构的材料为超高分子量聚乙烯。

在上述防护结构中，其中，所述防护架包括多个架子，所述架子包括两根顶部件、支撑件、连接件、另一连接件和柱状件，两根所述顶部件之间的连接处由所述支撑件支撑，两根所述顶部件的另外两端分别与所述连接件的两端连接，并且与所述柱状件的一端连接。

在上述防护结构中，其中，所述柱状件还通过所述另一连接件64与所述连接件连接。

在上述防护结构中，其中，两根所述顶部件成钝角连接。

在上述防护结构中，其中，在所述柱状件中具有多个过孔，用于连接或固定组装件。

在上述防护结构中，其中，通过所述组装件，将多个所述架子组装在一起，形成所述防护架。

在上述防护结构中，其中，所述另一连接件与所述连接件连接的位置位于所述连接件与所述支撑件连接的位置和所述顶部件与所述连接件连接的位置之间的中间位置处。

在上述防护结构中，其中，由所述顶部件、所述支撑件和部分所述连接件形成的三角形区域与由部分所述连接件、所述另一连接件和部分所述柱状件形成的三角形区域是成比例的，并且大小不同。

在上述防护结构中，其中，所述顶部件与所述另一连接件是平行的。

本发明的防护结构具有足够的结构稳定性，护盾结构采用超高分子量聚乙烯，断裂性能等较为优越，韧性好，耐腐蚀，高低温稳定性好，耐光性好。本申请的防护结构结构稳固，更有利于抵抗冲击。

附图说明

图1是本发明的护盾结构的示意图。

图2示出了几种纤维比强度、比模量的比较。

图3示出了几种纤维的耐冲击性。

图4示出了UHMWPE纤维和芳纶对比图。

图5示出了光照稳定性的对比。

图6和图7示出了防护结构的示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

本发明采用可移动和组装的隔离防护间，包括隔离防护架和可移动的护盾结构。隔离防护架可以为搭成一个房间的架子，然后可移动的护盾结构可以以合适的方式安装在隔离防护架上。在本发明中，隔离防护架可以为能够安装可移动的护盾结构的任何合适的结构，在此不再详述。

在一些实施例中，护盾结构的高度小于1.6m，宽度大于等于0.9m。在一些实施例中，采用可移动式护盾对喷管进行防护，可实现将喷管与工作人员隔离，一方面避免操作人员受到喷管喷出高压气体的伤害，另一方面方便操作人员观察功能实现情况。

在一些实施例中，护盾H型底座由60mmX60mm的镀锌方钢管焊接而成，支架部分由内径22mm的U型槽钢焊接防护单元板可由内槽卡住，支架和底座间斜向加强两根方钢管，并增加金属管把手。万向轮选用可水平调节支撑的福马轮。在放置在制定位置后旋转调节盘，将橡胶制成块伸出用于稳定护盾。中空位置焊有金属网，可防止杂物穿入。如图1所示，示出了护盾结构1的示意图，其中2为配置有防弹玻璃的观察窗口，3为金属网区域。应该理解，护盾结构1的整个表面都可以配置有防弹玻璃。

在一些实施例中，考虑到防护板安装重量的限制，采用非金属材料，其中PE材料重量最轻，稳定性最好。在一些实施例中，护盾结构采用900mm X720mm正面板，900mmX720mm防弹玻璃窗框板，配有500mmX500mm防弹玻璃。另外，可以采用600mmX1800mm侧面板。

在一些实施例中，可移动式护盾防护等级为5级，厚度均20mm，尺寸为900mmX900mm，重量13.2kg左右，防弹玻璃为5级400mmX200mm，重量3kg。防护单元板和防弹玻璃均能抵御81式自动步枪发射的56式7.62X39步枪弹，测试条件执行《GA423-2015警用防弹盾牌》标准中的防护等级5级。

针对护盾结构所采用的材料，本发明采用本领域常规的方法测量了几种材料的性能，如下表1所示。

表1

	UHMWPE纤维	芳纶纤维	碳纤维	E玻纤	尼龙66
						密度ρ/cm3	0.97	1.44	1.85	2.55	1.14
拉伸强度，GPa	3.1	2.7	2.3	2.0	0.9
						韧性，N/tex	3.2	1.9	1.2	0.8	0.8
模量，GPa	100	58	390	73	6
						断裂伸长率，％	3.5	3.7	1.5	2.0	20

另外，如图2所示，比较了几种材料的比强度和比模量，通过比较，本发明选用超高分子量聚乙烯(简称UHMWPE)材料。

UHMWPE具有独特的综合性能，是目前强度最高的纤维之一。断裂伸长率较其它特种纤维高，断裂功大。该纤维还具有耐紫外线辐射、耐化学腐蚀、比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高、摩擦系数低及突出的抗冲击、抗切割等优异性能。UHMWPE的耐磨性在已知的高聚物中名列第一，耐冲击性能比聚甲醛高14倍，比ABS高4倍；消音性能好，吸水率在0.01％以下，耐化学药品性能、抗粘结性能良好，耐低温性能优良,电绝缘性能好。UHMWPE的特性如下表2所示。

表2

UHMWPE纤维的玻璃化转变温度为-120℃，韧性很好，在塑性变形过程中吸收能量大，用它制成的复合材料在高应变率和低温下仍具有良好的力学性能，特别是抗冲击能力比碳纤维、芳纶及一般玻璃纤维复合材料明显高。UHMWPE纤维复合材料的比冲击总吸收能量分别是碳、芳纶和E玻璃纤维的1.8、2.6和3倍，其防弹能力比芳纶装甲结构的防弹能力高2.6倍。图3是几种纤维的耐冲击性比较。

由于超高分子量聚乙烯的化学结构，耐化学腐蚀性能极好，另外，UHMWPE纤维经高倍拉伸和充分结晶，具有高度的分子取向和结晶，纤维及其制品具有优秀的耐溶剂、酸、碱、海水性能。UHMWPE纤维在多种介质中，如水、油、酸和碱等溶液中浸泡半年，强度不受影响。表3列出了UHMWPE纤维和Kevlar纤维在多种化学介质中强度保留率的比较。

表3

图4示出了UHMWPE纤维和芳纶的对比图。由于UHMWPE纤维大分子链上不含任何芳香环、氨基、羟基或其它易受活性试剂攻击的化学基团，结晶取向度又高，因此在各种苛刻环境中强度均保持在90％以上，而芳纶在强酸、强碱中强度下降则很大。

图5是各种纤维耐光性的比较。UHMWPE纤维的耐日晒性是纤维中最好的，与芳纶相比，UHMWPE纤维的断裂强度在长时间光照作用下依然有很高的保持率。经过1500h的光照之后，纤维的强度保持率还有75％左右，而芳纶则在50％以下。

UHMWPE是玻璃化转变温度低的热塑性纤维，仅-120℃，韧性很好，其复合材料在高应变率和低温下仍具有良好的力学性能，比冲击总吸收能量和防弹能力是芳纶装甲结构的2.6倍。此外，UHMWPE具有良好的疏水性、耐水耐湿和较长的挠曲寿命，低温性能突出，是一种理想的低温材料。

另外，UHMWPE材料具有良好的低温抗弹性和抗冲击性能。

防弹板和防弹玻璃本身就以通过环境适应性枪击测试，要求满足。针对容易出现的高压软管意外滑脱时容易发生的管路甩动和细小碎片飞溅问题，选用5级PE防护板和3级防弹玻璃作为主要效抵御软管接头的撞击甩动的安全防护措施。

图6示出了本申请的隔离防护架。图6的隔离防护架可以由图7所示的单个架子组装而成。如图7所示，两根顶部件61成钝角连接，两根顶部件61之间的连接处由支撑件62支撑。两根顶部件61的另外两端分别与连接件63的两端连接，并且与柱状件65的一端连接。另外，柱状件65还通过另一连接件64与连接件63连接。应该理解，以上连接指的是物理连接，可以使用紧固件连接在一起。在柱状件65中可以均有多个过孔66，用于连接或固定组装件，如图6所示，通过组装件，将多个图7所示的架子组装在一起，形成一个稳固的隔离防护架。在一些实施例中，两根柱状件的长度可以为2.85m，如图7所示。应该理解，这仅是示例性的，而不用于限制本申请。

在一些实施例中，另一连接件64与连接件63连接的位置位于连接件63与支撑件62连接的位置和顶部件61与连接件63连接的位置之间的中间位置处。这种结构使得整个架子的结构更加稳固，更有利于抗冲击。

在一些实施例中，三角形区域67和三角形区域68是成比例的，仅是大小不同。在一些实施例中，三角形区域67的面积大于三角形区域68的面积。这种结构使得架子的结构也更加稳固，更有利于抗冲击。

在一些实施例中，顶部件61与另一连接件64是平行的，这种结构使得架子的结构也更加稳固，更有利于抗冲击。

本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本申请的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims

1.一种防护结构，包括：

防护架；

护盾结构，安装在所述防护架上，所述护盾结构包括窗口和金属网区域，所述窗口配置有防弹玻璃，所述护盾结构的材料为超高分子量聚乙烯。

2.根据权利要求1所述的防护结构，其中，所述防护架包括多个架子，所述架子包括两根顶部件、支撑件、连接件、另一连接件和柱状件，两根所述顶部件之间的连接处由所述支撑件支撑，两根所述顶部件的另外两端分别与所述连接件的两端连接，并且与所述柱状件的一端连接。

3.根据权利要求2所述的防护结构，其中，所述柱状件还通过所述另一连接件64与所述连接件连接。

4.根据权利要求3所述的防护结构，其中，两根所述顶部件成钝角连接。

5.根据权利要求4所述的防护结构，其中，在所述柱状件中具有多个过孔，用于连接或固定组装件。

6.根据权利要求5所述的防护结构，其中，通过所述组装件，将多个所述架子组装在一起，形成所述防护架。

7.根据权利要求6所述的防护结构，其中，所述另一连接件与所述连接件连接的位置位于所述连接件与所述支撑件连接的位置和所述顶部件与所述连接件连接的位置之间的中间位置处。

8.根据权利要求6所述的防护结构，其中，由所述顶部件、所述支撑件和部分所述连接件形成的三角形区域与由部分所述连接件、所述另一连接件和部分所述柱状件形成的三角形区域是成比例的，并且大小不同。

9.根据权利要求6所述的防护结构，其中，所述顶部件与所述另一连接件是平行的。