PL208014B1 - Sposób wytwarzania warstwy tłumiącej energię wybuchu oraz urządzenie do tłumienia energii wybuchu, zwłaszcza materiałów wybuchowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania warstwy tłumiącej energię oraz część produktów wybuchu, oraz urządzenie do tłumienia energii wybuchu, zwłaszcza materiałów wybuchowych. Warstwa może znaleźć zastosowanie w konstrukcjach urządzeń służących dla bezpiecznego przewożenia ładunków materiałów wybuchowych, w tym niewypałów i niewybuchów oraz ładunków terrorystycznych. Ponadto warstwa może być stosowana przy wykonywaniu prac związanych z unieszkodliwianiem materiałów wybuchowych oraz wyrobów zawierających materiały wybuchowe. Wynalazek znajduje zastosowanie we wszelkich urządzeniach służących do przechowywania, przewożenia lub kontrolowanej detonacji ładunków wybuchowych, zarówno nieznanego pochodzenia jak i ładunków niszczonych planowo.

Dla unieszkodliwiania ładunków wybuchowych wykorzystuje się miejsca o celowo dobranym ukształtowaniu terenu, jednak w przypadku konieczności prowadzenia procesu niszczenia ładunków przez detonację w miejscach, gdzie w pobliżu znajdują się zabudowania lub inne obiekty, które mogą być zagrożone skutkami wybuchu, stosowane są urządzenia w postaci pojemników, gdzie specjalnie zaprojektowane ściany mają za zadanie ograniczyć skutki działania wybuchu na otoczenie.

Znane pojemniki do niszczenia ładunków wybuchowych posiadają zwykle postać zewnętrzną pojemnika cylindrycznego o poziomej osi symetrii lub kształt kulisty. W znanych rozwiązaniach, dużej grubości żelbetowe lub stalowe ściany pojemnika ograniczają przestrzeń działania wybuchu do objętości pojemnika, zabezpieczając przed oddziaływaniem produktów wybuchu, przed falą uderzeniową oraz przed odłamkami. Tego typu urządzenia charakteryzują się bardzo dużą masą i znacznymi kosztami budowy.

Do przewożenia materiałów wybuchowych stosuje się specjalne przyczepy transportowe posiadające pojemnik, w którym umieszcza się przewożony ładunek. Pojemniki te mają zwykle kształt cylindryczny o pionowej osi symetrii i są osadzone na przejezdnym podwoziu. Pojazdy te powinny zabezpieczać w płaszczyźnie poziomej przed działaniem odłamków i przed produktami detonacji.

Praktyka stosowania pojemników dla przewożenia ładunków materiałów wybuchowych, w tym ładunków terrorystycznych wykazała, że w szeregu przypadkach stalowa komora jedynie w niewielkim stopniu pochłania energię wybuchu, co wyraża się w bardzo nieznacznym zmniejszeniu intensywności generowanej wokół pojemnika fali uderzeniowej. Znanym rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie wewnątrz pojemnika warstw tłumiących falę uderzeniową i zmniejszających energię kinetyczną odłamków.

Znane są różne rodzaje warstw tłumiących, umieszczanych wewnątrz komory wybuchowej dla ograniczenia rozprzestrzeniania się fali uderzeniowej, jak również do wychwycenia produktów wybuchu. Warstwy tłumiące w znanych rozwiązaniach stanowią materiały o konsystencji stałej oraz materiały o konsystencji półpłynnej lub płynnej. W przypadku materiałów stałych, dodatkowym ograniczeniem jest wymóg, aby nie stały się one dodatkowym źródłem odłamków powstałych w wyniku wybuchu. Ogranicza to zakres zastosowania materiałów stałych.

Według rozwiązania znanego z opisu patentowego USA nr US 4,027,601 urządzenie do przeprowadzania eksplozji ma postać pierwszego zamykanego stalowego pojemnika cylindrycznego o podwójnych ścianach. Wewnętrzny cylinder posiada wkładkę ze spienionego tworzywa sztucznego, wermikulitu, lub innego podobnego materiału, dla umieszczenia wewnątrz ładunku wybuchowego. Wewnętrzna wkładka redukuje energię wybuchu i poziom ciśnienia generowanej wokół urządzenia fali uderzeniowej.

W innym rozwiązaniu znanym z opisu zgłoszeniowego USA nr US 2007/0119851, ujawniona została konstrukcja kolejnego pojemnika do materiału wybuchowego. Według tego znanego rozwiązania pojemnik do tłumienia energii wybuchu zawiera kontener do umieszczenia bomby, gdzie ten kontener zawiera zewnętrzną, powstrzymującą siłę wybuchu ostatnią warstwę, oraz jedną lub więcej wewnętrznych warstw w postaci pojemników wypełnianych wodą i/lub gazem, lub innymi materiałami dla oddzielenia tych różnych od siebie warstw wody i/lub gazu, takiego jak azot, oraz warstw materiałów takich jak wełna mineralna. Kontener zawiera także zamykającą pokrywę, zawierającą ostatnią warstwę odporną wybuchowo oraz zawiera jedną lub więcej wewnętrznych warstw pojemników szczelnych dla wody i/lub gazu.

W szeregu znanych rozwi ą zań warstwą tł umi ą c ą jest warstwa wodna lub warstwa trudnozamarzającego roztworu wodnego. Tego rodzaju medium musi być umieszczone wewnątrz komory balistycznej w płaskich pojemnikach, przylegających do ścian komory, które jednak również nie mogą być

PL 208 014 B1 jako takie źródłem dodatkowych odłamków powstałych w wyniku wybuchu i zniszczenia ścian tych pojemników wodnych. W znanych rozwiązaniach stosuje się pojemniki elastyczne o stosunkowo dużych gabarytach jednostkowych z nieprzepuszczalnych tkanin lub z tworzyw sztucznych. Innym znanym rozwiązaniem jest wykorzystanie większej ilości małych elastycznych pojemników z wodą lub roztworem wodnym, ułożonych wokół materiału wybuchowego. Elastyczne pojemniki w czasie wybuchu ulegają odkształceniu lub częściowemu zniszczeniu, a także są miotane, przejmując część energii gazowych produktów wybuchu. W wyniku następuje wytłumienie fali uderzeniowej generowanej w przestrzeni otaczającej ładunek wybuchowy. Dodatkową korzyścią z zastosowania większej iloś ci elastycznych pojemników wodnych jest możliwość równomiernego wypełnienia objętości pojemnika wokół ładunku wybuchowego, a także niewielka stosunkowo utrata właściwości całego wypełnienia w przypadku uszkodzenia jednego z wielu pojemników.

Znanym rodzajem wkładek wypełniających opisane pojemniki są wkładki ze styropianu. Jest to jeden z nielicznych materiałów stałych, który w wyniku detonacji materiału wybuchowego nie generuje dodatkowych niebezpiecznych odłamków.

Znanym rodzajem materiału wypełniającego płaskie komory tłumiące wewnątrz pojemnika, lub stanowiącego samoistne wkładki, są substancje o konsystencji żelu. W rozwiązaniu znanym z publikacji zgłoszenia międzynarodowego nr WO 2004/044520 przedstawiono urządzenie do absorbowania energii wybuchu. Urządzenie stanowi zbiornik posiadający zamykany otwór wlewowy, przy czym materiał wewnątrz zbiornika jest stabilizowany żelem, który stanowi środek absorbujący energię wybuchu. W tym znanym rozwiązaniu żel stanowi bazę w postaci kompozycji żelatyny i/lub skrobi. W korzystnej wersji tego wynalazku kompozycja żelatyny lub skrobi jest zmieszana z innym materiałem, np. z innym ż elem dla zapewnienia konsystencji wł a ś ciwej dla neutralizacji energii wybuchu. Wedł ug tego znanego rozwiązania w urządzeniu, wydzielone są oddzielne komory dla różnych substancji. W tym znanym rozwiązaniu, w całej objętości warstwy żelu zawarte mogą być pęcherzyki, a nawet specjalnie uformowane w procesie technologicznym kieszenie powietrza. Wymienione pęcherzyki lub kieszenie powietrza mogą być w masie żelu, otoczone żelem o różnej gęstości lub lepkości. Według tego znanego rozwiązania, żel może zawierać również cząsteczki innych materiałów, takich jak na przykład popiół.

Według wynalazku, sposób wytwarzania warstwy tłumiącej energię wybuchu, zwłaszcza materiałów wybuchowych, polega na tym, że w pierwszym etapie sporządza się wodną zawiesinę skrobi. Następnie dodaje się do niej chlorek wapnia i prowadzi się w otrzymanym roztworze proces żelowania. Według wynalazku, sposób charakteryzuje się tym, że do wodnej zawiesiny skrobi o temperaturze nie wyższej niż 50°C dodaje się stężony roztwór chlorku wapnia dla uzyskania stężenia chlorku wapnia w powstającym roztworze od 22 do 32 części wagowych chlorku wapnia na 100 części wagowych roztworu. Otrzymany roztwór miesza się. W korzystnym rozwiązaniu według wynalazku, roztwór chlorku wapnia zawiera od 25 do 29 części wagowych chlorku wapnia na 100 części wagowych roztworu. Według tego rozwiązania, proces żelowania mieszaniny prowadzi się w temperaturze, co najmniej 20°C.

Według drugiego wynalazku, sposób wytwarzania warstwy tłumiącej energię wybuchu, zwłaszcza materiałów wybuchowych, charakteryzuje się tym, że do zawiesiny skrobi w wodnym roztworze chlorku wapnia o stężeniu, co najmniej 35 części wagowych chlorku wapnia na 100 części wagowych roztworu i o temperaturze nie przekraczającej 30°C, dodaje się wodę dla uzyskania stężenia chlorku wapnia w powstającym wodnym roztworze od 22 do 32 części wagowych chlorku wapnia na 100 części wagowych roztworu. Proces żelowania według tego wynalazku prowadzi się w roztworze o stopniowo obniżanym stężeniu chlorku wapnia, poprzez stopniowe dodawanie wody do roztworu. W korzystnej wersji tego rozwiązania, roztwór końcowy chlorku wapnia, po rozcieńczeniu zawiera od 25 do 29 części wagowych chlorku wapnia na 100 części wagowych roztworu. W przypadku tego rozwiązania, proces żelowania mieszaniny o kontrolowanym zmniejszającym się stężeniu chlorku wapnia prowadzi się w temperaturze, co najmniej 20°C.

Według trzeciego wynalazku, urządzenie do tłumienia energii wybuchu ma postać pojemnika, którego zewnętrzna ściana stanowi zewnętrzną barierę dla powstrzymania energii wybuchu. Wewnątrz tego pojemnika znajduje się, co najmniej jedna warstwa pochłaniająca energię wybuchu. Wymieniona warstwa zawiera czynnik w postaci substancji o charakterze żelu, absorbujący energię wybuchu, przy czym żel zawiera mieszaninę wody i skrobi. Według wynalazku, urządzenie charakteryzuje się tym, że czynnik w postaci substancji o charakterze żelu zawiera chlorek wapnia w ilości od 22 części wagowych do 32 części wagowych na 100 części wagowych wodnego roztworu. W korzystnej postaci wynalazku, żel zawiera od 25 do 29 części wagowych chlorku wapnia na 100 części wagowych wodnego roztworu. Żel zawiera skrobię w ilości od 5 części wagowych do 50 części wagowych,

PL 208 014 B1 na 100 części wagowych wodnego roztworu. Warstwa żelu może znajdować się w pojemniku z materiału elastycznego. W innym korzystnym rozwiązaniu urządzenia, warstwa żelu może mieć postać półsztywnych wkładek dostosowanych kształtem zewnętrznym do kształtów powierzchni ścian pojemnika. W przypadku wymienionych pojemników z materiału elastycznego, mogą to być pojemniki o kształcie okrągłym, wypełnione żelem. Tego rodzaju pojemniki mogą otaczać ładunek wybuchowy wewnątrz pojemnika ze wszystkich stron. Opisane kuliste pojemniki z tworzywa elastycznego wypełnione mogą być w części żelem oraz w części objętości gazem.

Zastosowanie warstwy żelu według wynalazku powoduje redukcję nadciśnienia fali uderzeniowej generowanej w wyniku detonacji ładunku materiału wybuchowego w stopniu znacznie większym, niż w przypadku stosowania warstw tłumiących o tej samej masie i kształcie, sporządzonych z wody, wodnych roztworów i innych znanych dotychczas, stosowanych w tym celu materiałów.

Zastosowanie warstwy żelu według wynalazku w przypadku detonacji wyrobu zdolnego do tworzenia odłamków, np. pocisku artyleryjskiego, powoduje redukcję energii odłamków lub ich wychwycenie przez warstwę żelu w znacznie większym stopniu, niż w przypadku stosowania warstw tłumiących o tej samej masie i kształcie sporządzonych ze stosowanych dotychczas materiałów, wskazanych wyżej. Dodatkowo warstwa żelu ogranicza ilość stałych produktów detonacji (np. pyłu węgla, węglowodorów itp. substancji) emitowanych do atmosfery.

Warstwa tłumiąca sporządzona z żelu według wynalazku zachowuje swój stan fizyczny i właściwości tłumiące w szerokim zakresie temperatur ujemnych i dodatnich.

Sposób wytwarzania żelowej warstwy tłumiącej według wynalazku, w odróżnieniu od dotychczas znanych sposobów, pozwala na prowadzenie procesu żelowania niemodyfikowanych chemicznie odmian skrobi, np. skrobi ziemniaczanej, w temperaturach pokojowych, bez konieczności prowadzenia tego procesu w wysokich temperaturach. Niska temperatura procesu przedłuża czas żelowania, co pozwala na sporządzanie żelowych warstw tłumiących o dowolnych kształtach, w kontrolowany sposób. Dodatkowo, sposób według wynalazku, pozwala na sporządzanie żeli o zróżnicowanych właściwościach fizyko-mechanicznych, poprzez dobór zawartości w nim poszczególnych składników.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w poniższych przykładach wykonania ilustrujących sposób wytwarzania warstwy tłumiącej energię wybuchu oraz urządzenie do tłumienia energii wybuchu materiałów wybuchowych. Urządzenie do tłumienia energii wybuchu pokazano w przykładzie wykonania na załączonym rysunku.

P r z y k ł a d I

Do pojemnika z tworzywa sztucznego zalewa się 32 części wagowe wody o temperaturze około 20°C i zasypuje 25 części wagowych skrobi ziemniaczanej, a następnie całość miesza się przez czas niezbędny dla wymieszania całej ilości skrobi z wodą.

Do tak sporządzonej zawiesiny skrobi w wodzie dodaje się 68 części wagowych wodnego roztworu chlorku wapnia o stężeniu 39% i temperaturze 20°C i całość intensywnie miesza się. W procesie mieszania temperatura produktu wzrasta do około 25-26°C.

Po upływie 2-3 minut od połączenia składników mieszanina żeluje. Uzyskany żel zawiera 20% wagowych skrobi, rozprowadzonej w wodnym roztworze chlorku wapnia o stężeniu około 26,5%.

P r z y k ł a d II

Do pojemnika z tworzywa sztucznego zalewa się 72 części wagowe wodnego roztworu chlorku wapnia o stężeniu 39% i o temperaturze około 20°C, po czym do pojemnika zasypuje się 50 części wagowych skrobi ziemniaczanej, a następnie całość miesza się przez czas niezbędny dla wymieszania całej ilości skrobi z tym roztworem.

Do tak sporządzonej zawiesiny skrobi w roztworze chlorku wapnia dodaje się 28 części wagowych wody o temperaturze 20°C i całość intensywnie miesza się. W procesie mieszania temperatura produktu wzrasta do około 23°C.

Po upływie 2-3 minut od połączenia składników, mieszanina żeluje. Uzyskany żel zawiera 33,3% wagowych skrobi, rozprowadzonej w wodnym roztworze chlorku wapnia o stężeniu około 28,1%.

P r z y k ł a d III

Jak to pokazano na załączonym rysunku w przykładzie wykonania, urządzenie do tłumienia energii wybuchu ma w postać cylindrycznego pojemnika o średnicy 300 mm o pionowej osi symetrii, którego zewnętrzna stalowa ściana 1 o grubości 12 mm stanowi zewnętrzną barierę zabezpieczającą otoczenie przed skutkami wybuchu w płaszczyźnie poziomej. Nie wyklucza się wykonania pojemnika według wynalazku w innym przykładowym kształcie, w szczególności w kształcie cylindra o poziomej osi symetrii, lub w innych kształtach.

PL 208 014 B1

Wewnątrz tego pojemnika znajduje się, w pobliżu jego dna, warstwa żelu 2 o przykładowej masie 13 kg pochłaniająca energię wybuchu. Wymieniona warstwa 2 ma przykładową postać wkładki na dnie pojemnika wykonanej z substancji o charakterze żelu, stanowiącego mieszaninę wody i skrobi. Wymieniona warstwa 2 substancji o charakterze żelu zawiera w tym przykładzie wykonania chlorek wapnia w ilości 27 części wagowych na 100 części wagowych wodnego roztworu chlorku wapnia. Dla przygotowania 100 kg tej substancji zużyto 21,2 kg skrobi, 21,2 kg chlorku wapnia i 57,6 kg wody.

W przedstawionym przykładzie wykonania urządzenia według wynalazku, warstwa 2 żelu ma postać półsztywnej wkładki w kształcie kolistym. Jak pokazano na załączonym rysunku, pojemnik przykryty jest pokrywą 3 zawierającą zamocowaną do tej pokrywy od strony wnętrza pojemnika warstwą 4 żelu. W innych przykładach wykonania dopuszcza się wykonanie pojemnika z dodatkową warstwą żelu w pobliżu ścian bocznych, lub z jedną tylko warstwą żelu zamocowaną do dna lub do pokrywy urządzenia.

Detonacja ładunku dynamitu o masie 250 kg wewnątrz pojemnika według wynalazku generuje w odległości 120 cm od tego pojemnika falę uderzeniową o nadciśnieniu 4,3 kPa. Identycznie wykonana próba w przypadku zastosowania w pojemniku warstw tłumiących z wody o tej samej masie, wykazała nadciśnienie fali równe 15,2 kPa tj. około 3,5-krotnie wyższe.

Nie wyklucza się wykonania wkładek żelowych w innych postaciach, na przykład w postaci miękkich kulistych pojemników gumowych, które w jednych przykładach wykonania mogą być wypełnione żelem, zaś w innych przykładach wykonania mogą być wypełnione w 70% żelem, a w 30% wypełnione powietrzem.

Detonacja w tym przykładowym rozwiązaniu pojemnika według wynalazku ładunku dynamitu o masie 250 kg wewnątrz pojemnika według wynalazku generuje w odległoś ci 120 cm od tego pojemnika falę uderzeniową o nadciśnieniu 5,2 kPa. Identycznie wykonana próba w przypadku zastosowania w pojemniku warstw tłumiących z wody o tej samej masie, wykazała nadciśnienie fali równe 15,8 kPa tj. około 3-krotnie wyższe.

Pokrywa 3 zamocowana jest do korpusu pojemnika na wysuwnych prowadnicach 5. Jak pokazano na załączonym rysunku pojemnik zawiera wewnątrz skrzynkę 6 do umieszczenia w niej ładunku materiału wybuchowego.

Claims (11)

1. Sposób wytwarzania warstwy tłumiącej energię wybuchu, zwłaszcza materiałów wybuchowych, polegający na tym, że sporządza się wodną zawiesinę skrobi i prowadzi się proces żelowania, znamienny tym, że do wodnej zawiesiny skrobi o temperaturze nie wyższej niż 50°C dodaje się stężony roztwór chlorku wapnia dla uzyskania stężenia chlorku wapnia w powstającym roztworze od 22 do 32 części wagowych chlorku wapnia na 100 części wagowych roztworu i całość miesza się.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że roztwór chlorku wapnia zawiera od 25 do 29 części wagowych chlorku wapnia na 100 części wagowych roztworu.

3. Sposób według zastrz. 1, albo 2, znamienny tym, że proces żelowania mieszaniny prowadzi się w temperaturze co najmniej 20°C.

4. Sposób wytwarzania warstwy tłumiącej energię wybuchu, zwłaszcza materiałów wybuchowych, polegający na tym, że sporządza się wodną zawiesinę skrobi i prowadzi się proces żelowania, znamienny tym, że do zawiesiny skrobi w wodnym roztworze chlorku wapnia o stężeniu co najmniej 35 części wagowych chlorku wapnia na 100 części wagowych roztworu i o temperaturze nie przekraczającej 30°C, dodaje się wodę dla uzyskania stężenia chlorku wapnia w powstającym wodnym roztworze od 22 do 32 części wagowych chlorku wapnia na 100 części wagowych roztworu.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że roztwór chlorku wapnia zawiera od 25 do 29 części wagowych chlorku wapnia na 100 części wagowych roztworu.

6. Sposób według zastrz. 4, albo 5, znamienny tym, że proces żelowania mieszaniny prowadzi się w temperaturze co najmniej 20°C.

7. Urządzenie do tłumienia energii wybuchu, w postaci pojemnika, którego zewnętrzna ściana stanowi zewnętrzną barierę dla powstrzymania energii wybuchu, przy czym wewnątrz tego pojemnika znajduje się, co najmniej jedna warstwa pochłaniająca energię wybuchu, gdzie ta warstwa zawiera czynnik w postaci substancji o charakterze żelu, absorbujący energię wybuchu, przy czym żel zawiera

PL 208 014 B1 mieszaninę wody i skrobi, znamienny tym, że warstwa (2, 4) żelu zawiera chlorek wapnia w ilości od 22 części wagowych do 32 części wagowych na 100 części wagowych wodnego roztworu.

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, ż e żel zawiera od 25 do 29 części wagowych chlorku wapnia na 100 części wagowych wodnego roztworu.

9. Urządzenie według zastrz. 7, albo 8, znamienne tym, że żel zawiera skrobię w ilości od 5 części wagowych do 50 części wagowych, na 100 części wagowych roztworu chlorku wapnia.

10. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że warstwa żelu znajduje się w pojemniku z materiał u elastycznego.

11. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że warstwa żelu ma postać półsztywnych wkładek dostosowanych kształtem zewnętrznym do kształtów powierzchni ścian pojemnika.