RU2216531C2 - Method of formation and explosion of a fuel-air cloud - Google Patents
Method of formation and explosion of a fuel-air cloud Download PDFInfo
- Publication number
- RU2216531C2 RU2216531C2 RU2001127048A RU2001127048A RU2216531C2 RU 2216531 C2 RU2216531 C2 RU 2216531C2 RU 2001127048 A RU2001127048 A RU 2001127048A RU 2001127048 A RU2001127048 A RU 2001127048A RU 2216531 C2 RU2216531 C2 RU 2216531C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- air
- cloud
- explosion
- explosive
- Prior art date
Links
Landscapes
- Feeding And Controlling Fuel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к исследованиям режимов сгорания крупномасштабных паровых топливно-воздушных облаков и может быть использовано: I) в оборонной технике для создания объемно-детонирующих систем (ОДС) в боеприпасах объемного взрыва (ОВ), а также в технике гражданского назначения для борьбы с летучими насекомыми-вредителями (саранчой); II) в испытательной технике для моделирования аварий на химических производствах. The invention relates to studies of the combustion regimes of large-scale steam air-fuel clouds and can be used: I) in defense technology to create volume-detonating systems (ODS) in volumetric explosion ammunition (OM), as well as in civil engineering for combating volatile insects - pests (locust); II) in test equipment for modeling accidents in chemical plants.
Известно, что сгорание (взрыв) топливно-воздушных облаков может протекать в двух режимах: 1) в режиме горения (дефлаграции) в виде расширяющегося огненного шара (ОШ) с видимой скоростью пламени ~101 м/с; 2) в режиме детонации со скоростью ~103 м/с, сопровождающейся формированием и распространением ударной волны (УВ) (см., например, [I]. Маршалл В. Основные опасности химических производств. - М.: Мир, 1989, с.112-356; [2]. Нетлетон М. Детонация в газах. - М.: Мир, 1989, с.84-157; [3]. Карелин В.А. Взрыв объемный // Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь /Под ред. Жукова Б.П. - М.: Янус-К, 2000, с.75-77). Соответственно этому основным поражающим фактором ОШ является воздействие мощных тепловых потоков величиной более 2,1•104 Вт/м2, основным поражающим фактором УВ - механическое воздействие избыточного давления величиной более 0,03-0,04 МПа. Кроме того, возможен промежуточный режим сгорания облака со скоростью ~102 м/с, возникающий при ускорении пламени и соответствующий переходу горения в детонацию. Для всех режимов сгорания характерно обеднение атмосферы кислородом в зоне энерговыделения и образование монооксида углерода. Различают топливно-воздушные облака либо в свободном (незамкнутом) незагроможденном пространстве, либо в частично загроможденном пространстве (например, при наличии строений), в различных складках местности и полузамкнутых объемах, а также в квазизамкнутых объемах (внутри строений). В зависимости от химического состава и концентрации топлива в смеси с воздухом, геометрии и размеров облака, состояния пространства (свободное или замкнутое, незагроможденное или загроможденное), а также от способа и энергии инициирования процесса сгорания смеси в облаке реализуется либо дефлаграция, либо переходный режим сгорания, либо детонация.It is known that the combustion (explosion) of fuel-air clouds can occur in two modes: 1) in the combustion (deflagration) mode in the form of an expanding fireball (OR) with a visible flame velocity of ~ 10 1 m / s; 2) in the detonation mode at a speed of ~ 10 3 m / s, accompanied by the formation and propagation of a shock wave (shock wave) (see, for example, [I]. Marshall V. The main hazards of chemical production. - M .: Mir, 1989, p. .112-356; [2]. Netleton M. Detonation in gases. - M .: Mir, 1989, pp. 84-157; [3]. Karelin VA. Volumetric explosion // Energy condensed systems. Brief Encyclopedic Dictionary / Under the editorship of Zhukov B.P. - M .: Janus-K, 2000, p. 75-77). Accordingly, the main damaging factor of OS is the effect of powerful heat fluxes of more than 2.1 • 10 4 W / m 2 , the main damaging factor of HC is the mechanical effect of excessive pressure of more than 0.03-0.04 MPa. In addition, an intermediate mode of cloud combustion is possible at a speed of ~ 10 2 m / s, which occurs when the flame accelerates and corresponds to the transition of combustion to detonation. All combustion modes are characterized by depletion of the atmosphere with oxygen in the energy release zone and the formation of carbon monoxide. There are air-fuel clouds either in a free (open) uncluttered space, or in a partially cluttered space (for example, if there are buildings), in various terrain folds and semi-closed volumes, as well as in quasi-closed volumes (inside buildings). Depending on the chemical composition and concentration of fuel in the mixture with air, the geometry and size of the cloud, the state of space (free or closed, uncluttered or cluttered), as well as on the method and energy of initiating the combustion process of the mixture in the cloud, either deflagration or transitional combustion or detonation.
I. Создание ОДС в боеприпасах ОВ основано на использовании в качестве горючей компоненты жидких органических соединений (окись этилена, окись пропилена, метан, бензин) и мелкодисперсных твердых горючих материалов (алюминий, углерод и пр.), помещаемых в корпус боеприпаса. После срабатывания диспергирующего заряда твердого взрывчатого вещества (ВВ) горючее распыляется в окружающей атмосфере, в результате чего образуется облако топливно-воздушной смеси. Подрыв облака осуществляется различными способами: а) взрывом заряда обычного твердого ВВ; б) химическим инициированием путем использования специальных видов окислителя (например, СlF3 или BrF3) и катализатора (F); в) фотохимическим воспламенением под воздействием ультрафиолетовых лучей, вызывающих фотодиссоциацию соединений; г) использованием теплового механизма инициирования под действием лазерного излучения ([4]. Дмитриев В. Боеприпасы объемного взрыва. // Зарубежное военное обозрение. 1983, 9, с.48-53). Усиление поражающего действия ОДС по сравнению с взрывом равной массы обычного твердого ВВ связано как с увеличением полной энергии взрыва (например, тротиловый эквивалент детонации углеводородов по энергии УВ составляет 2,5-3), так и со значительным увеличением размера зоны энерговыделения, что, в свою очередь, приводит к увеличению размера зоны поражения УВ. Например, при взрыве боеприпаса ОВ с метановым зарядом весом 1000 кг диаметр зоны детонации составляет 20-40 м, а диаметр зоны поражения УВ оценивается в 300-500 м ([5]. Колесников Ю. Боеприпасы объемного взрыва. // Зарубежное военное обозрение. 1980, 8, с.23-26).I. The creation of ODS in OM ammunition is based on the use of liquid organic compounds (ethylene oxide, propylene oxide, methane, gasoline) and finely divided solid combustible materials (aluminum, carbon, etc.) placed in the ammunition shell as a combustible component. After the dispersing charge of a solid explosive (BB) is triggered, the fuel is sprayed in the surrounding atmosphere, resulting in a cloud of fuel-air mixture. The cloud is undermined in various ways: a) by the explosion of a charge of an ordinary solid explosive; b) chemical initiation by using special types of oxidizing agent (for example, ClF 3 or BrF 3 ) and a catalyst (F); c) photochemical ignition under the influence of ultraviolet rays, causing photodissociation of compounds; d) using the thermal mechanism of initiation under the action of laser radiation ([4]. V. Dmitriev. Ammunition of a volume explosion. // Foreign Military Review. 1983, 9, p. 48-53). An increase in the damaging effect of ODS in comparison with an equal mass explosion of a conventional solid explosive is associated both with an increase in the total explosion energy (for example, the TNT equivalent of hydrocarbon detonation in terms of HC energy is 2.5-3) and with a significant increase in the size of the energy release zone, which, in in turn, leads to an increase in the size of the HC lesion zone. For example, in the explosion of an explosive ordnance with a methane charge of 1000 kg, the diameter of the detonation zone is 20–40 m, and the diameter of the explosive zone is estimated at 300–500 m ([5]. Kolesnikov Yu. Ammunition of a volume explosion. // Foreign Military Review. 1980, 8, pp. 23-26).
Общим недостатком ОДС является снижение эффективности (надежности) их применения при повышенной влажности, атмосферных осадках, низкой температуре, сильном ветре. A common disadvantage of ODS is a decrease in the efficiency (reliability) of their use in high humidity, precipitation, low temperature, and strong winds.
В настоящее время разработка боеприпасов ОВ включает в себя применение высокоэнергетических топлив, оптимальное формирование топливно-воздушных облаков и их иницирование, ослабление зависимости эффективности действия ОДС от метеорологических условий, использование разнообразных средств доставки боеприпаса к цели. Следует отметить необходимость использования сравнительно дешевых видов топлива, а также необходимость обеспечения простоты изготовления боеприпаса и безопасности обращения с ним, которая достигается как надежностью конструкции, так и отсутствием токсических окислителей и катализаторов. At present, the development of explosive ordnance includes the use of high-energy fuels, the optimal formation of fuel-air clouds and their initiation, the weakening of the dependence of the effectiveness of the UDS on weather conditions, and the use of various means of delivering ammunition to the target. It should be noted the need to use relatively cheap types of fuel, as well as the need to ensure ease of manufacture of ammunition and safe handling, which is achieved both by the reliability of the design and the absence of toxic oxidizing agents and catalysts.
II. Аварии на химических производствах с использованием жидких топлив (в частности, углеводородов), как правило, протекают в виде пожаров. Оценочный анализ [1] показал, что, размер зоны поражения тепловыми потоками с 50% летальных исходов приблизительно в 2,5 раза больше диаметра ОШ Dош, размер зоны с 1% летальных исходов составляет приблизительно 3Dош, а порог образования волдырей соответствует размеру, равному приблизительно 6Dош. Более подробные исследования показали, что, например, при сгорании 1000 кг жидкого углеводорода диаметр ОШ составляет около 55 м, а диаметры зон поражения ОШ составляют 160-260 м при ожогах третьей степени и 300-480 м при ожогах второй степени. Эти расстояния сравнимы с указанными выше размерами зоны поражения УВ при взрыве боеприпаса ОВ, содержащего 1000 кг метана. Исследование возможных последствий несанкционированных выбросов жидких углеводородов осуществляется в модельных и в натурных экспериментах (см. [1, 2], а также [6] . Махвиладзе Г. М., Якуш С.Е. Моделирование огненных шаров при горении выбросов углеводородных топлив // Сборник "Химическая физика процессов горения и взрыва". XII Симпозиум по горению и взрыву. Часть II. Черноголовка: Институт проблем химической физики, 11-15 сентября 2000, с.95-97; [7]. Болодьян И. А. , Карпов В.Л., Лагозин А.Ю. и др. О режиме сгорания газопаровоздушных облаков на объектах нефтегазодобычи // Сборник "Химическая физика процессов горения и взрыва". XII Симпозиум по горению и взрыву. Часть III. Черноголовка: Институт проблем химической физики, 11-15 сентября 2000, с. 35-36. ). При внезапной разгерметизации сосудов со сжиженным углеводородом происходит вскипание жидкости и образование двухфазной смеси паров и мелкодисперсных жидких капель, истекающей из сосуда в окружающую атмосферу. При перемешивании паров и капель с воздухом образуется облако из топливно-воздушной смеси, способной к возгоранию под действием внешнего воздействия (теплового, химического, излучательного, взрывного). Исследования взрывов таких смесей показали, что при линейных размерах неограниченных облаков величиной до 50 м сгорание их в свободном незагроможденном пространстве происходит в режиме дефлаграции. Для детонации же требуются размеры облаков более 50 м. Общим недостатком моделирования аварий на химических производствах является отсутствие систематических исследований режимов сгорания сталкивающихся облаков из топливно-воздушных смесей. Подобные конфигурации возникают при разгерметизации двух и более сосудов со сжиженным топливом. Турбулизация топливно-воздушных потоков в области столкновения облаков способствует ускорению пламени, что, в свою очередь, способствует переходу горения в детонацию.II. Accidents at chemical plants using liquid fuels (in particular, hydrocarbons), as a rule, occur in the form of fires. Evaluation analysis [1] showed that, the size of the heat affected zone with 50% of lethal outcomes is approximately 2.5 times larger than the diameter of the OSD D Ош , the size of the zone with 1% of lethal outcomes is approximately 3D Ош , and the threshold for the formation of blisters corresponds to the size equal to approximately 6D Osh . More detailed studies have shown that, for example, when 1000 kg of liquid hydrocarbon is burned, the diameter of the OS is about 55 m, and the diameters of the zones of damage to the OS are 160-260 m for third-degree burns and 300-480 m for second-degree burns. These distances are comparable with the above dimensions of the zone of destruction of hydrocarbons in the explosion of explosive ordnance containing 1000 kg of methane. A study of the possible consequences of unauthorized emissions of liquid hydrocarbons is carried out in model and field experiments (see [1, 2], as well as [6]. Makhviladze G. M., Yakush S. E. Modeling of fireballs during burning of hydrocarbon fuel emissions // Collection "Chemical Physics of Combustion and Explosion Processes. XII Symposium on Combustion and Explosion. Part II. Chernogolovka: Institute of Problems of Chemical Physics, September 11-15, 2000, pp. 95-97; [7]. IA Bolodyan, Karpov VL, Lagozin A.Yu. et al. On the combustion mode of gas-vapor clouds at oil and gas facilities production // Collection "Chemical Physics of Combustion and Explosion Processes. XII Symposium on Combustion and Explosion. Part III. Chernogolovka: Institute of Problems of Chemical Physics, September 11-15, 2000, pp. 35-36.). With a sudden depressurization of vessels with a liquefied hydrocarbon, liquid boils up and a two-phase mixture of vapors and finely dispersed liquid drops forms, flowing out of the vessel into the surrounding atmosphere. When vapors and droplets are mixed with air, a cloud is formed from the fuel-air mixture capable of igniting under the influence of external influences (thermal, chemical, radiative, explosive). Studies of the explosions of such mixtures showed that with linear dimensions of unlimited clouds up to 50 m in size, their combustion in free uncluttered space occurs in a deflagration mode. For detonation, cloud sizes of more than 50 m are required. A common drawback of accident modeling in chemical production is the lack of systematic studies of the combustion regimes of colliding clouds from air-fuel mixtures. Similar configurations arise during the depressurization of two or more vessels with liquefied fuel. Turbulization of fuel-air flows in the area of cloud collision contributes to the acceleration of the flame, which, in turn, contributes to the transition of combustion to detonation.
Известен способ возбуждения взрыва топливно-воздушной смеси, заключающийся в диспергировании в воздухе с помощью взрыва облака жидких капель, 50% которых составляет окись этилена и 50% - окись пропилена, детонировании облака капель под воздействием детонаторов, диспергированных вместе с ним во время взрыва ([8]. Патент США 4157928, МКИ С 06 В 23/00). A known method of generating an explosion of a fuel-air mixture, which consists in dispersing in the air by means of an explosion a cloud of liquid droplets, 50% of which is ethylene oxide and 50% propylene oxide, detonating a cloud of droplets under the influence of detonators dispersed with it during the explosion ([ 8]. US Pat. No. 4,157,928, MKI C 06 V 23/00).
К недостаткам известного способа относится размещение диспергирующего (разрывного) заряда и детонаторов внутри сосуда с топливом, что усложняет изготовление боеприпаса и понижает безопасность обращения с ним. The disadvantages of this method include the placement of a dispersing (explosive) charge and detonators inside the vessel with fuel, which complicates the manufacture of ammunition and reduces the safety of handling it.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является малокалиберная бомба, работающая на взрывной топливно-воздушной смеси ([9]. Патент США 3940443, МКП F 42 В 25/12). Авиационная бомба малого калибра, предназначенная для создания и диспергирования сплошного рассеивающегося в горизонтальной плоскости выбранной цели облака из топливно-воздушной смеси, состоит из а) удлиненного герметично закрытого корпуса с насечками по всей длине; б) горючей жидкости, заполняющей указанный корпус; в) удлиненного разрывного заряда, заключенного по центру внутри указанного корпуса для образования детонационных волн, разрушающих указанный корпус по указанным насечкам и быстро проталкивающих указанную жидкость радиально из указанного корпуса в окружающую атмосферу, при этом указанная горючая жидкость распыляется, частично испаряясь и смешиваясь с воздухом, образуя таким образом по существу сплошное и симметричное облако воспламеняющейся среды, расширяющееся в радиальном направлении из указанного корпуса; г) по крайней мере одного запаздывающего по времени детонатора, включающего взрывной заряд и запаздывающий временной механизм, приспособленный к тому, чтобы быть сынициированным детонационными волнами, пропускаемыми через него, и чтобы осуществить детонацию указанного взрывного заряда с предварительно подобранной задержкой; д) средств для установки указанного запаздывающего по времени детонатора внутри указанного корпуса таким образом, чтобы детонационные волны, производимые при посредстве детонации указанного разрывного заряда, могли бы сталкиваться на нем, обуславливая инициирование указанного детонатора и выталкивание его наружу в облако горючей жидкости по мере его формирования, посредством чего последующая детонация указанного облака может быть вызвана с помощью задержанной детонации указанного взрывного заряда; е) взрывателя и вспомогательных средств для осуществления его детонации. Closest to the invention in technical essence is a small-caliber bomb operating on an explosive air-fuel mixture ([9]. US Patent 3940443, MCP F 42 V 25/12). A small-caliber aviation bomb, designed to create and disperse a continuous cloud of a fuel-air mixture scattered in the horizontal plane of a selected target, consists of a) an elongated hermetically sealed enclosure with notches along the entire length; b) flammable liquid filling the specified housing; c) an elongated explosive charge enclosed in the center inside the specified housing for the formation of detonation waves that destroy the specified housing on the specified notches and quickly push the specified fluid radially from the specified housing into the surrounding atmosphere, while the specified combustible liquid is atomized, partially evaporated and mixed with air, thus forming an essentially continuous and symmetrical cloud of flammable medium, expanding in the radial direction from the specified body; d) at least one time-delayed detonator, including an explosive charge and a delayed time mechanism, adapted to be detonated by the detonation waves transmitted through it, and to detonate the specified explosive charge with a pre-selected delay; e) means for installing said time-delayed detonator inside said housing so that detonation waves produced by detonating said bursting charge could collide on it, causing said detonator to initiate and push it out into a cloud of combustible liquid as it forms whereby subsequent detonation of said cloud can be caused by delayed detonation of said explosive charge; f) fuse and auxiliary means for the implementation of its detonation.
Эффективность бомбы подтверждается следующим примером. The effectiveness of the bomb is confirmed by the following example.
Вертикально направленную полость, ограниченную тонкими, вертикально насеченными алюминиевыми стенками, заполняют зарядом жидкого топлива из окиси этилена массой около 5 кг. Разрывной (вышибной) заряд массой около 90 г детонируют внутри полости. В результате этого в течение 40 миллисекунд (мс) устанавливается горизонтально расположенное, существенно симметричное облако с горизонтальными размерами приблизительно 6х9 м и толщиной около 0,6 м. По истечении периода задержки в 40 мс облако детонируют с помощью "пиро-запаздывающих" устройств. Устанавливается детонация со скоростью приблизительно 1500 м/с, в результате чего на поверхности, предварительно покрытой облаком, достигается избыточное давление величиной приблизительно 14 кг/см2. Длительность действия этого установленного избыточного давления была равна приблизительно 2,5-3 мс, что полагается достаточным для боевых целей.A vertically directed cavity bounded by thin vertically incised aluminum walls is filled with a charge of liquid fuel from ethylene oxide weighing about 5 kg. An explosive (knock-out) charge weighing about 90 g is detonated inside the cavity. As a result of this, a horizontally located, substantially symmetrical cloud with horizontal dimensions of approximately 6x9 m and a thickness of about 0.6 m is established within 40 milliseconds (ms). After a delay period of 40 ms, the cloud is detonated using pyro-retarded devices. A detonation is established at a speed of approximately 1500 m / s, as a result of which an excess pressure of approximately 14 kg / cm 2 is reached on a surface previously covered with a cloud. The duration of this established overpressure was approximately 2.5-3 ms, which is believed to be sufficient for combat purposes.
Недостатками известного устройства являются: а) необходимость вертикального расположения корпуса (контейнера), что не всегда может быть выполнено при бомбометании на складки местности; б) наличие насечек на корпусе, ослабляющих его стенки, что снижает надежность конструкции и безопасность обращения с боеприпасом; в) расположение разрывного заряда внутри контейнера, что усложняет конструкцию; г) применение сложной системы инициирования; д) использование в качестве горючей жидкости окиси этилена, что "ограничивает боевое применение в условиях отрицательных температур", поскольку "при температурах ниже -7oС возникает объемное сжатие окиси этилена, что обусловливает образование пустот внутри контейнера и оголение вышибного заряда", что, в свою очередь, приводит к образованию топливно-воздушного облака "с неопределенной концентрацией, что вызовет снижение боевой эффективности" (см. ссылку [4] , с.50); е) детонация разрывного заряда вызывает детонацию окиси этилена до разрыва стенки контейнера, что приводит к частичным потерям энергии горючей жидкости до образования облака; ж) сравнительно малая толщина дискообразного облака и короткий период времени его образования до инипирования приводят к неполному перемешиванию топлива с воздухом, в результате чего в процессе детонации облака используется около 80% окиси этилена, около 20% топлива остается в основном в виде осадков на грунт и в виде несгоревших паров (см. ссылку [4], с.50).The disadvantages of the known device are: a) the need for vertical location of the hull (container), which can not always be done when bombing on terrain; b) the presence of notches on the case, weakening its walls, which reduces the reliability of the design and the safety of handling of ammunition; c) the location of the bursting charge inside the container, which complicates the design; d) the use of a complex initiation system; e) the use of ethylene oxide as a combustible liquid, which "limits the combat use in conditions of negative temperatures", because "at temperatures below -7 o C there is a volumetric compression of ethylene oxide, which causes the formation of voids inside the container and exposing the expelling charge", which in turn, leads to the formation of a fuel-air cloud "with an indefinite concentration, which will cause a decrease in combat effectiveness" (see link [4], p.50); e) the detonation of a bursting charge causes the detonation of ethylene oxide to rupture the container wall, which leads to partial loss of energy of the combustible liquid until a cloud forms; g) the comparatively small thickness of the disk-shaped cloud and the short period of its formation before initiation lead to incomplete mixing of fuel with air, as a result of which about 80% of ethylene oxide is used in the process of detonation of the cloud, about 20% of the fuel remains mainly in the form of precipitation on the ground and in the form of unburned vapors (see reference [4], p.50).
Решаемой технической задачей является разработка достаточно простого, безопасного и надежного, серийно осуществимого способа образования и взрыва топливно-воздушного облака, обеспечивающего его применение в боеприпасах объемного взрыва, а также при моделировании аварий, возникающих при выбросах углеводородов на химических производствах. The technical task to be solved is the development of a fairly simple, safe and reliable, commercially feasible method of formation and explosion of a fuel-air cloud, which ensures its use in ammunition of a volume explosion, as well as in modeling accidents arising from the emission of hydrocarbons in chemical plants.
Новый технический результат, получаемый при осуществлении предлагаемого способа, заключается в упрощении процесса формирования и инициирования топливно-воздушного облака. A new technical result obtained by the implementation of the proposed method is to simplify the process of formation and initiation of a fuel-air cloud.
Указанный технический результат достигается способом, заключающимся во взрывном диспергировании жидкого топлива в воздух и инциировании его взрыва, при котором, согласно изобретению, в качестве топлива используют сжиженный углеводород, инициирование осуществляют взрывным диспергированием высокодисперсного порошка горючих металлов в топливно-воздушное облако, диспергирование топлива и порошка производят одновременно при концентрации топлива в облаке, достаточной для осуществления поджига, при этом понижают температуру продуктов взрыва разрывного заряда с помощью охлаждающей жидкости. Использование сжиженного углеводорода позволяет избежать преждевременного детонирования топлива внутри контейнера. Осуществление инициирования образовавшегося топливно-воздушного облака взрывным диспергированием высокодисперсного порошка горючих металлов позволяет создавать на развитой поверхности облака множество очагов реакций сгорания, локализованных в области интенсивного перемешивания топлива с воздухом. Одновременное диспергирование топлива и порошка обеспечивает достижение концентрации топлива в облаке, достаточной для его поджига. Понижение температуры продуктов взрыва разрывного заряда предотвращает преждевременное возгорание топлива до его перемешивания с воздухом и образования топливно-воздушного облака. The specified technical result is achieved by the method consisting in explosive dispersion of liquid fuel into the air and initiation of its explosion, in which, according to the invention, liquefied hydrocarbon is used as fuel, initiation is carried out by explosive dispersion of a finely dispersed powder of combustible metals into a fuel-air cloud, dispersion of fuel and powder produced simultaneously at a fuel concentration in the cloud sufficient to carry out ignition, while lowering the temperature of the products zryva bursting charge by a cooling fluid. The use of liquefied petroleum hydrocarbon avoids premature detonation of fuel inside the container. The initiation of the resulting air-fuel cloud by explosive dispersion of a finely divided powder of combustible metals allows the creation of a large number of foci of combustion reactions on the developed surface of the cloud, localized in the area of intense mixing of fuel with air. The simultaneous dispersion of fuel and powder ensures that the concentration of fuel in the cloud is sufficient to ignite it. Lowering the temperature of the products of the explosion of the explosive charge prevents premature ignition of the fuel before it mixes with air and the formation of a fuel-air cloud.
Предлагаемый способ реализуется в схеме, приведенной на чертеже. The proposed method is implemented in the circuit shown in the drawing.
Система формирования и инициирования топливно-воздушного облака состоит из замкнутого герметичного контейнера 1, заполненного сжиженным углеводородом 2, разрывного заряда ВВ 3, установленного в непосредственном контакте с наружной поверхностью контейнера, охлаждающей жидкости 4 в пластиковой оболочке, окружающей разрывной заряд ВВ и контейнер, инициирующего заряда ВВ 5, размещенного вне контейнера, слоя высокодисперсного порошка горючего металла 6, нанесенного на поверхность инициирующего заряда ВВ. The system for the formation and initiation of a fuel-air cloud consists of a closed airtight container 1 filled with liquefied hydrocarbon 2, a bursting explosive charge 3 installed in direct contact with the outer surface of the container, coolant 4 in a plastic shell surrounding the bursting explosive charge and a container initiating charge EXPLOSIVES 5, placed outside the container, a layer of highly dispersed powder of combustible metal 6 deposited on the surface of the initiating charge of the explosives.
Система работает следующим образом. The system operates as follows.
Подрыв разрывного и инициирующего зарядов ВВ 3 и 5 производят одновременно. Образование топливно-воздушного облака осуществляется путем взрывного диспергирования сжиженного углеводорода 2 из контейнера 1 в окружающую атмосферу, происходящего в результате взрыва разрывного заряда ВВ 3, что приводит к сквозному разрушению стенки контейнера. Для предотвращения преждевременного воспламенения углеводорода 2 в процессе его истечения из контейнера 1 в атмосферу температуру продуктов взрыва разрывного заряда ВВ 3 понижают за счет перемешивания с охлаждающей жидкостью 4. Инициирование топливно-воздушного облака осуществляют путем взрывного диспергирования в него высокодисперсного порошка горючего металла 6, предварительно нанесенного на поверхность инициирующего заряда ВВ 5, размещенного вне контейнера на заданном расстоянии, обеспечивающем концентрацию топлива в облаке, достаточную для осуществления поджига. The blasting of the explosive and initiating charges of explosives 3 and 5 is carried out simultaneously. The formation of a fuel-air cloud is carried out by explosive dispersion of a liquefied hydrocarbon 2 from a container 1 into the surrounding atmosphere, resulting from the explosion of an explosive charge BB 3, which leads to through destruction of the container wall. To prevent premature ignition of hydrocarbon 2 during its expiration from the container 1 into the atmosphere, the temperature of the explosion products of the explosive charge BB 3 is lowered by mixing with coolant 4. The fuel-air cloud is initiated by explosively dispersing highly dispersed powder of combustible metal 6, previously applied to the surface of the initiating charge of explosive 5, placed outside the container at a predetermined distance, providing fuel concentration in the cloud, atochnuyu for ignition.
Реализация предлагаемого способа подтверждается следующими примерами. The implementation of the proposed method is confirmed by the following examples.
Пример 1. Контейнер - промышленный баллон емкостью 27 л, заполненный сжиженным пропан-бутаном массой около 11 кг, устанавливают горизонтально на поверхности земли. Сверху на стенку баллона накладывают разрывной заряд ВВ массой около 70 г в виде продольной полосы длиной 26 см, на конце которой устанавливают электродетонатор (ЭД). Полосу ВВ с ЭД сверху закрывают слоем воды высотой около 2 см в полиэтиленовой оболочке. На расстоянии 2,7 м от "центра" баллона помещают инициирующий заряд ВВ массой около 200 г со слоем алюминиевой пудры массой около 200 г, нанесенным на обращенную к баллону поверхность заряда ВВ. Указанное расстояние соответствует средней концентрации пропана в облаке при вскрытии баллона, равной 5,7% и достаточной для поджига топливно-воздушной смеси. На обратную поверхность заряда ВВ устанавливают ЭД. Электрические импульсы подают одновременно на оба ЭД. Киносъемка процесса показала, что через 100 мс после взрыва разрывного и инициирующего зарядов ВВ над поверхностью земли сформировалось топливно-воздушное облако высотой около 10 м и продольным (вдоль поверхности земли) размером около 7 м, которое воспламенилось в зоне вбрасывания в него алюминиевой пудры. В процессе сгорания и расширения облака средняя видимая скорость распространения пламени по его поверхности составляла приблизительно 20-30 м/с. Приблизительно через 0,4 с после воспламенения облака максимальный размер огненного шара составлял около 10-12 м. Измеренные характеристики приблизительно соответствуют теоретическим оценкам, полученным на основании зависимостей [1, 6] параметров сгорания топливно-воздушного облака от массы топлива: масштаб видимой скорости пламени равен 10 м/с, диаметр огненного шара равен 12 м, масштаб времени выгорания облака составляет 1 с. Следовательно, в соответствии с представлениями [1] о поражающих факторах огненного шара, в данном варианте формирования и инициирования топливно-воздушного облака радиус зоны поражения тепловым потоком составляет 12-19 м при ожогах третьей степени и 22-36 м при ожогах второй степени. Это дает основания для применения предлагаемого способа как в оборонных целях, так и в задачах моделирования аварийных выбросов углеводородов на химических производствах. Example 1. The container is an industrial cylinder with a capacity of 27 l, filled with liquefied propane-butane weighing about 11 kg, set horizontally on the surface of the earth. A burst explosive charge of about 70 g in weight is placed on top of the cylinder wall in the form of a longitudinal strip 26 cm long, at the end of which an electric detonator (ED) is installed. The explosive strip with ED on top is closed with a layer of water about 2 cm high in a polyethylene sheath. At a distance of 2.7 m from the "center" of the balloon, an initiating explosive charge weighing about 200 g is placed with a layer of aluminum powder weighing about 200 g applied to the surface of the explosive charge facing the balloon. The indicated distance corresponds to the average concentration of propane in the cloud at the opening of the balloon, equal to 5.7% and sufficient to ignite the fuel-air mixture. On the reverse surface of the explosive charge set ED. Electrical pulses are applied simultaneously to both EDs. The filming of the process showed that 100 ms after the explosion of the explosive and initiating explosive charges above the earth’s surface, a fuel-air cloud formed about 10 m high and longitudinal (along the earth’s surface) about 7 m in size, which ignited in the zone of throwing aluminum powder into it. In the process of combustion and expansion of the cloud, the average apparent velocity of flame propagation over its surface was approximately 20-30 m / s. Approximately 0.4 s after ignition of the cloud, the maximum size of the fireball was about 10-12 m. The measured characteristics approximately correspond to theoretical estimates obtained on the basis of the dependences [1, 6] of the parameters of combustion of the fuel-air cloud on the mass of fuel: the scale of the apparent flame velocity equal to 10 m / s, the diameter of the fireball is 12 m, the time scale of the burning of the cloud is 1 s. Therefore, in accordance with the ideas [1] about the damaging factors of the fireball, in this embodiment of the formation and initiation of a fuel-air cloud, the radius of the affected zone by the heat flux is 12-19 m for third-degree burns and 22-36 m for second-degree burns. This gives rise to the application of the proposed method both for defense purposes and in the problems of modeling accidental hydrocarbon emissions in chemical plants.
Пример 2. Два описанных в примере 1 контейнера устанавливают горизонтально на поверхности земли на расстоянии 5 м друг от друга. С целью повышения эффективности разрушения баллонов массу каждого разрывного заряда ВВ увеличивают до 160-170 г. Соответственно этому высота слоя воды над разрывными зарядами ВВ увеличивается приблизительно в 1,5-2 раза. На одной линии с баллонами на расстоянии 2,5 м от "крайнего" (т.е. не между баллонами) помещают инициирующий заряд ВВ массой 270 г с нанесенным слоем алюминиевой пудры массой 250 г. На каждый заряд ВВ (разрывные и инициирующий) помещают ЭД. Электрические импульсы на каждый ЭД подают одновременно. Киносъемка процесса показала, что приблизительно через 100 мс после взрывов зарядов ВВ над поверхностью земли произошло столкновение двух пропано-воздушных облаков, аналогичных описанному в примере 1, которое привело к их слиянию. Одновременно с этим произошло воспламенение ближнего к инициирующему заряду облака. В течение времени 0,4 с видимая скорость распространения пламени вдоль поверхности земли возрастала от 30 м/с до 90 м/с. Затем, при выходе пламени на границу облака с продольным размером около 15 м видимая скорость его распространения уменьшилась до 20 м/с. Таким образом, столкновение пропано-воздушных облаков над поверхностью земли привело к ускорению пламени. Example 2. The two containers described in example 1 are installed horizontally on the surface of the earth at a distance of 5 m from each other. In order to increase the destruction efficiency of the cylinders, the mass of each explosive explosive charge is increased to 160-170 g. Accordingly, the height of the water layer above the explosive explosive charges increases approximately 1.5-2 times. An initiating explosive charge of mass 270 g with a coated layer of aluminum powder weighing 250 g is placed on a line with cylinders 2.5 m from the “extreme” (i.e., not between the cylinders). For each explosive charge (explosive and initiating) is placed ED Electrical pulses for each ED are supplied simultaneously. Filming of the process showed that approximately 100 ms after explosions of explosive charges above the earth’s surface, two propane-air clouds collided, similar to those described in example 1, which led to their merger. At the same time, ignition of the cloud closest to the initiating charge occurred. Over a period of 0.4 s, the apparent speed of flame propagation along the earth's surface increased from 30 m / s to 90 m / s. Then, when the flame exited to the border of the cloud with a longitudinal size of about 15 m, the apparent velocity of its propagation decreased to 20 m / s. Thus, the collision of propane-air clouds above the earth's surface led to the acceleration of the flame.
Наблюдаемое в примере 2 увеличение скорости распространения пламени от величины порядка 101 м/с до величины порядка 102 м/с свидетельствует о том, что сгорание открытых сталкивающихся топливно-воздушных облаков в незагроможденном пространстве происходит в режиме перехода горения в детонацию. Это создает возможности для применения предлагаемого способа с целью расширения диапазона моделирования аварийных выбросов углеводородов на химических производствах.The increase in the flame propagation velocity observed in Example 2 from a value of the order of 10 1 m / s to a value of the order of 10 2 m / s indicates that the combustion of open colliding fuel-air clouds in an uncluttered space occurs in the transition of combustion to detonation. This creates opportunities for the application of the proposed method with the aim of expanding the range of modeling of accidental emissions of hydrocarbons in chemical plants.
Для образования детонации в пропано-воздушной смеси с концентрацией С3Н8 в 5,7% размеры облака должны превышать 86 м (см. ссылку [2], с.130). Такое облако создается с помощью множества баллонов, располагаемых на поверхности земли на заданном расстоянии друг от друга, обеспечивающем указанную выше среднюю концентрацию C3H8 в топливно-воздушной смеси. В этом случае к поражающим факторам огненного шара добавляется механическое действие избыточного давления в детонационной волне внутри облака и в ударной волне за пределами облака.For the formation of detonation in a propane-air mixture with a concentration of C 3 H 8 of 5.7%, the size of the cloud should exceed 86 m (see link [2], p.130). Such a cloud is created using multiple cylinders located on the surface of the earth at a given distance from each other, providing the above average concentration of C 3 H 8 in the fuel-air mixture. In this case, the mechanical effect of excessive pressure in the detonation wave inside the cloud and in the shock wave outside the cloud is added to the damaging factors of the fireball.
Промышленные баллоны с пропаном сохраняют свою работоспособность при температуре стенки от минус 40 до плюс 45oС при гарантийном сроке эксплуатации в 2,5 года (см. Межгосударственный стандарт на баллоны стальные сварные для сжиженных углеводородных газов на давление до 1,6 МПа. Технические условия ГОСТ 15860-84. ИПК Издательство стандартов, 1999. С.9). Это открывает возможности для серийного применения предлагаемого способа при создании объемно-детонирующих систем в боеприпасах ОВ.Industrial propane cylinders maintain their operability at a wall temperature from minus 40 to plus 45 o С with a warranty period of operation of 2.5 years (see the Interstate standard for steel cylinders welded for liquefied hydrocarbon gases at a pressure of up to 1.6 MPa. Specifications GOST 15860-84. IPK Standards Publishing House, 1999. S.9). This opens up possibilities for the serial application of the proposed method when creating volumetric detonating systems in the munitions of explosives.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001127048A RU2216531C2 (en) | 2001-10-04 | 2001-10-04 | Method of formation and explosion of a fuel-air cloud |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001127048A RU2216531C2 (en) | 2001-10-04 | 2001-10-04 | Method of formation and explosion of a fuel-air cloud |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001127048A RU2001127048A (en) | 2003-06-27 |
| RU2216531C2 true RU2216531C2 (en) | 2003-11-20 |
Family
ID=32026916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001127048A RU2216531C2 (en) | 2001-10-04 | 2001-10-04 | Method of formation and explosion of a fuel-air cloud |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2216531C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013119191A1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-15 | Силверпринт Лимитед | Composition for a fuel and air explosion |
| WO2013119192A1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-15 | Силверпринт Лимитед | Composition for a fuel and air explosion |
| CN111174649A (en) * | 2020-01-23 | 2020-05-19 | 西安现代控制技术研究所 | Method for calculating casting primary speed of dragging type secondary detonation cloud detonation bomb secondary detonation device |
| CN111457794A (en) * | 2020-03-10 | 2020-07-28 | 西安近代化学研究所 | Secondary detonation type cloud explosion warhead suitable for 300m/s falling speed |
-
2001
- 2001-10-04 RU RU2001127048A patent/RU2216531C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Краткий энциклопедический словарь "Энергетические конденсированные системы". Под ред. Жукова Б.П. - М.: Янус-К, 2000, с.75-77. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013119191A1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-15 | Силверпринт Лимитед | Composition for a fuel and air explosion |
| WO2013119192A1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-15 | Силверпринт Лимитед | Composition for a fuel and air explosion |
| CN111174649A (en) * | 2020-01-23 | 2020-05-19 | 西安现代控制技术研究所 | Method for calculating casting primary speed of dragging type secondary detonation cloud detonation bomb secondary detonation device |
| CN111174649B (en) * | 2020-01-23 | 2022-02-08 | 西安现代控制技术研究所 | Method for calculating casting primary speed of dragging type secondary detonation cloud detonation bomb secondary detonation device |
| CN111457794A (en) * | 2020-03-10 | 2020-07-28 | 西安近代化学研究所 | Secondary detonation type cloud explosion warhead suitable for 300m/s falling speed |
| CN111457794B (en) * | 2020-03-10 | 2021-11-19 | 西安近代化学研究所 | Secondary detonation type cloud explosion warhead suitable for 300m/s falling speed |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9182199B2 (en) | Mine defeat system and pyrotechnic dart for same | |
| US7299735B2 (en) | Device for the disruption of explosive ordnance | |
| US8387503B2 (en) | Pyrotechnic device for destroying ammunitions | |
| KR101819663B1 (en) | Airdrop grenade for extinguishing forest fire | |
| US5168123A (en) | Chemical initiation of detonation in fuel-air explosive clouds | |
| CA3032059C (en) | Apparatus and method for blasting | |
| US9423224B2 (en) | Kinetic fireball incendiary munition | |
| RU2216531C2 (en) | Method of formation and explosion of a fuel-air cloud | |
| US20120192704A1 (en) | Systems and methods for neutralizing explosive devices | |
| US3685453A (en) | Antipersonnel mine destruct system | |
| CA3031356A1 (en) | A method of and a cartridge for disarming an unexploded blasting charge in a drill hole | |
| KR101183488B1 (en) | Multi-purpose thermobaric hand grenade with fragmentation effects | |
| CN110404206A (en) | A kind of extinguishing grenade for urban architecture fire | |
| KR101484690B1 (en) | Rapid Fire Extinguishing Device using Fuel-Air Explosive Technology | |
| KR100469136B1 (en) | Detonating Process for Fuel Air Explosive Munition | |
| CN103105104A (en) | Fire-extinguishing cannonball for military use and civil use | |
| US2737114A (en) | Incendiary device | |
| RU2457427C1 (en) | High-explosive or high-explosive fragmentation weapon | |
| DE19717530C2 (en) | Device for combating buildings, in particular bunker systems | |
| KR920007265Y1 (en) | Tear gas bomb | |
| WO1994029648A1 (en) | Method and apparatus for igniting inflammable gases in a flare tower | |
| KR101193486B1 (en) | Thermobaric hand grenade | |
| RU2082949C1 (en) | Blasting cartridge | |
| KR20030042184A (en) | Fuel Air Explosive Munition | |
| Harris | An orientation to explosive safety |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081005 |