CN111089519A - 一种防爆桶柔性防爆顶盖 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防爆桶柔性防爆顶盖。使用本发明能够可以大幅度提高防爆桶的防冲击波及灭火能力。本发明在防爆顶盖中设置液体层，可将爆炸产生的冲击波转化为液体的动能，吸收冲击波；同时，在内衬上开设通孔，使得液体与冲击波完全接触，液体层在冲击波作用下雾化抛洒，达到既能灭火，同时又能吸收冲击波能量的作用。本发明防爆顶盖均有柔性复合材料制成，不含有金属及硬质材料，对人体不会造成二次伤害。
Description
技术领域
本发明涉及防爆装置技术领域，具体涉及一种防爆桶柔性防爆顶盖。
背景技术
爆炸主要产生三种危害：破片、冲击波和高温火焰。一般针对爆炸物的处置方式是将爆炸物放置在防爆桶中进行引爆。
普通的防爆桶主要分为两种，一种是顶部敞开式防爆桶，桶体和桶底采用钢制结构并且牢固连接，顶盖采用泡沫材质或者轻质布料；其主要依靠桶体、桶底的强度阻挡爆炸物产生的爆炸危害，顶盖主要起遮蔽和向上泄压的作用。但这种防爆桶，在爆炸物爆炸的瞬间，桶体本身由于较高的强度，冲击波及爆轰产物无法从周向传播，因而汇聚后向上传播，将顶盖顶出，然后向四周绕射和传播。同时爆炸产生的火球也通过顶部向四周扩散。现有采用的顶盖不具有防冲击波的效果。此种防爆桶在防护破片上有一定的优势，缺点是对于爆炸产生的冲击波及高温火焰不具有防护效果，同时对防爆桶顶盖上方的距离有一定要求，因为爆炸产物及冲击波向上方汇聚，其容易对上方的建筑造成更严重的损伤，一般要求为露天或者上方距离大于6m才可使用。
第二种是封闭式防爆桶，防爆桶的桶体、桶底及顶盖均采用钢制，顶盖通过螺纹、插销或者一定的固定方式牢固固定在防爆桶上，顶盖上开有一定大小的泄压小孔，其孔的直径一般10mm左右，在爆炸的瞬间，由于整体桶体顶盖和桶底高强度的连接成一个整体，压力由顶盖上的泄压小孔泄出。此种防爆桶的优势是对于破片、冲击波及高温火焰有一定的防护效果，但是由于爆炸产生的爆轰产物及爆炸物压力巨大，当爆炸物当量超过防爆桶的防爆当量或者防爆桶连接不牢靠，爆炸冲击波极易冲开顶盖与桶体连接处，造成二次杀伤。
综合目前防爆技术来看，没有专门针对防爆桶顶盖的设计，而防爆桶的顶盖作为防爆桶的重要组成部分，其在防护冲击波和爆炸高温火焰中起重要作用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种防爆桶柔性防爆顶盖，具有一定的支撑强度，全部采用柔性复合材料和液体，不含有金属及硬质材料，对人体不会造成二次伤害，可以大幅度提高防爆桶的防冲击波及灭火能力。
本发明的防爆桶柔性防爆顶盖，包括内衬A、外圈、内衬B、液体层；其中，外圈尺寸与防爆桶的口径相匹配，内衬A和内衬B分别固定在外圈的上下两端；液体层夹在内衬A和内衬B之间；蒙皮包裹在内衬A和内衬B的外表面，所述液体层内装有液体。
较优的，内衬A、内衬B和外圈由聚氨酯泡沫或其他轻质吸能非金属材料制成。
较优的，所述内衬A、内衬B和外圈的表面喷涂有1～3mm厚的聚脲或聚氨酯弹性体。
较优的，所述内衬A和内衬B上设有通孔。
较优的，所述通孔的面积为内衬面积的20％～50％，均匀布置。
较优的，所述内衬A和内衬B中镶嵌有支撑管。
较优的，所述支撑管由碳纤维或其他非金属轻质高强度材料制成。
较优的，所述液体层内的液体主要由水、防冻液、泡沫灭火剂及超细二氧化硅粉末混合而成；其中，泡沫灭火剂的质量百分比为10-15％，防冻液的质量百分比为10-20％，超细二氧化硅粉末的质量百分比为2-5％。
较优的，所述蒙皮采用单层布或者油纸结构，采用胶结的方式粘贴在内衬外表面。
有益效果：
本发明在防爆顶盖中设置液体层，可将爆炸产生的冲击波转化为液体的动能，吸收冲击波；同时，在内衬上开设通孔，使得液体与冲击波完全接触，液体层在冲击波作用下雾化抛洒，达到既能灭火，同时又能吸收冲击波能量的作用。本发明防爆顶盖均有柔性复合材料制成，不含有金属及硬质材料，对人体不会造成二次伤害。
附图说明
图1为防爆桶顶盖的结构示意图。
图2为防爆桶顶盖的剖面结构示意图。
图3为支撑管的示意图。
图4为防爆桶顶盖性能测试布置仿真图
图5为无顶盖防爆桶，本发明的柔性防爆顶盖不开孔方案和本发明的柔性防爆顶盖开孔方案在测试点A(距离爆炸中心3.5m、距离地面0.3m处)的冲击波超压峰值的变化情况。
图6为无顶盖防爆桶，本发明的柔性防爆顶盖不开孔方案和本发明的柔性防爆顶盖开孔方案在测试点B(距离爆炸中心2.5m、距离地面1.5m处)的冲击波超压峰值的变化情况。
其中，1.1—内衬A，1.2—蒙皮，1.3—外圈，1.4—内衬A，1.5—液体层，1.6—支撑管；1—防爆桶顶盖，2—防爆桶桶体，3—500g炸药，4—空气域，5—测试点A(距离桶中心3.5m，距离地面0.3m处)，6—测试点B(距离桶中心2.5m，距离地面1.5m)。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种防爆桶柔性防爆顶盖，如图1～图3所示，包括内衬A 1.1、外圈1.3、内衬B 1.4、、液体层1.5和蒙皮1.2。
所述内衬A 1.1、内衬B 1.4和外圈1.3形成防爆顶盖的外轮廓并起支撑作用；所述外圈尺寸与防爆桶的口径相匹配，内衬A 1.1和内衬B 1.4分别固定在外圈1.3的上下两端；所述液体层1.5夹在内衬A 1.1和内衬B 1.4之间；所述蒙皮1.2包裹在内衬A 1.1和内衬B1.4的外表面，用于表面封装平整。
其中，所述外圈1.3由聚氨酯泡沫制成；可以在表面喷涂聚脲或聚氨酯弹性体，喷涂层厚度为1-3mm。聚氨酯泡沫的密度为50-300kg/m3,表面喷涂聚脲后能够保证结构即具有一定的弹性及强度，其密度又较低，减轻了整体支撑结构的重量。同时聚氨酯泡沫在爆炸冲击波作用下，破碎吸收大量的冲击波能量。外圈的厚度为8-15mm左右。为提高外圈的结构强度，在外圈内外表面喷涂聚脲或聚氨酯弹性体，使得结构整体呈弹性，常规使用条件下不容易破碎，并且具有一定的刚度，同时提高了结构的耐老化、耐腐蚀的性能。
内衬A 1.1和内衬B 1.4采用聚氨酯泡沫制成，厚度为8-15mm；聚氨酯泡沫的密度为50-300kg/m3；在表面喷涂聚脲或者其他弹性体，喷涂层厚度为1-3mm。
为进一步提高液体层的吸能效果，可以在所述内衬A 1.1和内衬B 1.4上设有通孔，使得爆炸冲击波通过通孔与液体层具有一定的接触面积，进而使得爆炸冲击波动能能够迅速转化为顶盖动能以及顶盖液体层中液体的动能，达到快速吸收爆炸冲击波能量的目的。同时，开孔还可以使得液体在冲击波作用下雾化抛洒，达到既能灭火，同时又能吸收冲击波能量的作用。其中，优选的，内衬A 1.1和内衬B 1.4上的通孔是对称的，优选为槽孔；通孔的面积为内衬面积的20％～50％，单个内衬上的通孔优先为多个对称方式，如图1所示。
为进一步提高内衬的结构强度，可以在内衬中镶嵌支撑管1.6；如图2～图3所示，支撑管1.6嵌入在内衬A 1.1和内衬B 1.4中，支撑管1.6采用碳纤维管或者其他高强度高模量纤维复合材质(弹性大于70GPa，抗拉强度大于300MPa)，用于提高顶盖的刚性，支撑整体结构。
所述液体层1.5中的液体主要由水、防冻液、泡沫灭火剂及超细二氧化硅粉末混合而成。其质量百分比为：泡沫灭火剂10-15％，防冻液10-20％，超细二氧化硅粉末2-5％，水65-73％，其他含量确定后，调节水的含量进行配比即可。其中，泡沫灭火剂是为了增加顶盖的灭火功能，防冻液是为了在低温环境下也能够使用，超细二氧化硅粉末是为了使得爆炸作用过程中增加液体之间摩擦力，超细二氧化硅粉末同时能够作为水雾的凝结核，提高液体水雾之间的作用体积。液体层的作用原理是爆炸产生的冲击波撞击到顶盖后，加速内部的液体层。使得液体层获得动能，从而将冲击波能量转化为液体的动能，开孔的作用使得液体与冲击波完全接触，液体层在冲击波作用下雾化抛洒，达到既能灭火，同时又能吸收冲击波能量的作用。所述的液体层液体采用塑料水袋进行封装。
所述蒙皮1.2可采用单层布或者油纸结构，其尺寸大小可依据内衬1和内衬2中的开孔大小，蒙皮胶结在内衬A 1.1和内衬B 1.4的外表面上。蒙皮的作用可以保证结构平整，同时减小进入到水袋中的光线，减小老化，延长产品寿命。
本发明防爆顶盖制作过程如下：
S1、将内衬A 1.1和内衬B 1.4使用模具将其与碳纤维管1.6热压成一个整体，碳纤维管在内衬A 1.1和内衬B 1.4的中间层位置；
S2、在内衬A 1.1和内衬B 1.4和外圈1.3的外表面喷涂聚脲，保证喷涂面平整；
S3、对内衬A 1.1和内衬B 1.4进行开槽；
S4、将内衬B 1.4和外圈1.4底端胶结，静置至完全牢固连接；
S5、将液体灌装入塑料水袋中并将其放置在步骤S4形成的半开口结构中；
S6、将内衬A 1.1与外圈1.4上端进行胶结，使得内衬A 1.1、内衬B 1.4、外圈1.3和液体层1.5形成一个整体结构。
S7、将蒙皮对开孔处进行封装，蒙皮的大小和形状根据开孔的形状确定。
S8、静置后套上外包装。
下面结合一个具体实例进行分析。防爆桶采用外径为500mm，内径为460mm，高度为800mm的钢制防爆桶。内衬A 1.1和内衬B 1.4的直径为500mm、厚度为10mm，由密度为150kg/cm3的聚氨酯泡沫材料挤压成型，表面喷涂2mm厚聚脲。外圈1.3的外径为500mm、内径为480mm、厚度为10mm，由密度为150kg/cm3的聚氨酯泡沫材料挤压成型，表面喷涂2mm厚聚脲。液体层1.5中的液体采用防冻液、灭火剂、超细二氧化硅粉末和水的混合液体，其中，水、防冻液、泡沫灭火剂及超细二氧化硅粉末的质量百分比为70:15:12:3。将液体灌入相应尺寸大小水袋中，放置在内衬中。内衬A 1.1和内衬B 1.4均对称开有3个槽孔，开孔面积占内衬表面积的30％。支撑管1.6采用碳纤维管，支撑管1.6外径为5mm，壁厚为1mm，分别嵌入进内衬A 1.1和内衬B 1.4中间。内衬A 1.1中碳纤维管为5根，，碳纤维管之间的距离为80mm。
对防爆顶盖的防爆效果进行仿真测试。测试布局如图4所示，500g炸药放置在防爆桶中，将本实施例的防爆顶盖盖在防爆桶上，仿真计算空气域中的测试点A(距离防爆桶中心处3.5m，距离地面0.3m)和测试点B(距离防爆桶中心处2.5m，距离地面1.5m)处的冲击波超压，并对比了无顶盖和本发明顶盖但顶盖不开孔的效果，结果如图5～图6所示。由图5可知，测试点A处，无顶盖的冲击波超压为34.7kPa；采用本发明提供的柔性防爆桶顶盖，顶盖不开孔的情况下，该处的冲击波超压为31.2kPa，顶盖开孔的情况下，该处的冲击波超压为29.5kPa。人体承受的冲击波差压峰值为30kPa，该防爆桶顶盖能够有效的对冲击波进行削弱。
在测试点B处，无顶盖的冲击波超压为68.5kPa，采用本发明柔性防爆顶盖(不开孔)为49.3kPa，带开孔的为38.8kPa。虽然仍大于人体所能承受的最大冲击波差压，但相比无顶盖，有效降低了冲击波超压。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种防爆桶柔性防爆顶盖，其特征在于，包括内衬A(1.1)、外圈(1.3)、内衬B(1.4)、液体层(1.5)；其中，外圈(1.3)尺寸与防爆桶的口径相匹配，内衬A(1.1)和内衬B(1.4)分别固定在外圈(1.3)的上下两端；液体层(1.5)夹在内衬A(1.1)和内衬B(1.4)之间；蒙皮(1.2)包裹在内衬A(1.1)和内衬B(1.4)的外表面，所述液体层内装有液体。
2.如权利要求1所述的防爆桶柔性防爆顶盖，其特征在于，所述内衬A(1.1)、内衬B(1.4)和外圈(1.3)由聚氨酯泡沫或其他轻质吸能非金属材料制成。
3.如权利要求1或2所述的防爆桶柔性防爆顶盖，其特征在于，所述内衬A(1.1)、内衬B(1.4)和外圈(1.3)的表面喷涂有1～3mm厚的聚脲或聚氨酯弹性体。
4.如权利要求1所述的防爆桶柔性防爆顶盖，其特征在于，所述内衬A(1.1)和内衬B(1.4)上设有通孔。
5.如权利要求4所述的防爆桶柔性防爆顶盖，其特征在于，所述通孔的面积为内衬面积的20％～50％，均匀布置。
6.如权利要求1所述的防爆桶柔性防爆顶盖，其特征在于，所述内衬A(1.1)和内衬B(1.4)中镶嵌有支撑管(1.6)。
7.如权利要求6所述的防爆桶柔性防爆顶盖，其特征在于，所述支撑管(1.6)由碳纤维或其他非金属轻质高强度材料制成。
8.如权利要求1所述的防爆桶柔性防爆顶盖，其特征在于，所述液体层内的液体主要由水、防冻液、泡沫灭火剂及超细二氧化硅粉末混合而成；其中，泡沫灭火剂的质量百分比为10-15％，防冻液的质量百分比为10-20％，超细二氧化硅粉末的质量百分比为2-5％。
9.如权利要求1所述的防爆桶柔性防爆顶盖，其特征在于，所述蒙皮(1.2)采用单层布或者油纸结构，采用胶结的方式粘贴在内衬外表面。
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