Задача 1 к разделу 2.

(для студентов: института транспорных технологий и логистики (специалисты подвижного состава железных дорог), факультета электромеханических систем (электромеханики)

Тема: Оценка устойчивости промышленного оборудования в чрезвычайных ситуациях к действию ударной волны взрыва газовоздушной смеси Пример выполнения задачи 1

Исходные данные:

• емкость с углеводным газом Q=8 т;

• трансформаторная подстанция отдалена от возможной точки взрыва на расстояние r=200 м;

• площадь трансформаторной подстанции S=20 м²;

• масса трансформаторной подстанции m=20000 кг;

• коэффициент аэродинамического сопротивления С_х=1,6 (значение коэффициентов в табл. 3);

• коэффициент трения f=0,2 (значение коэффициентов в табл. 4);

• плечо силы веса а=5 м;

• плечо силы, смещения h=2 м.

Определить:

1. Возможность смещения, опрокидывания трансформаторной подстанции при действии ударной волны взрыва газовоздушной смеси.

2. Составить таблицы результатов при смещении трансформаторной подстанции и при ее опрокидывании.

3. В выбранном масштабе начертить схему зон взрыва газовоздушной смеси (ГВС) и положение трансформаторной подстанции в зоне взрыва ГВС.

Решение

1. Определяем радиус зоны детонационной волны по формуле:

2. Определяем радиус зоны действия продуктов взрыва по формуле:

r_ІІ=1,7·r_I =1,7·35=59,5 (м).

3. Определяем положение трансформаторной подстанции в зонах очага взрыва, путем сравнения расстояния от емкости с радиусами зон до объекта (рис.1)

Рис. 1. Расположение трансформаторной подстанции в очаге взрыва газовоздушной смеси:

I – зона детонационной волны с радиусом r;

II – зона действия продуктов взрыва с радиусом r_II;

III – зона воздушной ударной волны с радиусом r_III.

Поскольку r_ІІІ>r_І и >r_ІІ, делаем вывод, что трансформаторная подстанция находится в зоне действия воздушной ударной волны r_ІІІ (III зона).

4. Определяем относительную величину Ψ по формуле:

5. Определяем избыточное давление воздушной ударной волны для III зоны при Ψ<2 за формулой:

Примечание: если относительная величина Ψ≥2, то избыточное давление для III зоны определяется по формуле:

6. Определяем давление скоростного напора по формуле:

7. Определяем силу, которая смещает трансформаторную подстанцию по формуле:

P_см= C_х · S_max· P_ск=1,6·20·3,1=99,2 (кН),

где P_см – сила смещения, кН;

C_х – коэффициент аэродинамического сопротивления (см. табл. 3), в приведенном примере трансформаторная подстанция имеет форму куба, для куба C_х=1,6;

S_max – максимальная площадь трансформаторной подстанции, м².

8. Определяем силу трения по формуле (для незакрепленной трансформаторной подстанции):

F_тр= m · g · f = 20000·9,8·0,2=39,2 (кН),

где F_тр – сила трения, кН;

m – масса трансформаторной подстанции, по исходным данным m=20000 (кг);

f - коэффициент трения (см. табл. 4), принимаем, что трансформаторная подстанция металлическая и установленная на бетонную основу, тогда для трения метала по бетону коэффициент находится в диапазоне от 0,2 до 0,6, для дальнейшего решения задачи принимаем f = 0,2;

g – ускорение свободного падения, g = 9,8 (м/с²).

9. Определяем возможность смещения трансформаторной подстанции, для чего должно выполняться условие:

Р_см>F_тр.

В приведенном примере Р_см=99,2 (кН) > F_тр=39,2 (кН), т.е. условие выполняется.

10. Делаем вывод об устойчивости трансформаторной подстанции к смещению. Трансформаторная подстанция при ожидаемом избыточном давлении·P_ІІІ=30,1 (кПа) – смещается.

11. Определяем максимальную величину скоростного напора, при котором смещение еще не произойдет по формуле:

12. Определяем максимальное избыточное давление, при котором смещение еще не произойдет по формуле:

13. Результаты оценки устойчивости трансформаторной подстанции к смещению ударной волной сводим в табл. 1.

Таблица1