Экологическая безопасность. Защита территории и населения при чрезвычайных ситуациях
2.16); m - масса оборудования, кг; g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения.
Таким образом, равенство Fсм = Fтр является граничным значением для возможности смещения оборудования при отсутствии крепления. Преобразуя эту формулу путем подстановки, можно определить величину граничного значения скоростного напора: .
Пример.
Станок ЧПУ стоит на бетонном основании и имеет размеры: длину 1000 мм, ширину 900 мм, высоту 1800 мм и массу 800 кг. Определить предельное значение скоростного напора, не приводящее к смещению незакрепленного станка.
Решение
1.
Коэффициент трения чугуна по бетону f = 0,35 (табл. 2.16), а коэффициент аэродинамического сопротивления Сч = 1,3 (табл. 2.15).
Таблица 2.15
Коэффициент аэродинамического сопротивления лобовой площадки для тел различной формы
Форма тела
Сх
Направление движения воздуха
Параллелепипед с квадратным основанием
0,85
1,3
Перпендикулярно квадратной стороне
Перпендикулярно прямоугольной стороне
Куб
1,6
Перпендикулярно стороне
Диск
1,6
Перпендикулярно диску
Пластина-квадрат
1,45
Перпендикулярно пластине
Цилиндр при отношении высоты к диаметру,
равному 1
равному 10
0,4
0,2
Перпендикулярно оси цилиндра
Сфера
0,25
Перпендикулярно поверхности
Полусфера
0,8
Параллельно плоскости основания
Пирамида с квадратным основанием
1,1
Параллельно основанию и перпендикулярно грани основания
Таблица 2.16
Коэффициент трения между поверхностями
Наименование трущихся материалов
Величина коэффициента трения
Наименование трущихся материалов
Величина коэффициента трения
При скольжении
При качении
Сталь по стали
0,15
Стальное колесо:
Сталь по чугуну
0,30
по рельсу
0,05
Металл по линолеуму
0,2...0,4
по кафелю
0,1
Металл по дереву
0,6
по линолеуму
0,15...0,2
Металл по бетону
0,2...0,5
по дереву
0,12...0,15
Чугун по бетону
0,35
Дерево по дереву
0,4...0,6
2.
Подставив эти значения в формулу, получим:
Рск = 0,35*800*9,81 / (1,3*0,9*1,8) = 1 300 Па = 1,3 кПа.
3.
Чтобы узнать, при каком избыточном давлении может произойти смещение, надо воспользоваться графиком, рис. 2.4. Давлению скоростного напора 1,3 кПа соответствует избыточное давление 20 кПа.
Задача 2.4. Расчет опрокидывания оборудования под действием УВВ (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Момент сил, приводящий к опрокидыванию оборудования
Опрокидывающий момент создается силой F^, действующей на плече Z = 0,5h. Противодействующий момент создается весом оборудования G на плече L/2 и реакцией крепления болтов на разрыв Q на плече L. Опрокидывание произойдет, если выполняется соотношение (при отсутствии крепления оборудования): FсмZ ≥ G L/2
Точки приложения сил смещения, веса (центр лобовой площадки, центр тяжести), расчетные формулы и их величины те же, что и в задаче 2.3. Таким образом, величина скоростного напора, достаточная для опрокидывания объекта, определяется формулой:
Найдем предельное значение избыточного давления, при котором станок еще не опрокинется.
Решение
1.
Предельное значение скоростного напора составит:
2.
Зная величину предельного скоростного напора, по графику на рис. 2.4 определяем соответствующее значение избыточного давления, равное 25 кПа.
3.
Таким образом, если избыточное давление во фронте ударной волны превысит 25 кПа, то станок будет опрокинут и получит средние разрушения.
Задача 2.5. Расчет инерциальных разрушений элементов оборудования от действия ускорений, полученных за счет ударной волны или при падении. Элемент оборудования, обладая массой и упругостью, под действием инерционных сил может получить повреждения в виде нарушения паек, отрыва элементов схем, соединительных проводов и т. п. Зависимость лобового давления (Рлоб) от величины избыточного давления УВВ представлена в виде графика, рис. 2.6. Величину лобовой силы можно определить по формуле Fлоб = (Рф + Рск)S, где S - площадь поверхности, на которую действуют скоростной напор и избыточное давление УВВ, м2. Сила инерции определяется выражением: ma = Fлоб – Fтр - Q, где m - масса аппаратуры, кг; а - ударное ускорение, м/с2; F - сила трения; Q - реакция крепления, выраженная в ньютонах.
Для решения задачи необходимо задаться значением допустимого ударного ускорения а, не приводящего к инерциальным разрушениям, а затем определить, какому лобовому давлению это соответствует.
Рис. 2.6. Зависимость лобового давления от величины избыточного давления
Пример.
Имеется прибор длиной 400 мм, шириной 420 мм, высотой 720 мм и массой 60 кг с допустимым ускорением при ударе 100 м/с2. Найти избыточное давление во фронте УВВ, при котором он не получит инерциального разрушения.
Решение
1.
Лобовая сила, воздействие которой не должно приводить к выходу прибора из строя: Fлоб = maдоп = 60*100 = 6 000 Н.
2.
Лобовое давление, которое может выдержать прибор:
Рлоб = Fлоб / S = 6 000 / (0,42*0,72) = 20 кПа.
3.
По графику, рис. 2.6, определяем величину избыточного давления, равную 22 кПа.
Следовательно, при воздействии на прибор избыточного давления во фронте УВВ более 22 кПа он получит сильные разрушения от инерционных перегрузок.
Глава 3. Аварии и катастрофы на пожаро- и взрывоопасных объектах экономики
К пожаро- и взрывоопасным ОЭ относится большинство элементов хозяйственного комплекса страны. Источниками пожаров и взрывов являются: емкости с легковоспламеняющимися, горючими или ядовитыми веществами; склады взрывоопасных и сильно дымящих составов; взрывоопасные технологические установки, коммуникации, разрушение которых приводит к пожарам, взрывам и загазованности территории; железные дороги и др. [2,22,26, 46,48].
При этом прогнозируются последствия:
утечек газов и распространения токсичных дымов;
пожаров и взрывов в колодцах, цистернах и других емкостях;
нарушений технологических процессов, особенно связанных с вредными веществами или опасными методами обработки;
воздействия шаровых молний, статического электричества;
взрывов паров ЛВГЖ;
нагрева и испарения жидкостей из емкостей и поддонов;
рассеивания продуктов горения во внутренних помещениях;
токсического воздействия продуктов горения и других реакций;
тепловой радиации при пожарах;
распространения в строениях пламени и огневого потока в зависимости от расположения стен и внутренней планировки.
При оценке планировки территории ОЭ определяется влияние плотности и типа застройки на возможность возникновения и распространения пожаров и на образование завалов.
Особое внимание обращается на участки, где могут возникнуть вторичные поражающие факторы: прежде всего, учитывается возможность образования УВВ при взрыве сосудов, работающих под давлением. При этом рассматривается суммарный эффект от воздействия динамического напора и статического избыточного давления.
Большинство пожаров связано с горением твердых материалов, хотя начальная стадия пожара обычно связана с горением жидких и газообразных горючих веществ, которых в современном производстве предостаточно. Образование пламени связано с газообразным состоянием вещества. Даже при горении твердых или жидких веществ происходит их переход в газообразное состояние. Этот процесс перехода для жидких веществ заключается в простом кипении с испарением у поверхности, а для твердых - с образованием продуктов достаточно низкой молекулярной массы, способных улетучиваться с поверхности твердого материала и попадать в область пламени (явление пиролиза).
Из-за воздействия так называемого «светового импульса» происходит загорание или устойчивое горение конкретных материалов. Возможная пожарная обстановка оценивается комплексно с учетом воздействия ударной волны и величины «светового импульса», огнестойкости сооружений, категории их пожаро- и взрывоопасности.
В соответствии с требованиями строительных норм и правил (СНиП 2.09.01-85) все строительные материалы и конструкции делятся по возгораемости на группы:
несгораемые, которые под действием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (камень, железобетон, металл);
трудно сгораемые материалы, которые под действием огня и высокой температуры с трудом воспламеняются; тлеют или обугливаются только при наличии источника огня, а при его отсутствии горение или тление прекращается (глиносоломенные смеси, асфальтобетон);
сгораемые материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются или тлеют (древесина, картон).
Под огнестойкостью понимают сопротивляемость строения огню, что характеризуется группой горючести и пределом огнестойкости (СНиП 2.01.02-85).
Таким образом, равенство Fсм = Fтр является граничным значением для возможности смещения оборудования при отсутствии крепления. Преобразуя эту формулу путем подстановки, можно определить величину граничного значения скоростного напора: .
Пример.
Станок ЧПУ стоит на бетонном основании и имеет размеры: длину 1000 мм, ширину 900 мм, высоту 1800 мм и массу 800 кг. Определить предельное значение скоростного напора, не приводящее к смещению незакрепленного станка.
Решение
1.
Коэффициент трения чугуна по бетону f = 0,35 (табл. 2.16), а коэффициент аэродинамического сопротивления Сч = 1,3 (табл. 2.15).
Таблица 2.15
Коэффициент аэродинамического сопротивления лобовой площадки для тел различной формы
Форма тела
Сх
Направление движения воздуха
Параллелепипед с квадратным основанием
0,85
1,3
Перпендикулярно квадратной стороне
Перпендикулярно прямоугольной стороне
Куб
1,6
Перпендикулярно стороне
Диск
1,6
Перпендикулярно диску
Пластина-квадрат
1,45
Перпендикулярно пластине
Цилиндр при отношении высоты к диаметру,
равному 1
равному 10
0,4
0,2
Перпендикулярно оси цилиндра
Сфера
0,25
Перпендикулярно поверхности
Полусфера
0,8
Параллельно плоскости основания
Пирамида с квадратным основанием
1,1
Параллельно основанию и перпендикулярно грани основания
Таблица 2.16
Коэффициент трения между поверхностями
Наименование трущихся материалов
Величина коэффициента трения
Наименование трущихся материалов
Величина коэффициента трения
При скольжении
При качении
Сталь по стали
0,15
Стальное колесо:
Сталь по чугуну
0,30
по рельсу
0,05
Металл по линолеуму
0,2...0,4
по кафелю
0,1
Металл по дереву
0,6
по линолеуму
0,15...0,2
Металл по бетону
0,2...0,5
по дереву
0,12...0,15
Чугун по бетону
0,35
Дерево по дереву
0,4...0,6
2.
Подставив эти значения в формулу, получим:
Рск = 0,35*800*9,81 / (1,3*0,9*1,8) = 1 300 Па = 1,3 кПа.
3.
Чтобы узнать, при каком избыточном давлении может произойти смещение, надо воспользоваться графиком, рис. 2.4. Давлению скоростного напора 1,3 кПа соответствует избыточное давление 20 кПа.
Задача 2.4. Расчет опрокидывания оборудования под действием УВВ (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Момент сил, приводящий к опрокидыванию оборудования
Опрокидывающий момент создается силой F^, действующей на плече Z = 0,5h. Противодействующий момент создается весом оборудования G на плече L/2 и реакцией крепления болтов на разрыв Q на плече L. Опрокидывание произойдет, если выполняется соотношение (при отсутствии крепления оборудования): FсмZ ≥ G L/2
Точки приложения сил смещения, веса (центр лобовой площадки, центр тяжести), расчетные формулы и их величины те же, что и в задаче 2.3. Таким образом, величина скоростного напора, достаточная для опрокидывания объекта, определяется формулой:
Найдем предельное значение избыточного давления, при котором станок еще не опрокинется.
Решение
1.
Предельное значение скоростного напора составит:
2.
Зная величину предельного скоростного напора, по графику на рис. 2.4 определяем соответствующее значение избыточного давления, равное 25 кПа.
3.
Таким образом, если избыточное давление во фронте ударной волны превысит 25 кПа, то станок будет опрокинут и получит средние разрушения.
Задача 2.5. Расчет инерциальных разрушений элементов оборудования от действия ускорений, полученных за счет ударной волны или при падении. Элемент оборудования, обладая массой и упругостью, под действием инерционных сил может получить повреждения в виде нарушения паек, отрыва элементов схем, соединительных проводов и т. п. Зависимость лобового давления (Рлоб) от величины избыточного давления УВВ представлена в виде графика, рис. 2.6. Величину лобовой силы можно определить по формуле Fлоб = (Рф + Рск)S, где S - площадь поверхности, на которую действуют скоростной напор и избыточное давление УВВ, м2. Сила инерции определяется выражением: ma = Fлоб – Fтр - Q, где m - масса аппаратуры, кг; а - ударное ускорение, м/с2; F - сила трения; Q - реакция крепления, выраженная в ньютонах.
Для решения задачи необходимо задаться значением допустимого ударного ускорения а, не приводящего к инерциальным разрушениям, а затем определить, какому лобовому давлению это соответствует.
Рис. 2.6. Зависимость лобового давления от величины избыточного давления
Пример.
Имеется прибор длиной 400 мм, шириной 420 мм, высотой 720 мм и массой 60 кг с допустимым ускорением при ударе 100 м/с2. Найти избыточное давление во фронте УВВ, при котором он не получит инерциального разрушения.
Решение
1.
Лобовая сила, воздействие которой не должно приводить к выходу прибора из строя: Fлоб = maдоп = 60*100 = 6 000 Н.
2.
Лобовое давление, которое может выдержать прибор:
Рлоб = Fлоб / S = 6 000 / (0,42*0,72) = 20 кПа.
3.
По графику, рис. 2.6, определяем величину избыточного давления, равную 22 кПа.
Следовательно, при воздействии на прибор избыточного давления во фронте УВВ более 22 кПа он получит сильные разрушения от инерционных перегрузок.
Глава 3. Аварии и катастрофы на пожаро- и взрывоопасных объектах экономики
К пожаро- и взрывоопасным ОЭ относится большинство элементов хозяйственного комплекса страны. Источниками пожаров и взрывов являются: емкости с легковоспламеняющимися, горючими или ядовитыми веществами; склады взрывоопасных и сильно дымящих составов; взрывоопасные технологические установки, коммуникации, разрушение которых приводит к пожарам, взрывам и загазованности территории; железные дороги и др. [2,22,26, 46,48].
При этом прогнозируются последствия:
утечек газов и распространения токсичных дымов;
пожаров и взрывов в колодцах, цистернах и других емкостях;
нарушений технологических процессов, особенно связанных с вредными веществами или опасными методами обработки;
воздействия шаровых молний, статического электричества;
взрывов паров ЛВГЖ;
нагрева и испарения жидкостей из емкостей и поддонов;
рассеивания продуктов горения во внутренних помещениях;
токсического воздействия продуктов горения и других реакций;
тепловой радиации при пожарах;
распространения в строениях пламени и огневого потока в зависимости от расположения стен и внутренней планировки.
При оценке планировки территории ОЭ определяется влияние плотности и типа застройки на возможность возникновения и распространения пожаров и на образование завалов.
Особое внимание обращается на участки, где могут возникнуть вторичные поражающие факторы: прежде всего, учитывается возможность образования УВВ при взрыве сосудов, работающих под давлением. При этом рассматривается суммарный эффект от воздействия динамического напора и статического избыточного давления.
Большинство пожаров связано с горением твердых материалов, хотя начальная стадия пожара обычно связана с горением жидких и газообразных горючих веществ, которых в современном производстве предостаточно. Образование пламени связано с газообразным состоянием вещества. Даже при горении твердых или жидких веществ происходит их переход в газообразное состояние. Этот процесс перехода для жидких веществ заключается в простом кипении с испарением у поверхности, а для твердых - с образованием продуктов достаточно низкой молекулярной массы, способных улетучиваться с поверхности твердого материала и попадать в область пламени (явление пиролиза).
Из-за воздействия так называемого «светового импульса» происходит загорание или устойчивое горение конкретных материалов. Возможная пожарная обстановка оценивается комплексно с учетом воздействия ударной волны и величины «светового импульса», огнестойкости сооружений, категории их пожаро- и взрывоопасности.
В соответствии с требованиями строительных норм и правил (СНиП 2.09.01-85) все строительные материалы и конструкции делятся по возгораемости на группы:
несгораемые, которые под действием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (камень, железобетон, металл);
трудно сгораемые материалы, которые под действием огня и высокой температуры с трудом воспламеняются; тлеют или обугливаются только при наличии источника огня, а при его отсутствии горение или тление прекращается (глиносоломенные смеси, асфальтобетон);
сгораемые материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются или тлеют (древесина, картон).
Под огнестойкостью понимают сопротивляемость строения огню, что характеризуется группой горючести и пределом огнестойкости (СНиП 2.01.02-85).
Авторы сайта не несут отвественности за данный материал и предоставляют его исключительно в ознакомительных целях