Определение устойчивости функционирования промышленного объекта в чрезвычайных ситуациях (стр. 3 из 7)
Задание: определить устойчивость механического цеха машиностроительного завода к воздействию воздушной ударной волны с максимальным избыточным давлением DРФ =45 кПа.
Исходные данные цеха:
− здание цеха с тяжелым металлическим каркасом.
− Оборудование цеха включает в себя станки: токарно-револьверный прутковый, копировально-фрезерный с программным управлением; зубообрабатывающий; фрезерно-центровальный полуавтомат.
− КЭС цеха: электрические сети кабельные, наземные и трубопроводы наземные.
Зоны разрушения показаны на рис. П.3 в Приложении.
1. По табл. П.6 [1] для каждого элемента производственного комплекса механического цеха находим величины DРФ, вызывающие полное, сильное, среднее и слабое разрушения. Эти данные заносятся в Таблицу 3.
Таблица 3.Степень разрушения элементов производственного комплекса цеха
| № п/п | Исследуемый элемент | Краткая характеристика исследуемого элемента | Степень разрушения при DРф, кПа | Расчетная устойчивость элементов производствен-ного комплекса цеха, кПа | Расчетная устойчивость группы элементов производственного комплекса цеха, кПа | Расчетная устойчивость производствен-ного комплекса цеха, кПа | |||||||||||||
| 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | |||||||||||||
| 1 | Здание | с тяжелым металлическим каркасом | 30 | 20 | |||||||||||||||
| 30 | |||||||||||||||||||
| 2 | Оборудова-ние (станки) | -токарно-револьверный, прутковый; -копировально-фрезерный; -зубообрабаты-вающий; -фрезерно-центровальный. | 20 | ||||||||||||||||
| 20 | |||||||||||||||||||
| 20 | |||||||||||||||||||
| 25 | |||||||||||||||||||
| 25 | |||||||||||||||||||
| 3 | Транспорт | напольные краны | 30 | 30 | |||||||||||||||
| электрокары | 40 | ||||||||||||||||||
| мотороллеры | 40 | ||||||||||||||||||
| 4 | Связь | телефонная | 50 | 50 | |||||||||||||||
| диспетчерская | 50 | ||||||||||||||||||
| 5 | КЭС | 40 | |||||||||||||||||
| трубопроводы | наземные | 50 | |||||||||||||||||
| эл. сети | наземные, | 40 | |||||||||||||||||
| – слабые; | – средние; |
| – сильные; | – полные. |
2. По нижней границе средних разрушений определяем расчетную устойчивость каждого элемента производственного комплекса цеха к воздействию воздушной ударной волны. Результаты заносим в Таблицу 3.
3. Определяем расчетную устойчивость групп элементов и всего производственного комплекса цеха к воздействию воздушной ударной волны – по минимальной величине DРФ элемента и группы элементов, выход из строя которого (которых) приведет к остановке производства.
Расчетная устойчивость здания 30 кПа;
Расчетная устойчивость оборудования 20 кПа;
Расчетная устойчивость транспорта 30 кПа;
Расчетная устойчивость связи 50 кПа;
Расчетная устойчивость КЭС 30 кПа.
Расчетная устойчивость цеха 20 кПа.
Полученные данные заносим в Таблицу 3.
4. Сравнив расчетную устойчивость производственного комплекса цеха
(20 кПа) и прогнозируемое значение DРФ (45 кПа), можно сделать вывод: производственный комплекс цеха не устойчив к воздействию воздушной ударной волны.
5. Для повышения устойчивости производственного комплекса цеха к действию воздушной ударной волны необходимы следующие мероприятия по повышению физической устойчивости наиболее уязвимых элементов производственного комплекса:
– установка дополнительных рамных конструкций, подкосов и т.п.,
– создание защитных кожухов на оборудование. По данным Таблицы 3 составим схемы возможного разрушения оборудования механического цеха при фиксированных давлениях DРФ = 10, 20, 30, 40, 50, 60 кПа (рис. 7).
Давление DРФ = 10 кПа.
Давление DРФ = 20 кПа.
Давление DРФ = 30 кПа.
Давление DРФ = 40 кПа.
Давление DРФ = 50 кПа.
Давление DРФ = 60 кПа.
| – слабые; | – средние; |
| – сильные; | – полные. |
Рис. 7. Разрушение станочного оборудования механического цеха при различных значениях давления DРФ.
Определение (расчет) устойчивости некоторых элементов промышленного комплекса объекта, быстро обтекаемых воздушной ударной волной (дымовые трубы, опоры ЛЭП, высокие станки, шкафы с аппаратурой и т.п.) производится не по величине избыточного давления DРФ, а по величине давления скоростного напора воздуха ΔРск, движущегося за фронтом ударной волны.
Давление скоростного напора воздуха ΔРск зависит от избыточного давления воздуха DРФ и определяется по формуле или графику.
Формула для определения давления скоростного напора воздуха:
(2)График зависимости ΔРск от DРФ приведен на рис.8.
Рис. 8. Зависимость скоростного напора ΔРск от избыточного давления DРФ
При воздействии давления скоростного напора воздуха DРск возникает так называемая смещающая сила Рсм. Она может вызвать смещение или отбрасывание элементов производственного комплекса относительно их основания (фундамента) или их опрокидывание. При этом смещение приводит, как правило, к средним разрушениям, а опрокидывание – к сильным.
Смещение незакрепленного оборудования (рис. 9) произойдет при превышении силы Рсм над силой трения Fтр, т.е. при выполнении условия:
(3)где Рсм – смещающая сила скоростного напора воздуха, Н,
ΔРск – величина скоростного напора воздуха, кПа;
S = b×h – площадь поверхности обтекаемого оборудования, м2;
b и h – ширина и высота оборудования, м.
Сx – коэффициент аэродинамического сопротивления оборудования, определяемый по табл. П.8 [1],
f – коэффициент трения, определяемый по табл. П.9 [1],
g – ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с2.
 |
m – масса предмета, кг.
Рис. 9. Силы, действующие на оборудование при смещении: 1 – центр давления; 2 – центр тяжести; 1 – длина, м; h – высота, м.
Из формулы (3) можно определить величину DРск, при которой смещения оборудования не пройдет (Рсм = Fтр):
. (4)Определить предельное значение DРФ(min), не вызывающее смещение незакрепленного оборудования (шкаф с контрольно-измерительными приборами, металлическое основание) по бетону.
Данные станка: длина l = 880 мм, ширина b = 750 мм, высота h = 1750 мм, масса m = 680 кг.
1. По формуле (4) находим предельное значение давления скоростного напора воздуха, еще не вызывающее смещение станка.
Коэффициент аэродинамического сопротивления оборудования Сx определяем по табл. П.8 [1]. Для параллелепипеда он равен Сx = 1,3.
Коэффициент трения f металла по бетону равен 0,3 (определяется по табл. П.9 [1]).
Тогда:
2. Из графика рис.8 по величине ΔРcк(min) = 1,3 кПа определяем величину ΔРф(min)= 23 кПа.
Можно сделать вывод что при DРФ > 23 кПа давление скоростного напора воздуха ударной волны взрыва вызовет смещение станка и его среднее разрушение.