Опасные и вредные производственные факторы при холодной обработке металлов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ Брянский государственный  технический университет

 

 

 

 

УТВЕРЖДАЮ

Ректор университета

_____________ А. В. Лагерев  

"____"____________ 2008 г.

 

 

 

 

 

БЕЗОПАСНОСТЬ  ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

 

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ РАБОТЫ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

К ВОЗДЕЙСТВИЮ  УДАРНОЙ ВОЛНЫ

 

Методические указания к выполнению практической работы

 для студентов всех форм обучения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Брянск 2008

УДК 614.84

Безопасность жизнедеятельности. Методика оценки устойчивости работы промышленных объектов к воздействию ударной волны: методические указания к выполнению практической работы для студентов всех форм обучения. – Брянск: БГТУ, 2008. – 31 с.

 

 

 

 

 

Разработали:

А. В. Тотай, д-р техн. наук, проф.;

М. Н. Нагоркин, канд. техн. наук, доц.;

С. С. Филин, канд. техн. наук, доц.;

В. В. Кордик, доц.

 

 

 

 

 

Рекомендовано кафедрой "Безопасность жизнедеятельности  и химия" (протокол № 2 от 22.10.07)

 

 

Научный редактор Р. В. Кареев

Редактор издательства Л. И. Афонина

Компьютерный набор  Е. Е. Конкина

 

 

 

Темплан 2008 г., п.

Подписано в печать    .11.07. Формат 60´84. 1/16.  Бумага офсетная.   Офсетная печать.  Усл. печ. л. 1,8.   Уч.-изд. л. 1,8.  Тираж 20 экз.  Заказ       Бесплатно

Брянский государственный технический  университет.

241035, Брянск, бульвар 50-летия Октября, 7, БГТУ. 58-82-49.

Лаборатория оперативной  полиграфии БГТУ, ул. Институтская, 16.

ВВЕДЕНИЕ

 

Ударная волна – это область резкого сжатия среды, которое в виде сферического слоя распространяется во все стороны от источника со сверхзвуковой скоростью. Ударные волны могут быть как природного, так антропогенного происхождения. Они поражают людей и животных, повреждают или разрушают здания, сооружения оборудование, технику и другое имущество.

Основными поражающими  параметрами ударной волны являются   избыточное давление во фронте ударной волны ∆Р_ф, скоростной напор воздуха ∆Р_ск и время действия избыточного давления τ (фаза сжатия).

 

1. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ  ТИПИЧНЫХ ОБЪЕКТОВ К ВОЗДЕЙСТВИЮ  УДАРНОЙ ВОЛНЫ

 

В качестве показателя устойчивости объекта к воздействию ударной волны принимается значение избыточного давления ∆Р_{ф lim}  при котором здания, сооружения, оборудование и т. д. сохраняются или получают слабые и средние разрушения. Это значение избыточного давления принято считать пределом устойчивости объекта к воздействию ударной волны.

Оценка устойчивости объекта к  воздействию ударной волны сводится к определению  ∆Р_{ф lim}.

Для рассматриваемой оценки требуются  следующие исходные данные: месторасположение  источника ударной волны; удаление объекта от места взрыва; вероятное максимальное отклонение центра взрыва от объекта; характеристика объекта и его элементов.

Оценка устойчивости проводится в  следующей последовательности:

1. выделяются основные элементы цеха. Например, здание цеха, технологическое оборудование, элементы электроснабжения и т. п.;
2. на основе изучения технической и строительной документации, внешнего осмотра и измерений составляются характеристики каждого элемента, например, здание цеха № 1 - промышленное с металлическим каркасом и бетонным заполнением с площадью оконных проемов 30%; оборудование – средние станки для холодной обработки металла и т. п.;
3. определяется степень разрушения элементов цеха в зависимости от воздействия ударной волны;
4. рассчитывается предел устойчивости к воздействию ударной волны каждого элемента цеха избыточное давление ∆Р_{фlim (эл)}, при котором элемент получит такую степень разрушения, когда возможно восстановление его силами объекта и возобновление производства продукции в короткие сроки, это может быть в случае, если элемент получит не более чем среднюю степень разрушения. Например, здание цеха из сборного железобетона может получить среднее разрушение при избыточных давлениях 20...30 кПа, тогда за предел устойчивости берётся нижняя граница диапазона, то есть ∆Р_{ф lim} = 20 кПа;
5. определяется предел устойчивости цеха в целом к ударной волне по минимальному пределу устойчивости входящих в него элементов. Так, если здание цеха имеет предел устойчивости 30 кПа, технологическое оборудование – 60 кПа, электроснабжение 20 кПа, то предел устойчивости цеха – 20 кПа, так как при этом избыточном давлении строя система электроснабжения и цех прекратит работу;
6. находится предел устойчивости объекта в целом к воздействию ударной волны по минимальному пределу входящих в его состав основных цехов, участков, систем – ∆Р_фlim(об);
7. делается заключение об устойчивости объекта к воздействию ударной волны. То есть сравнивается найденный предел устойчивости объекта ∆Р_фlim(об) с ожидаемым максимальным значением избыточного давления ∆Р_фmax . При ∆Р_фlim(об) ≥ ∆Р_фmax объект устойчив к воздействию ударной волны, при ∆Р_фlim(об) < ∆Р_фmax – объект неустойчив;
8. определяется степень разрушения по таблице результатов оценки устойчивости  при вероятном значении ожидаемого ∆Р_фmax;
9. делаются выводы и предложения на основе анализа результатов оценки устойчивости объекта по каждому цеху, участку и объекту в целом. В них отражаются предел устойчивости объекта; наиболее уязвимые элементы объекта; характер и степень разрушений, ожидаемых на объекте от ударной волны при максимально избыточном давлении; предел целесообразного повышения устойчивости наиболее уязвимых элементов объекта; предложения (мероприятия) по повышению предела устойчивости объекта к воздействию ударной волны.

Методику оценки устойчивости объекта к воздействию ударной волны рассмотрим на примере оценки устойчивости одного из цехов.

 

Пример 1.

 

Оценить устойчивость сборочного цеха машиностроительного предприятия к воздействию ударной волны атомного взрыва.

Завод расположен на расстоянии 5_,5 км от вероятной точки прицеливания R_г = 5,5 км; ожидаемая мощность ядерного боеприпаса q = 0,5 Мт; взрыв наземный; вероятность максимального отклонения ядерного боеприпаса от точки прицеливания r_отк = 1,1 км.

Характеристика цеха – здание одноэтажное, кирпичное, бескаркасное, перекрытие из железобетонных плит; технологическое оборудование включает мостовые краны и крановое оборудование, тяжелые станки; коммунально-энергетические сети (KЭС) состоят из систем подачи воздуха для пневмоинструмента (трубопроводы на металлических эстакадах) и кабельной наземной электросети.

 

Решение.

 

1. Определяем ∆Р_фmax, ожидаемого на объекте. Для этого находим минимальное расстояние от возможного центра взрыва

R_х = R_г - r_отк = 5,5 – 1,1 = 4,4 км

По прил. 1 находят избыточное давление ∆Р_ф на расстоянии 4,4 км для боеприпаса с q = 0,5 Мт при наземном ядерном взрыве (менее благоприятном). Это давление будет максимальным ожиданием на объекте: ∆Р_фmax = 30 кПа.

2. Выделяют основные элементы сборочного цеха и определяют их характеристики. Основными элементами этого цеха являются: здания, технологическое оборудование – мостовые краны и тяжелые станки, система воздухоподачи и электросеть.

Их характеристики берем  из исходных данных и записывают в сводную таблицу 1.

3. По прил. 2 находят  для каждого элемента цеха ∆Р_ф, вызывающее слабые, средние, сильные и полные разрушения. Так, здание цеха с указанным характеристиками получит слабые разрушения при ∆Р_ф = 10...20 кПа, средние разрушения – при 20...35 кПа, сильные разрушения – при 35...45 кПа, полные разрушения – при 45...60 кПа. Эти данные отражают в табл.1 по шкале избыточных давлений условными обозначениями.

Аналогично определяют и вносят в табл.1 данные по другим элементам цеха.

Таблица 1

Результаты  оценки устойчивости сборочного цеха

к воздействию ударной волны

 

Наименование элемента объекта	Элементы цеха и их краткая характеристика	Степень разрушения ΔPф, кПа												Предел устойчивости, кПа	Примечания
		10	20	30		40		50		60	70	80	90
Сборочный цех	Здание: одноэтажное, кирпичное, бескаркасное, перекрытие из железобетонных элементов													20	Предел устой чивости сборочного цеха ΔPф.lim=20 кПа
	Технологическое оборудование: краны и крановое оборудование: тяжелые станки													30     40
	КЭС:воздуховоды на металлических эстакадах, электросеть кабельная наземная													30     30
				1

 

 

	Слабые разрушения		Сильные разрушения
	Средние разрушения		Полные разрушения

 

4. Находят предел устойчивости каждого элемента цеха – ∆Р_фlim от средних разрушений. Здание цеха имеет ∆Р_фlim = 20 кПа, краны и крановое оборудование – 30 кПа, станки – 40 кПа, воздуховоды – 30 кПа, электросеть – 30 кПа.

5. Определяют предел устойчивости цеха в целом по минимальному пределу устойчивости входящих в его состав элементов. Сопоставляя пределы устойчивости всех элементов цеха, находят, что предел устойчивости сборочного цеха ∆Р_фlim = 20 кПа.

6. Анализируют результаты оценки и делают выводы и предложения по повышению устойчивости цеха к воздействию ударной волны взрыва ядерного боеприпаса q = 0,5 Мт.

– сборочный цех может оказаться на границе зон средних и сильных разрушений очага ядерного поражения с вероятным ∆Р_фmax = 30, а ∆Р_фlim сборочного цеха равен 20 кПа, что меньше ∆Р_фmax. Следовательно, сборочный цех неустойчив к воздействию ударной волны; наиболее слабый элемент – здание цеха;

– для повышения устойчивости работы сборочного цеха к воздействию ударной волны необходимо повысить устойчивость цеха устройством контрфорсов, подкосов, дополнительных рамных конструкций; кабельную электросеть и воздуховоды проложить под землей; уязвимые узлы кранов и кранового оборудования закрыть защитными кожухами; установить дополнительные колонны кранов.

Для полного представления возможной обстановки на объекте и в районе его расположения целесообразно нанести на план местности границы зон разрушений в очаге ядерного поражения при заданной мощности взрыва (рис. 1). Для этого по прил. 1 определяют радиусы зон разрушений для боеприпаса мощностью 0,5 Мт.

Зона:

– полных разрушений R₁ = 3,2 км;

– сильных разрушений R₂ = 4,4 км;

– зона средних разрушений R₃ = 5,5 км;

– зона слабых разрушений R₄ = 9 км;

– R_г = 5,5 км; r_отк = 1,1 км.

 

 

 

 

2. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ  РАБОТЫ НЕТИПИЧНЫХ

ОБЪЕКТОВ К  ВОЗДЕЙСТВИЮ УДАРНОЙ ВОЛНЫ

 

Если элемент объекта  или объект не является типичным и  в таблицах отсутствуют данные для них, то характер разрушений можно рассчитать, зная действующие нагрузки, а также габариты и. прочностные характеристики объекта.

При проведении оценочных  расчетов по устойчивости достаточно знать наибольшие силы, действующие на здания, элементы оборудования и технику. При этом в зависимости от габаритов и особенностей конструкции степень разрушений будет определяться силой убыточного давления, либо силой скоростного напора, либо совместным действием обеих сил.

1. На большие здания, имеющие значительную площадь стен и требующие для их обтекания ударной волной и уравновешивания давления со всех сторон некоторого времени, основное действие оказывает избыточное давление отраженной волны ∆P_отр, кПа, которое определяется по формуле:

,                                                                        (1)

где P₀ – атмосферное давление, кПа.

Если считать, что ∆P_отр равномерно приложено по всей стене, расположенной перпендикулярно распространению фронта ударной волны, то сила давления, кН, на здание определяется как

Р = DР_отр ∙ S,                                                                                   (2)

где S – площадь стены, м².

Вычисляя эту силу при различных значениях ∆P_Ф и зная прочностные характеристики здания (сооружения), можно определить степень его повреждения и разрушения.

 

2. Для сооружений, оборудования и предметов небольших размеров (антенна, дымовая труба, опора ЛЭП, трансформатор, прибор, станок, автомашина, вагон, мачта и т.д.), быстро обтекаемых ударной волной, наибольшую опасность представляет скоростной напор воздуха ∆P_ск, движущегося с достаточно большой скоростью V за фронтом ударной волны. Величина этой скорости рассчитывается по уравнению:

,                                                             (3)

где С₀ – скорость звука в воздухе, при нормальных условиях С₀ = 340 м/с; ∆P_Ф – избыточное давление, кПа; P₀ – атмосферное давление, кПа.

Для приближенных расчетов значение этой скорости определяют как:

V » 2∆P_ф.                                                                                    (4)

Давление скоростного  напора ∆P_ск определяется по формуле:

.                                                                                 (5)

Графическая зависимость ∆P_ск = f (∆P_Ф) приведена на рис. 2.

Помножив ∆P_ск на площадь миделя¹ S обтекаемого предмета и на коэффициент аэродинамического сопротивления С_х, получим смещающую силу, кН: