Пожаростойкий бак

Изобретение относится к специальному машиностроению, а именно к пожаростойким бакам и контейнерам, в которых можно перевозить агрессивные, токсические и радиоактивные вещества железнодорожным, автомобильным, авиационным транспортом. Пожаростойкий бак содержит внешние защитные слои, выполненные в виде профилей S-образной формы из сплава с эффектом памяти формы. Профили соединены между собой «в замок», закреплены на контейнере в натяг и покрыты полимерной термопластической пленкой. Сплаву, из которого выполнены профили, задано фазовое превращение при расчетной температуре в плоскую форму. В результате при пожаре содержимое бака значительно меньше нагревается, что позволяет предотвратить взрывы и уменьшить последующее опасное воздействие транспортируемых грузов на окружающую среду. 2 ил.

 

Изобретение относится к специальному машиностроению, а именно к пожаростойким бакам и контейнерам, в которых могут перевозить агрессивные, токсические и радиоактивные вещества железнодорожным, автомобильным, авиационным транспортом. Эта проблема достаточно актуальна в связи с ростом объемов перевозок опасных грузов, реальностью террористических угроз, а также обеспечением безопасности полетов летательных аппаратов.

Известно использование устройств предотвращения пожароопасных ситуаций, таких как средства пожаротушения в виде огнетушителей, покрытия баков и цистерн негорючими материалами, использование накидок, изготовленных из многослойных композиционных - металлических или волокнистых органических и неорганических соединений, имеющих в своем составе слоистое вспучивающееся огнезащитное покрытие [1, 2].

Известны устройства охлаждения, основанные на применении сплава с эффектом памяти формы со значительными экзо- и эндотермическими эффектами в них при охлаждении и нагреве в интервале мартенситных превращений [3, 5].

Прототипом к заявляемому изобретению является теплозащитное покрытие [4], позволяющее снижать температуру защищаемого объекта за счет уноса массы теплозащитного покрытия набегающим потоком воздуха.

Недостатками прототипа являются: вспучивание и растрескивание материала при нагревании, что приводит к увеличению теплопроводности защищающего слоя, прогарам этого слоя и сносу защищающего изделие пенококсового слоя. Кроме того, состав огнезащитного материала по прототипу при нагревании разлагается с выделением вредных для живых организмов газов через открытый растрескавшийся слой вспучивающегося материала.

Таким образом, недостатком предложенного прототипа является недостаточная максимально допустимая температура теплового воздействия, выделение большого количества сильно дымящих и вредно воздействующих на человеческий организм хлорсодержащих продуктов термодеструкции.

При этом в технике зачастую возникает потребность с высокой надежностью, не загрязняя дополнительно окружающую среду, обеспечить пожаростойкость объектов, имеющих в своем составе баки и контейнеры с агрессивными, токсичными жидкостями, в вышеизложенных условиях.

Задача предотвращения возгорания агрессивной, токсичной жидкости может быть решена следующим образом.

Пожаростойкий бак, содержащий внешние защитные слои, снабжен профилями из сплава с эффектом памяти формы, первоначально имеющими S-образную форму, профили соединены между собой «в замок», закреплены на контейнере в натяг и покрыты полимерной термопластической пленкой, при этом сплаву задано фазовое превращение при расчетной температуре в плоскую форму.

Сущность предлагаемого пожаростойкого бака поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство охлаждения на охлаждаемом объекте, на фиг.2 - вид А.

Пожаростойкий бак содержит внешние защитные слои и снабжен профилями 1 из сплава с эффектом памяти формы. Профили 1 первоначально имеют S-образную форму и соединены между собой «в замок». При этом профили 1 собраны в бандаж, закреплены на контейнере 2 в натяг и покрыты полимерной термопластической пленкой 3. Сплаву с эффектом памяти формы задано фазовое превращение при расчетной температуре в плоскую форму.

Пожаростойкий бак работает следующим образом: в обычном режиме эксплуатации при температуре ниже значения начала фазового перехода (критической) бак пассивно с расчетной интенсивностью отводит тепло от объекта 4, например агрессивной жидкости. При этом профилированные пластины 1 выполняют роль защитного стягивающего бандажа.

При воздействии на пожаростойкий бак и, собственно, объект значительной тепловой нагрузки, превышающей расчетную, полимерная термопластическая пленка 3 расплавляется, профилированные пластины 1 нагреваются до достижения критической температуры начала фазового превращения в материале. При этом материал профилированных пластин 1 претерпевает фазовое превращение и изменяет свою форму, т.е. разворачивается. Нагрев объекта 4 может осуществляться до температуры, при которой происходит восстановление плоской формы профилированных пластин 1. Для сплава с эффектом памяти формы на основе, например, системы Ni-Ti эта температура для наиболее стабильных результатов восстановления составляет от 100°С до 150°С и может быть выбрана и установлена в зависимости от диапазонов температур предполагаемого перегрева [3, 5].

Восстановление формы профилированных пластин обеспечивается силой термоупругости сплава. При этом максимальный термический эффект (в данном случае охлаждение) dT=dH_п/C определяется энтальпией перехода dH_п и теплоемкостью сплава С [5]. Пластины 1 при перегреве выше критической температуры охлаждаются, становятся стоком избытка тепловой энергии и удаляют поле интенсивных температур от защищаемого объекта.

Естественно, что пожаростойкий бак в режиме интенсивной терморегуляции (пожара) может работать ограниченное время, поглощая вполне определенное количество тепла. «Емкость» пластин, являющихся стоком тепла, пропорциональна количеству материала и может быть подобрана в соответствии с предполагаемыми перегревами.

Устройство эффективно при пожаре. При этом в течение расчетного времени обеспечивается требуемый температурный режим и оперативный резерв времени для прибытия спасательных команд.

После срабатывания бак существенно меняет внешнюю форму и пассивно отводит тепло от объекта.

Значительные деформации стенок бака могут служить индикатором для персонала о факте перегрева оборудования, что может эффективно снижать аварийность, особенно в авиации и на других транспортных средствах, не имеющих постоянного контроля температуры.

Положительный эффект предлагаемого изобретения состоит в повышении эффективности, особенно при отводе большого количества теплоты от элементов оборудования, и улучшении эксплуатационных характеристик отвода тепла ввиду существенного изменения внешней формы, пассивного отвода тепла от объекта и возможности индикации персоналу об аварийном срабатывании устройства. Положительный эффект обусловлен применением в качестве стока тепла профилированных пластин с заданными массой и геометрической формой, обеспечивающих защиту объекта от тепловых нагрузок.

Пожаростойкий бак отличается от прототипа усовершенствованной конструкцией, обеспечивающей более эффективную защиту техники в экстремальных тепловых режимах, например при пожарах, или высоких температурах в замкнутых объемах, и достаточную стойкость к агрессивным средам. При этом предлагаемый пожаростойкий бак имеет достаточно высокую максимально допустимую температуру теплового воздействия и не допускает выделение большого количества сильно дымящих и вредно воздействующих на человеческий организм, например, хлорсодержащих продуктов термодеструкции.

Источники информации

1. Патент РФ №2091424 от 30.06.95 г.

2. Цистерны. Устройство, эксплуатация, ремонт. Справочное пособие, М., Транспорт, 1990.

3. Патент РФ №2242844 от 20.12.2004 г.

4. Патент РФ №2103295 от 31.01.94 г.

5. Эффект памяти формы в сплавах: Пер. с англ. Л.М.Бернштейна / Под ред. В.А.Займовского - М.: Металлургия, 1979-472 с.

Пожаростойкий бак, содержащий внешние защитные слои, отличающийся тем, что он снабжен профилями из сплава с эффектом памяти формы, первоначально имеющими S-образную форму, профили соединены между собой «в замок», закреплены на контейнере в натяг и покрыты полимерной термопластической пленкой, при этом сплаву задано фазовое превращение при расчетной температуре в плоскую форму.