Новости / Архив

14:39 / 30.07.12

Пожаровзрывобезопасные топливные баки и взрывобезопасные газовые баллоны


 НИИ СТАЛИ.      Фото fotki.yandex.ru

В результате дорожно-транспортных происшествий (ДТП) в России ежегодно гибнет около 30 000 человек. Распространенной причиной летальных исходов при ДТП является взрыв горючего, вытекающего из поврежденного топливного бака. Такие взрывы приводят к человеческим жертвам и к возникновению масштабных пожаров. У топливных баков военных автомобилей аналогичная проблема.

 

О создании пожаровзрывобезопасных топливных баков и взрывобезопасных газовых баллонов в своей статье рассказывают сотрудники ОАО «НИИ СТАЛИ» И.В. Балашов, кандидат техических наук А.Н. Бондаренко и Н.В. Старшинов.

 

При поражении пулями стрелкового оружия или высокоскоростными осколками (V >1300 м/с) происходит разрушение баков от гидроудара с возгоранием топлива и взрывом. Паровоздушная смесь над топливом в топливных баках взрывоопасна практически во всем диапазоне температур эксплуатации транспортных средств от –30 °С до +60 ºС.

 


Министр МЧС В.А.Пучков знакомится с разработками НИИ стали. Фото предоставлено пресс-службой НИИ СТАЛИ.

Министр МЧС В. Пучков знакомится с разработками НИИ стали

 

Первые разработчики – «НИИ Стали»

 

Пожаровзрывобезопасные баки для легковых автомобилей с использованием открытоячеистого пенополиуретана и протектирующего покрытия впервые были разработаны специалистами «НИИ Стали».

 

Экспериментально установлено, что давление в баке с наполнителем не превышает 0,1 МПа. Достаточно 75 % заполнения бака ячеистым наполнителем, чтобы предотвратить взрыв.

 

При этом потери полезного объема бака составляют только 2-3%. Кроме заполнения баков открытоячеистым пенополиуретаном ППУ-ЭО-100 было применено наружное полимерное покрытие баков (полиуретан ПУМ-ПФ-ОП-15).

 


Результат ДТП-пожар. Фото представлено пресс-службой НИИ СТАЛИ.

Результат ДТП-пожар

 

Поэтому вероятность взрыва паровоздушной смеси сводится к вероятности возникновения источника зажигания. В аварийных ситуациях – это разрушение бака и наличие искры, при вооруженном нападении – бронебойные средства стрелкового оружия.

 

Давление в баках в результате взрыва может достигать критических значений, что и приводит к их разрушению, в основном, по наименее прочным местам баков.

 

Защитой от взрыва паровоздушной смеси могут стать пламяпреграждающие пористые наполнители, такие как мелкая металлическая сетка, открытоячеистый пенополиуретан, ячеистые структуры из алюминиевой фольги (шарики или сетка).

 

Весь объем топливного бака заполняется топливогазопроницаемым наполнителем, который капсулирует взрывоопасную паровоздушную смесь и препятствует мгновенному воспламенению, при котором происходит возрастание давления, приводящего к разрушению емкости.

 


Установка приготовления открытоячеистых наполнителей. Фото предоставлено пресс-службой НИИ СТАЛИ.

Установка приготовления открытоячеистых наполнителей

 

Данный материал обладает свойством самозатягивания пробоины, что предотвращает вытекания топлива и его возгорание. Два бака с такой защитой для автомобиля ЗИЛ-4105 были испытаны на полигоне обстрелом пулями калибра 5,45 и 7,62 мм с дистанции 30 м и подрывом ручной гранаты РГД-5 в следующей последовательности:

  • 2 выстрела из автомата АК-74, калибр 5,45 мм
  • 1 выстрел из винтовки М-16 (США), калибр 5,45 мм
  • 1 выстрел из автомата АКМ, калибр 7,62 мм
  • 3 выстрела из винтовки СВД, пулями ТС, калибр 7,62 мм
  • 2 подрыва гранаты РГД-5 с расстояния 140 мм и 180 мм

 

Во всех случаях пробоины затягивались защитным полиуретановым покрытием, взрыва баков и течи топлива не наблюдалось.

 

По результатам данных испытаний было принято решение о комплектации автомобиля ЗИЛ-4105 пожаровзрывобезопасными баками и их запуске в мелкосерийное производство.

 

Высокая надежность защиты подтверждена полигонными испытаниями баков, которые находились в эксплуатации 10 лет (средний срок эксплуатации бензобаков составляет 15 лет). При этом не было обнаружено дополнительных неудобств при заправке, расходе и сливе топлива из баков, оборудованных защитой от взрыва.

 

Взрывопожаробезопасные баки изготовили и для других типов автомобилей – инкассаторская “Нива”, “КамАЗ”, “Урал”, “Волга”, УАЗ. «НИИ Стали» оснастил защищенными топливными баками более 1500 автомобилей.

 


Бак послое испытания обстрелом. Топливо не вытекает. Фото предоставлено пресс-службой НИИ СТАЛИ.

Бак послое испытания обстрелом. Топливо не вытекает

 

Конструкторские возможности

 

В конструкторском и технологическом планах защита топливных баков может быть осуществлена по-разному в зависимости от таких факторов, как конструкция исходного бака, объем серии, версия наиболее вероятной схемы пулевого обстрела и др.

 

Часто специалистам приходится приспосабливать технологию изготовления защиты баков к существующей технологии их производства. В единичных случаях защита баков (например, автомобилей “Волга“, УАЗ) осуществлялась таким образом: в стенках готового бака вырезались технологические окна, через которые внутрь помещался наполнитель – пенополиуретан, и впаивались стержни, отделяющие поплавковую зону от наполнителя.

 


Часто специалистам приходится приспосабливать технологию изготовления защиты баков к существующей технологии их производства. Фото предоставлено пресс-службой НИИ СТАЛИ.

Часто специалистам приходится приспосабливать технологию изготовления защиты баков к существующей технологии их производства

 

После этого технологические окна запаивались крышками. Снаружи баки оклеивались листами полиуретана в полуотвержденном состоянии для удобства выкладки по сложной поверхности и стыковки листов друг с другом. Недостатками такой конструкции являются наличие линий стыковки полиуретановых листов и необходимость их приклеивания к металлу.

 

Это приводит к невозможности полного самозатягивания пробоин на выходе пули из бака в местах стыковки листов и приклейки из-за образовавшихся заусенцев металла в сторону полиуретанового покрытия. Заусенцы препятствуют упругому возврату материала покрытия к центру пробоины.

 

Данные недостатки устраняются путем применения полимерного покрытия в виде сплошной оболочки. Оно изготавливается методом машинной заливки полимера в форму, в которую помещен металлический бак с нанесенной на наружной поверхности смазкой, препятствующей склеиванию полимера с металлом.

 

В результате образуется сплошная полимерная оболочка, не связанная прочно с корпусом бака. Поэтому металлические заусенцы пробоины на выходе пули из бака не мешают затягиванию отверстия в полимерном покрытии за счет его упругих свойств. Такая технология экономически целесообразна при достаточно большой партии баков.

 

Сплошная литая полиуретановая оболочка, изготовленная по приведенной технологии, обеспечивает повышенную надежность защиты даже в условиях, когда металлический бак внутри оболочки разрушался.

 

Об этом говорят опыты с подрывом осколочно-фугасных зарядов, устанавливаемых внутрь баков с топливом. При подрыве бак разрушался, полиуретановая оболочка пробивалась осколками, но топливо не вытекало, так как отверстия быстро затягивались.

 


Схема баков. Фото предоставлено пресс-службой НИИ СТАЛИ.

Схема баков

 

Экспериментальный обстрел

 

Имеются экспериментальные данные по обстрелу защиты баков пулями повышенного калибра: бронебойнозажигательными пулями Б-32 калибра 12,7 и 14,5 мм.

 

В первом случае наблюдалось полное затягивание пробоины покрытием. При температуре – 40 °С наблюдалась капельная течь топлива без возгорания.

 

В случае обстрела пулями калибра 14,5 мм (толщина покрытия 13 мм) при нормальной температуре входное отверстие затягивалось полностью, выходное – не полностью. При температуре – 40 °С наблюдалось затягивание отверстия в покрытии до диаметра 1,2…2,0мм (отверстие в металле 30мм). Возгорания топлива не наблюдалось.

 

Были проведены единичные опыты с обстрелом защиты снарядом калибра 30 мм. В этом случае толщина полимерного покрытия должна быть не менее 25 мм. При такой толщине диаметр остаточного отверстия доходил до 3 мм, в металле - составлял около 70 мм.

 

Разработчики «НИИ Стали», проанализировав данные обстрела защиты, сделали вывод: толщина полиуретанового покрытия должна составлять примерно 0,8 от калибра пули.

 

В Научно-исследовательском институте стали были проведены испытания обстрелом емкостей, заполненных сферическими элементами из алюминиевой фольги собственного производства.

 

НТЦ “Взрывоустойчивость” и ВНИИПО МЧС РФ исследовали взрывопожароподавляющие свойства этого наполнителя емкостей с топливом. Обстрелом бронебойнозажигательными пулями Б-32 калибра 7,62 мм подверглись емкости (стальные бочки) объемом 120 литров, полностью заполненные сферическими элементами и залитые на 50% (60 литров) бензином АИ-92.

 

Одна из бочек снаружи была покрыта полиуретановым слоем толщиной 10 мм. В каждую бочку было произведено по 4 выстрела:

  • 2 выстрела выше уровня топлива
  • 2 выстрела ниже уровня топлива

 

При испытании бочки без полиуретанового покрытия взрыва паров топлива не было, но произошло возгорание топлива, вытекшего из пробоин. При испытании бочки с полиуретановым покрытием не было ни взрыва, ни течи, ни возгорания топлива.

 

В ходе исследования характера пламенного горения бензина в резервуаре, заполненном такими же шариками, выяснилось, что высота пламени над поверхностью была не более 50…100 мм. При удалении шариков высота пламени увеличилась до 500 мм.

 

При обратном помещении шариков в горящий бензин происходило существенное уменьшение интенсивности горения, в некоторых случаях наблюдалось затухание пламени. Взрыва сосудов зафиксировано не было.

 

Экспериментальное исследование возможности пожаровзрывобезопасного проведения ремонтных работ на сосуде с бензином, заполненном шариками из ячеистой фольги, показало, что проведение газосварочных работ не приводит к взрыву сосуда.

 

Механизм взрывозащиты заключается как в предотвращении распространения пламени в свободном пространстве замкнутой емкости, так и в теплопередаче от продуктов сгорания к твердой фазе пористой структуры, в данном случае к алюминиевой фольге.

 

Пористая структура хорошо работает и в емкостях с горючими газами. Согласно результатам экспериментов в НТЦ “Взрывоустойчивость” и ВНИИПО МЧС РФ алюминиевая пористая структура, размещенная внутри емкостей с горючими газами (метаном) и парами легковоспламеняющихся жидкостей, способна существенно снизить нарастающее давление в результате возгорания топлива.

 

При этом целесообразно использовать пористую среду в пределах 30…40 кг/м³ (плотность открытоячеистого пенополиуретана 27…32 кг/м³).

 

Экспериментальное исследование возможности распространения пламени по метановоздушной смеси подтвердило, что пористую структуру можно использовать в качестве огнепреградительного элемента.

 

При помещении в очаг пожара баллона с метаном, заполненного шариками (или сеткой) из ячеистой алюминиевой фольги, взрыва не происходит.

 

Специалисты НТЦ “Взрывоустойчивость” убедились, что фольгированные элементы производства «НИИ Стали» обеспечивают взрывобезопасность емкостей, заполненных легковоспламеняющимися жидкостями и сжиженными газами.

 

С учетом результатов пулевых испытаний емкостей рекомендуется использование исследованной технологии по предотвращению взрывов в бензобаках автомобилей, автобусов городских и международных рейсов, пожарных машин, в железнодорожных цистернах, на газозаправочных станциях, в промышленных и бытовых газовых баллонах.

 


Взрывобезопасный газовый баллон. Фото предоставлено пресс-службой НИИ СТАЛИ.

Взрывобезопасный газовый баллон

 

Основываясь на результатах проведенных экспериментов специалисты «НИИ Стали» разработали конструкцию газового бытового баллона во взрывобезопасном исполнении, которая включает в себя стандартно выпускаемую емкость для газа, наполненную открытоячеистым наполнителем, и запорную арматуру с перепускным клапаном.

 

Такая конструкция была испытана на взрывобезопасность при воздействии открытого пламени в условиях полигона ФКП «Геодезия». Испытания подтвердили, что открытоячеистый наполнитель (в виде элементов из алюминиевой фольги) и перепускной клапан производства «НИИ Стали» обеспечивают взрывобезопасность бытового газового баллона.

 

Такая конструкция является экономически наиболее целесообразной:

1. Все элементы такой конструкции выпускаются либо серийно, либо в опытном производстве.

2. Бытовые баллоны, уже произведенные и находящиеся в эксплуатации, легко заполнить открытоячеистым наполнителем и оборудовать препускным клапаном. Стоимость данного дооборудования составит ориентировочно 1500 -2000 рублей.

3. Утилизация взрывобезопасного газового баллона не вызывает затруднений. Сначала цветной металл отделяется от черного, после чего переплавляется.

 

Выводы:

 

Обеспечение надежной пожаровзрывобезопасности топливных баков возможно путем заполнение полости баков открытоячеистым пенополиуретанаом или элементами из е фольги с одновременным использованием наружного полиуретанового покрытия, толщина которого составляет не менее 0,8 от калибра пули.

Возможность течи топлива даже при разрушении металлического бака предотвращается благодаря свободной цельнолитой полиуретановой оболочке вокруг топливного бака. Заполнение емкостей бытовых и промышленных газовых баллонов элементами из алюминиевой фольги с применением в запорной арматуре перепускного клапана обеспечивают их взрывобезопасность.

Применение пожаровзрывобезопасных баков и взрывобезопасных газовых баллонов спасает жизни людей и снижает разрушительные последствия при возникновении аварийных и катастрофических ситуаций.