一种自动循环水幕衰减爆炸毁伤系统

1.本发明属于爆炸防护领域，具体涉及一种自动循环水幕衰减爆炸毁伤系统。


背景技术：

2.爆炸是广泛存在于自然界与人类活动中的一种物理的或化学物理的过程，例如地震、自然界的雷电、弹药爆炸、高压蒸汽锅炉爆炸、矿坑瓦斯爆炸等。爆炸在极短的时间内生成高压气体或被瞬态加热气化的物质对周围介质做功，以及发出各种能量辐射等对目标产生破坏作用。合理地利用爆炸现象能助力国防力量的发展与工业的进步。然而，爆炸也会对己方带来极大的威胁。例如，弹药在生产运输或使用过程中意外事故带来的爆炸；存放的危险品因为意外事故发生燃烧或者爆炸等。因此，研究各种爆炸防护技术，降低爆炸对设施、装备和人员的毁伤具有重要意义。
3.常见的爆炸防护方法包括：加强重点结构的强度、在薄弱地区设计开口、传统的触发抑制系统、利用水介质抑制爆炸。大量的研究表明，水介质在衰减爆炸毁伤效果方面展现了显著的效果。例如，在爆炸物附近放置一定量的水，与没有放置水相比，爆炸产生的冲击波幅值与冲量遭到显著降低，衰减率达50％以上，环境温度也迅速降低。水介质通过以下几种方式削弱爆炸毁伤效果：冲击波在与水介质相互作用时发生能量转移，一方面，水介质获得一定速度并产生位移，将冲击波能量转换为水介质动能；另一方面，由于冲击波对水做功与液体介质的不稳定性，水介质会发生破碎与雾化，使水表面积急剧增加，使冲击波能量转换为水介质表面能。危险品爆炸时除了产生空气冲击波，往往会产生火焰并释放大量热量，而水具有较高的蒸发潜热，据计算，1kg的水蒸发潜热高达2.25mj，由于水介质在冲击波作用下发生破碎与雾化，使水介质表面积增大，加快了蒸发速率，因此水介质能迅速而高效地吸收爆炸释放的热量。
4.根据水介质的布置形式，水介质抑爆结构可以分为以下几种形式：
5.1.将水介质放入一定结构的容器之中形成对危险品的完全包覆。这种抑爆形式对危险品的包装与存储提出了更高的要求，否则容易导致危险品受潮或浸水。
6.2.在刚性墙表面安装盛水容器(如水袋，塑料夹层)，在容器内灌满水，在刚性墙表面形成水墙，这种抑爆形式本质上仍然是刚性墙，只不过在表面附上一层水层，虽可以减小刚性墙在冲击波作用下的变形与损伤，但应用到具体使用环境中，此种抑爆形式仍然需要安装固定在使用环境中，使用方式并不灵活。
7.3.利用喷头形成多层水幕对危险品造成分隔。专利cn 111997678 a描述了一种隔爆水幕装置和隔爆方法，主要包括用于监测爆炸冲击波的传感器、水幕形成装置、控制系统启动的控制装置。当冲击波传感器检测到冲击波产生，控制装置开启控制阀，使水源进入所述水幕形成装置中。该发明采用的传感器监测的是冲击波信号，但冲击波作为爆炸的主要破坏手段，其运动速度往往高达数个马赫，破坏结构的过程的时间尺度为微秒或毫秒级，当传感器检测到冲击波信号时，控制系统在启动水幕形成装置前冲击波已经完成作用过程，因此靠监测冲击波信号来启动水幕形成系统的方式是不合适的；此外，该发明所述的水幕
形成装置是利用多个水幕喷头形成水幕，水幕喷头形成的水幕宽度窄，流动紊乱，在离喷头较远处水幕将会分散开，无法形成完整的水幕，冲击波在经过水幕会发生绕射，防护效果十分有限。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种自动循环水幕衰减爆炸毁伤系统，能实现危险品爆炸预警、衰减爆炸冲击波、降低环境温度、阻挡火焰、可燃性气体、有毒气体传播，同时不会阻碍人员撤离和设备转移。
9.实现本发明目的的技术解决方案为：一种自动循环水幕衰减爆炸毁伤系统，包括通道，安装在通道内用于检测危险品状态的传感器，用于在通道内生成水幕的多个水幕生成装置，用于为水幕生成装置供水的供水装置，用于实现水回收的回收装置，和用于接收传感器信号并控制供水装置和回收装置状态的控制柜；
10.所述水幕生成装置包括箱体，网膜，分流板和支架；支架包括关于箱体长轴线对称分布的两个分支架，两个分支架形成的通道为漏斗型，支架上方设有网膜，漏斗型通道固定宽度部分均布有多个竖直放置的分流板，水流经过网膜与分流板后由湍流转捩为层流，最终从水幕生成装置流出后能形成稳定、平缓、连续不断的水幕。
11.进一步的，所述水幕生成装置还包括箱盖，箱盖上设有注水口；所述水幕生成装置和通道之间设有密封垫。
12.进一步的，所述网膜孔径不大于120目，网膜的材质为不锈钢，网膜通过螺栓连接在箱体上，相邻两个分流板的距离为100mm
±
20mm。
13.进一步的，水幕生成装置的水箱的底部通过螺栓与通道连接。
14.进一步的，所述供水装置包括第一泵组，蓄水箱和管网；
15.第一泵组连接蓄水箱，第一泵组与管网入口连接的管路上依次设置截止阀，压力表和第一过滤器，管网的一个分支分别连接一个水幕生成装置，水幕生成装置的数量根据危险品的危险等级确定。
16.进一步的，所述回收装置包括多个地漏，第二泵组和第二过滤器，
17.多个地漏通过管网连接至第二泵组，第二泵组连接蓄水箱的市水管道入口，管网和第二泵组之间连接第二过滤器。
18.进一步的，传感器包括烟雾传感器与光热传感器。
19.进一步的，所述蓄水箱采用不锈钢材质，设有3个连接口，一个连接市水管道、一个连接第一泵组、一个连接第二截止阀作为清洁水箱时的出水口。
20.进一步的，传感器通过信号线缆连接控制柜，控制柜通过电缆连接第一泵组与第二泵组，用于控制泵组的启动与关闭。
21.本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
22.(1)本发明的自动循环水幕衰减爆炸毁伤系统，通过水幕生成装置生成持续稳定的水幕，水幕生成装置为漏斗状，中部设置有不锈钢网，出口处安装有分流板，能将湍流转捩为层流，与水幕喷头形成的由雾状水滴形成的水幕相比，本发明形成的水幕为稳定、平缓、连续不断的水幕，即使在远离出口的位置，水幕也不会分散开，当爆炸冲击波作用到水幕上时立即发生反射，阻挡冲击波的传播，大幅降低水幕后冲击波的超压值，实现50％以上
的超压衰减率。
23.(2)本发明利用烟雾传感器与光传感器监测危险品爆炸前期反应，能在爆炸发生前实现爆炸预警并自动生成循环抑爆水幕。
24.(3)本发明通过水幕生成装置生成稳定持续的水幕，水幕可以有效阻挡爆炸产生的火焰、可燃气体、有毒气体的传播，进一步降低爆炸毁伤。
25.(4)当冲击波与水幕相互作用后，水幕发生雾化，雾化后的水幕可通过蒸发吸热的方式迅速降低环境温度。
26.(5)本系统能对地面底部沉积的水实施回收、过滤与循环，使水幕生成装置获得源源不断的水供应。
27.(6)水幕生成装置安装灵活，形成的水幕不会阻碍人员撤离与设备转移。
附图说明
28.图1为本发明的自动循环水幕衰减爆炸毁伤系统组成示意图。
29.图2为水幕生成装置结构示意图。
30.图3为生成的水幕效果图。
31.图4为水幕阻挡冲击波传播图；其中图4(a)～(c)为冲击波向水幕运动过程，(a)为t＝0ms，(b)为0.05ms，(c)为0.10ms，图4(d)～4(f)为冲击波与水幕相互作用并发生反射的过程，(d)为0.20ms，(e)为0.25ms，(f)为0.30ms，图4(g)～(i)为水幕发生雾化的过程，(g)为0.40ms，(h)为0.90ms，(i)为2.40ms。
32.附图标记说明：
33.1-控制柜，2-水幕生成装置，3-通道，4-连接螺钉，5-密封垫，6-管网，7-第一过滤器，8-压力表，9-传感器，10-第一截止阀，11-第一泵组，12-蓄水箱，13-市水入口，14-第二截止阀，15-地漏，16-水幕，17-危险品，18-电缆，19-第二过滤器，20-第二泵组，21-箱体，22-注水口，23-箱盖，24-网膜安装螺纹孔，25-网膜，26-分流板，27-支架，28-箱体安装螺纹孔。
具体实施方式
34.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
35.一种自动循环水幕衰减爆炸毁伤系统，能实现危险品爆炸预警、衰减爆炸冲击波、降低环境温度、阻挡火焰、可燃性气体、有毒气体传播，同时不会阻碍人员撤离和设备转移。系统包括水幕生成装置2、管网6、过滤器，压力表8、泵组、截止阀、蓄水箱12、地漏15、传感器9、控制柜1。
36.所述水幕生成装置包括箱体21、箱盖23、注水口22、网膜25、网膜安装螺纹孔24、分流板26、箱体安装螺纹孔28、支架27、密封垫5。
37.箱盖23与箱体21通过螺纹连接，防止杂物掉落进箱体内，箱盖23上设有3个注水口。
38.网膜25与箱体21通过螺纹孔安装在箱体中部，将箱内水流由湍流转捩为层流，使生成的水幕平缓稳定，网膜25孔径不大于120目。
39.箱体21出口处设有5个分流板26，保证水幕稳定。
40.箱体21侧方设有4个支架，增加箱体安装稳定性和箱体自身结构强度。
41.密封垫5置于水幕生成装置2与通道3之间，起到密封防漏的作用。
42.箱体21底部设有安装螺纹孔，用于安装到通道顶端。
43.所述管网6作为水幕生成装置2与第一泵组11的连接管道，用于第一泵组11向箱体21输送水，管径50mm。
44.所述第一过滤器7串联安装在第一泵组11出水口与管网6之间，过滤颗粒直径不小于200微米。
45.所述压力表8串联安装在第一泵组11出口，用于查看供水压力。
46.所述第一泵组11与管网6、水箱连接，提供输水动力，第一泵组11流量可调，最大流量不低于300l/min。
47.所述蓄水箱12体积为3000l，采用不锈钢材质，设有3个连接口，一个连接市水管道、一个连接泵组、一个作为清洁水箱时的出水口。
48.所述自动循环水幕衰减爆炸毁伤系统能实现对地面沉积的水进行回收的功能，实现该功能的设施包括地漏15、管网、第二过滤器19、第二泵组20。
49.地漏15采用不锈钢材质，孔径5mm，用于过滤水中较大尺寸的杂质。
50.第二泵组20与第二过滤器19将地漏15收集的水过滤后输送回蓄水箱12中，及时为蓄水箱12补充水。
51.所述传感器9包括烟雾传感器与光热传感器，与控制柜1连接，传感器9探测危险品爆炸前期放出的光、热或烟雾，将信号传输至控制柜1。
52.所述控制柜1在检测到传感器9的信号后发出报警，并自动启动泵组，向水幕生成装置2供水的同时回收地面沉积的水。
53.本发明的安装方式：
54.首先将水幕生成装置2的箱盖23通过螺纹连接至箱体21。
55.利用连接螺钉4将水幕生成装置2安装在通道3顶端，并在水幕生成装置2与通道3之间安装密封垫5，防止液体泄露。
56.管网6用于连接水幕生成装置2与第一泵组11，并在管网6中依次串联安装第一截止阀10、压力表8，第一过滤器7，第一截止阀10保持常开。
57.第一泵组11与蓄水箱12连接，为水幕生成装置2提供水源。
58.蓄水箱12连接市水入口13与第二截止阀14，第二截止阀14保持常闭，仅在清洁蓄水箱时开启。
59.传感器9安装在通道3顶端，并通过信号线缆连接控制柜1。
60.地漏15安装在通道3地面，用于过滤较大尺寸杂质。
61.地漏通过管网6连接至第二泵组20，并串联安装第二过滤器19。
62.第二泵组20连接蓄水箱12，为蓄水箱及时补水。
63.控制柜1通过电缆18连接第一泵组11与第二泵组20，用于控制泵组的启动与关闭。
64.本发明的工作原理：
65.当通道3中存储的危险品17发生燃烧时，发出的烟雾或火光被传感器9监测到，传感器9将信号传输至控制柜1。
66.控制柜1收到信号后，通过电缆启动第一泵组11和第二泵组20。
67.第一泵组11将蓄水箱12的水输送到管网6中，经第一过滤器7过滤后，水流进入到水幕生成装置2。
68.水流进入水幕生成装置2后，网膜25将湍流转捩为层流，层流通过分流板后在水幕生成装置2出口形成平缓稳定的水幕16。
69.地漏15收集并过滤沉积在地面的水，被第二泵组20送回蓄水箱中。

技术特征：
1.一种自动循环水幕衰减爆炸毁伤系统，其特征在于，包括通道(3)，安装在通道(3)内用于检测危险品状态的传感器(9)，用于在通道(3)内生成水幕的多个水幕生成装置(2)，用于为水幕生成装置供水的供水装置，用于实现水回收的回收装置，和用于接收传感器(9)信号并控制供水装置和回收装置状态的控制柜(1)；所述水幕生成装置(2)包括箱体(21)，网膜(25)，分流板(26)和支架(27)；支架包括关于箱体长轴线对称分布的两个分支架，两个分支架形成的通道为漏斗型，支架上方设有网膜(25)，漏斗型通道固定宽度部分均布有多个竖直放置的分流板(26)，水流经过网膜(25)与分流板(27)后由湍流转捩为层流，最终从水幕生成装置(2)流出后能形成稳定、平缓、连续不断的水幕(16)。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水幕生成装置(2)还包括箱盖(23)，箱盖(23)上设有注水口(22)；所述水幕生成装置(2)和通道(3)之间设有密封垫(5)。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述网膜孔径不大于120目，网膜的材质为不锈钢，网膜通过螺栓连接在箱体上，相邻两个分流板的距离为100
±
20mm。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，水幕生成装置(2)的水箱的底部通过螺栓与通道连接。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述供水装置包括第一泵组(11)，蓄水箱(12)和管网(6)；第一泵组(11)连接蓄水箱(12)，第一泵组(11)与管网(6)入口连接的管路上依次设置截止阀(10)，压力表(8)和第一过滤器(7)，管网(6)的一个分支分别连接一个水幕生成装置(2)，水幕生成装置的数量根据危险品的危险等级确定。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述回收装置包括多个地漏(15)，第二泵组(20)和第二过滤器(19)，多个地漏(15)通过管网连接至第二泵组(20)，第二泵组(20)连接蓄水箱(12)的市水管道入口，管网和第二泵组(20)之间连接第二过滤器(19)。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，传感器(9)包括烟雾传感器与光热传感器。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述蓄水箱(12)采用不锈钢材质，设有3个连接口，一个连接市水管道、一个连接第一泵组、一个连接第二截止阀(14)作为清洁水箱时的出水口。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，传感器(9)通过信号线缆连接控制柜(1)，控制柜(1)通过电缆(18)连接第一泵组(11)与第二泵组(20)，用于控制泵组的启动与关闭。

技术总结
本发明属于爆炸防护领域，具体涉及一种自动循环水幕衰减爆炸毁伤系统。包括通道，安装在通道内的传感器，用于在通道内生成水幕的多个水幕生成装置，供水装置，回收装置和控制柜；水幕生成装置包括箱体，网膜，分流板和支架；支架包括关于箱体长轴线对称分布的两个分支架，两个分支架形成的通道为漏斗型，分流板上方设有网膜，漏斗型通道固定宽度部分均布有多个竖直放置的分流板，水流经过网膜与分流板后由湍流转捩为层流，最终从水幕生成装置流出后能形成稳定、平缓、连续不断的水幕。本发明的系统能够生成均匀、稳定、持续不断的水幕，衰减爆炸冲击波、降低环境温度、阻挡火焰、可燃性与有毒气体传播。体传播。体传播。


技术研发人员：赵家兴 岳亚军 周赢 刘一然 徐强 姜林
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/3/8