Исследования работоспособности топливных ёмкостей с защитой от возгорания и взрыва

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследования работоспособности топливных ёмкостей с защитой от возгорания и взрыва

И.В. Балашов, к.т.н. А.Н. Бондаренко,

к.т.н. В.П. Васин, Н.В. Старшинов, А.С. Талачёв

Работы по созданию пожаровзрывобезопасных топливных баков и исследования их работоспособности выполнялись НИИ Стали с 1983 года.

На этом этапе был разработан топливный бак с защитой от возгорания и взрыва для легкого автомобиля высшего класса ЗИЛ-4105. Для защиты от взрыва внутренний объём бака был заполнен открытоячеистым эластичным пенополиуретеном ППУ-Э0-100 (ТУ6-05-5127-82). Для защиты от вытекания топлива (при пробитии бака с наружной стороны) обе половины бензобака с наружной стороны и внутренняя поверхность нижней половины бака были покрыты полиуретаном Пум-ПФ-ОП-15.

Два бака такой конструкции были испытаны обстрелом пулями калибра 5,45 и 7,62 мм и воздействием взрыва ручной гранаты типа РГД-5. Испытания проводились 13 апреля 1983 года на открытом полигоне при температуре +2єС. Всего было сделано:

ь Два подрыва гранатой РГД-5 с расстояния 140 мм и 180 мм;

ь 3 выстрела из винтовки СВД, калибра 7,62 мм, пуля ЛПС;

ь 1 выстрел из автомата АКМ, калибр 7,62;

ь 2 выстрела из автомата АК-74, калибр 5,45;

ь 1выстрел из винтовки М-16, калибр 5,45 (США) с дистанции 30 м.

Во всех случаях пробоины затягивались защитным полиуретановым покрытием, воспламенения топлива и взрыва не было.

На основе положительных результатов испытаний было принято решение о комплектации автомобиля ЗИЛ-4105) пожаровзрывобезопасныйми баками вышеприведенной конструкции и их запуск в мелкосерийное производство.

Однако в 1992 году производство предполимера ПФ-ОП-15, использовавшегося для изготовления полиуретана ПУМ-ПФ-ОП-15, было прекращено, а переход на предполимер (форполимер уретановый) СКУ-ПФЛ- 100 С более низкой бензостойкостию привел в отдельных случаях, к отслоению внутреннего покрытия, что нарушило работу датчика указателя уровня топлива.

Для устранения этого недостатка, учитывая безотказную работоспособность наружного полиуретанового покрытия в течение свыше 10 лет, что подтверждено ежегодными осмотрами пожаровзрывобезопасных топливных баков (и соответствующими заключениями) на находящихся в эксплуатации автомобилях ЗИЛ-4105, было принято решение об отказе от внутреннего покрытия на нижней половинке бака.

Работоспособность баков без внутреннего покрытия при пулевом обстреле была проверена испытаниями на полигоне ФСО РФ 14 октября 1999 года. Было испытанно 2 экспериментальных новых бака без внутреннего покрытия с наружным и внутренним покрытием из ПУМ-Э0-100.

Пожаровзрывобезопасные топливные баки, прошедшие гарантийный срок эксплуатации, испытывались с целью продления срока эксплуатации свыше десяти лет.

Испытания проводились при температуре +4єС.

Всего было сделано 2 подрыва гранаты РГД-5 с дистанции 240 мм. При этом вспышек и возгорания топлива не было. Наблюдалась струйная и капельная течь топлива.

При испытаниях стрелковым оружием с дистанции 30 м было сделано 8 выстрелов из винтовки СВД пулями Б-32 калибра 7,62 мм, 4 выстрела из автомата АК-74 пулями со стальным сердечником калибра 5,45 мм. Во всех случаях входные отверстия затягивались полностью. В четырёх случаях наблюдалось пробитие оболочки на выходе пули выше уровня топлива. В одном из них при испытании бака, прошедшего десятилетний срок эксплуатации, пуля вышла над сварным бортиком половинок бака, где отсутствовало покрытие, ударилась о стальную рамку подставки, не пробив её, и осталась на рамке. В этом случае произошло возгорание от соударения стального закалённого сердечника пули о рамку. В остальных случаях воспламенения и протечек топлива не наблюдалось.

На основании положительных результатов этих испытаний топливные баки с наружным покрытием рекомендованы для комплектации автомобилей марки ЗИЛ-41052.

Одновременно с работами по пожаровзрывобезопасным автомобильным топливным бакам проводились исследования полимерных материалов и различных конструкций топливных емкостей применительно к объектам ВГМ.

Ещё в 1975 году было проверено влияние многократного циклического воздействия отрицательной (-40єС) и повышенной (+80єС) температур на поведение полиуретана ПУМ-ПФ-ОП-15 при простреле комбинированной преграды с образцом из полиуретана 500500100 мм с двумя металлическими пластинами (толщиной 5 мм) внутри. Результаты положительные. Наблюдалось затягивание отверстия.

В ГУП 38 НИИИ МОРФ проверилось воздействие огнесистем типа «напалм» на полиуретановое покрытие ПУМ-ПФ-ОП-15 толщиной 12,5…13 мм топливного бака.

Проверялось состояние покрытия и температура защищаемой поверхности после сгорания стандартной навески «напалм» массой 250 г.

Наблюдалось плавление и стекание полиуретана с поверхности бака без возгорания. Оставшаяся толщина покрытия (5…8 мм) и температура защищаемой поверхности (40єС…116єС в зависимости от времени горения 200…650 секунд) находились в допустимых пределах.

Полиуретановое покрытие ПУМ-ПФ-ОП-15 по огнестойкости рекомендовано для проектирования топливных баков объектов ВГМ.

ВНИИТМ в 1977-1978 г.г. провёл работы по уменьшению действия гидроудара и повышению пожаровзрывобезопасности различных конструкций топливных баков при их пробитии поражающими средствами. Это металлические баки с наполнителем из ППУ-Э0-100, резино-кордовые баки и полимерные баки с самозатягивающимся слоем разработки НИИнефтемаш.

Показано, что применение пенополиуретана в металлических баках в качестве наполнителя не исключает вспышек и воспламенения топлива (бензин, дизельное топливо) при воздействии поражающих факторов. Фактически сделан вывод о нецелесообразности применения пенополиуретана для баков с дизельным топливом.

Стойкость резино-кордовых баков к воздействию гидроудара и воспламенению выше в сравнении с металлическими серийными и с пенополиуретановым наполнителем баками.

У полимерных баков с самозатягивающимся слоем наблюдается значительное уменьшение вытекания топлива из пробоин от стрелкового оружия и осколков. Отрицательным качеством протектирующего слоя является значительная толщина стенок протектора (20…25 мм) и большой масса бака

В НИИ Стали работы были направлены на исследования металлических топливных баков с наружным и внутренним полиуретановым покрытием, результаты которых использовались в дальнейшем при разработке конституции топливного бака автомобиля высшего класса ЗИЛ-41052, о чём сказано выше.

При обстреле макетов топливных баков с водой вместо топлива пулями Б-32 калибра 7,62 и 12,7 мм наблюдалось полное затягивание пробоин на входе, частичное на выходе при наружном покрытии и полное затягивание при наружном и внутреннем покрытии. При отрицательной температуре (-40єС) в баках с наружным покрытием наблюдалось (как на входе, так и на выходе) отпотевание и капельная течь. Диаметр незатянувшихся пробоин в этих случаях составил 0,5…1,5 мм (в металле 20 мм). При этом эффекта зажигания пули от соударения со стальной стенкой макета не наблюдалось.

Для защиты от бронебойно-зажигательных пуль Б-32 калибром 14,5 мм изготовлялось полиуретановое покрытие толщиной 13 мм. При нормальной температуре входная пробоина затягивалась полностью, выходная - частично. При отрицательной температуре (-40єС) наблюдалось только частичное затягивание пробоин до диаметра 1,2…2 мм) отверстие в металле 30 мм). Эффекта зажигания пули от соударения и в этом случае не наблюдалось.

В 1988 году ВНИИТМ с участием НИИ Стали на полигоне провёл испытания металлических топливных баков с покрытием из полиуретана ПУМ-ПФ-ОП-15 толщиной 10…13 мм разработки НИИ Стали и топливных баков из полиуретана СКУ-ПФЛС, нанесённого напылением на внутренний элемент бака из пенополиуретана ППУ-Э0-100 (разработки ЛКЗ) в сравнении со стальными серийными баками.

На испытаниях оценивалась гидроустойчивость и пожаробезопасность серийных металлических баков, металлических с полиуретановым покрытием и полиуретановых.

В результате проведённых испытаний показано, что вследствие гидроудара, возникающего при поражении кумулятивной струёй, происходит полное разрушение металлического бака по сварным швам и полиуретанового покрытия по линиям стыковки наклеенных на металл полиуретановых листов.

В топливных баках из СКУ-ПФЛС полного самозатягивания не происходит из-за недостаточной эластичности СКУ-ПФЛС. При поражении баков пулями, единичными осколками и малокалиберными снарядами пожаров не наблюдалось, а воздействие кумулятивной струи приводило к возгоранию топлива после разрушения баков гидроударом.

Использованные в вышеперечисленных исследованиях топливные баки разработки НИИ Стали изготовлялись методом наклеивания на металлические стенки баков листов полиуретана в полуотверждённом состоянии и соответствующей стыковки друг с другом. Недостатком этой конструкции является наличие стыков листов и необходимость приклеивания листов к металлу, что приводит к невозможности полного самозатягивания пробоин на выходе пули из, ввиду образования заусенцев металла (в сторону покрытия), не позволяющих затянуть отверстие полимером.

Эти недостатки можно устранить, если изготовить полимерное покрытие в виде сплошной оболочки методом заливки полимера в форму, в которую установлен металлический бак с нанесением на него антиадгезивом. В этом случае металлические заусенцы пробоины на выходе пули из бака не помешают затягиванию отверстия в полимерном покрытии за счёт его упругих свойств.

Именно такие топливные ёмкости разработки НИИ Стали были испытаны Институтом атомной энергии им. И.В.Курчатова в 1989 году. Они представляли из себя цилиндрические алюминиевые ёмкости с толщиной стенки 2 мм, объёмом 30 л, протектированные литым цельным слоем полиуретана толщиной 13 мм и стальные ёмкости с толщиной 0,8 мм и объёмом 120 л.

Испытания протектированных ёмкостей методом внутреннего подрыва 30 мм ОФЗ снарядов показали высокую стабильность и устойчивость макета протектированного бака даже после трехкратного подрыва одной и той же ёмкости.

Горения топлива и вспышки не обнаружено, а протектированные топливные ёмкости сохранили герметичность, несмотря на их деформацию.

Однако при стрельбе штатным снарядом из баллистического ствола по протектированной емкости через преграду в виде листа алюминиевого сплава Д-16, расположенного на расстоянии 300 мм от ёмкости, возникает вспышка топлива и последующее горение. Это может быть объяснено дополнительным выделением энергии в емкости за счёт возникновения гидроудара и дополнительного воздействия осколочного поля.

ИАЭ им.И.В.Курчатова рекомендовал использование протектированных топливных ёмкостей, что позволяет существенно повысить их пожаровзрывобезопасность.

Проведённые работы позволили организовать выпуск протектированных топливных баков для бронированных автомобилей. Прежде всего это «Нива» (ВАЗ 212182). Отдельные экземпляры изготавливались для автомобиля «Волга», УАЗ, «Мерседес», Урал, КамАЗ.

Всего за время проведения работ НИИ Стали изготовлено около 1500 протектированных топливных баков [1].

В 2000 году Комитет по труду и занятости передал по договору от 18.01.2000 г. Научно-исследовательскому институту стали оборудование австрийской фирмы “EXCO” для производства алюминиевого наполнителя. По условиям договора «НИИ Стали» за собственные средства завершил работы по:

- составлению проекта по оборудованию помещения (общей площадью 260 м) для проведения монтажных работ самой установки и подготовки складских помещений (площадью - 400 м) для хранения сырья и полученного алюминиевого наполнителя;

- подведению магистрали сжатого воздуха (длиной 129 м) и электроэнергии, необходимых для нормального функционирования установки;

- проведению шеф-монтажных работ установки (акт о проведении монтажных работ от 15.09.2000 г.);

- проведению научных исследований физико-химических свойств отечественных марок фольги, в результате которых установлена марка фольги, удовлетворяющая требованиям взрывобезопасных технологий;

- в сентябре 2000 года произведена опытная партия наполнителя, оборудован и отправлен на предварительные испытания взрывоопасный топливный бак с наполнителем, который изготовлен на данной установке.

По информации патентообладателя и разработчика технологии ЭХСО элементы из алюминиевой фольги используются в качестве наполнителя «для предотвращения детонации резервуаров с горючими жидкостями и газами» (патент №1449031 ст.1.09.1988г.) В информации приводятся данные в подтверждении пожаровзрывобезопасности резервуаров при их обстреле из стрелкового оружия бронебойно-зажигательными пулями.

С целью проверки данных патента в ОАО НИИ Стали были проведены аналогичные испытания ёмкостей, заполненных фольгированными элементами собственного производства для оценки их эффективности по предотвращению взрыва. Ниже приводятся данные этих испытаний:

- объект испытаний:

ёмкость (стальная бочка) объёмом 120 литров, полностью заполненная сферическими фольгированными элементами, залитая на 50% (60 литров) бензином АИ-92;

- средство испытаний:

бронебойнозажигательная пуля калибра 7,62 мм Б-32;

- методика испытаний:

Проводился обстрел бочки из снайперской винтовки с расстояния 25 метров. пожаровзрывобезопасный бак топливный пенополиуретановый

Первый выстрел произведён над уровнем бензина в зону паров топлива для проверки взрывоопасности.

Второй и третий выстрелы произведены ниже уровня топлива для проверки возгораемости топлива, вытекающего из пробоины.

- Результаты испытаний.

После первого испытания (над уровнем топлива) произошло сквозное пробитие ёмкости. Взрыва и возгорания топлива не было.

После второго выстрела (ниже уровня топлива) произошло сквозное пробитие ёмкости, образовалась течь топлива из пробоины, возгорания топлива не было.

После третьего выстрела (ниже уровня топлива) произошло сквозное пробитие ёмкости и воспламенение вытекшего топлива вокруг емкости от предыдущего выстрела. Были применены средства пожаротушеня.

- Дополнительные испытания.

Было проведено испытание ёмкости, выполненной по предлагаемой схеме [2]. Ёмкость была полностью заполнена фольгированными элементами, снаружи нанесён слой эластичного полиуретана толщиной 10 мм и залита наполовину бензином АИ-92. Средства и методика проведения испытаний были те же, что изложены выше.

Было произведено 4 выстрела бронебойно-зажигательными пулями над уровнем топлива и 4 выстрела - ниже уровня топлива. Взрыва ёмкости не произошло, течи топлива и возгорания не было.

Таким образом, в результате проведённых исследований установлено, что заполнение ёмкостей с топливом (бензином) объёмными фольгированными элементами обеспечивает взрывобезопасность при пулевом поражении, но не предотвращает возгорание вытекающего топлива. Для полного обеспечения пожаровзрывобезопасности необходимы мероприятия по исключению вытекания топлива путём нанесения на наружную поверхность ёмкости слоя эластичного полимерного материала, обеспечивающего закрытие пробоины при пробитии.

Литература

1. И.В. Балашов, А.Н. Бондаренко, В.П. Васин, Н.В. Старшинов, А.С. Талачёв. Пожаровзрывобезопасное топливные баки. Вопросы оборонной техники. Серия 16. Выпуск 5-6. 2003г. Стр.25-28.

2. Евразийский патент №000356, (51)⁶ В65D90/46, Ёмкость для хранения или транспортировки горючих и/или взрывоопасных жидких материалов. ОАО «НИИ Стали» Рототаев Д.А., Григорян В.А., Васин В.П., Евтихиева Н.Ю., Бондаренко А.Н. и др. Россия - №199700085 от 06.03.1997г.

Размещено на Allbest.ru