49. Производства, связанные с получением и переработкой металлов, их сплавов, гидридов металлов и металлоорганических соединений характеризуются повышенной пожарной и взрывопожарной опасностью. Горение металлов, их сплавов, металлосодержащих веществ, в т.ч. металлоорганических веществ согласно ГОСТ 27331-87 подразделяются на 3 класса:
класс Д1 – горение легких металлов (алюминий, магний и их сплавы, кальций, титан), условно «тяжелых» металлов (цирконий, ниобий, уран и др.);
класс Д2 – горение щелочных металлов (литий, натрий, калий и др.);
класс Д3 – (металлоорганические соединения: алюмо-, литий-, цинк- органика, гидриды алюминия, лития и др.). Каждый из перечисленных металлов и их гидридов в обычном состоянии представляет собой твердое вещество, кроме металлоорганических соединений (МОС), представляющих собой жидкости.
Из особенностей металлов, которые имеют прямое отношение к их пожаро-, взрывоопасности и горению необходимо отметить следующие:
склонность к самовозгоранию при обычных условиях (т.е. пирофорность);
способность взрываться в состоянии аэровзвеси;
взаимодействие горящих металлов с водой, некоторыми газовыми огнетушащими составами: хладонами (хлорфторуглеводороды), азотом (например, магний) и др.
Способностью самовоспламеняться обладают щелочные металлы, стружка, металлические порошки, имеющие неокисленную активную поверхность, гидриды металлов, МОС (классы пожаров Д2, Д3).
Наиболее
пожаро-, взрывоопасными металлами, горение которых происходит по классу Д1, являются
легкие металлы в виде продуктов их переработки: порошков разной дисперсности,
стружки. Металлы в виде изделий различной конфигурации (листы, профили и т.п.)
поджечь практически невозможно, если обеспечиваются условия преобладания
теплоотвода над теплоприходом.
50. Пиротехника – это наука о свойствах пиротехнических (огневых) составов и изделий из них и способах их изготовления.
Пиротехнические составы при сжигании (или взрыве) дают световой, тепловой, дымовой, звуковой или реактивный эффекты, используемые в военной технике и в ракетах различного назначения.
Пиротехническими составами снаряжают следующие виды средств военного назначения:
осветительные средства (авиабомбы, артиллерийские снаряды, авиационные факелы и др.), используемые для освещения местности в ночных условиях;
фотоосветительные средства (фотобомбы, фотопатроны), используемые при ночной аэрофотосъемке и для других целей;
трассирующие средства, делающие видимой траекторию полета пуль и снарядов (и других подвижных объектов) и тем самым облегчающие пристрелку по быстро движущимся целям;
средства инфракрасного излучения, используемые для слежения за полетом ракет и в качестве ложных целей;
ночные сигнальные средства (патроны и др.), применяемые для подачи сигналов;
дневные сигнальные средства (патроны и др.), используемые для той же цели, но в дневных условиях;
зажигательные средства (бомбы, снаряды, пули и многие др.), служащие для уничтожения военных объектов противника;
маскирующие средства (дымовые шашки, снаряды и др.), употребляемые для получения дымовых завес;
ракеты различного назначения и дальности полета, использующие твердое пиротехническое топливо;
учебно-имитационные средства, употребляемые как на маневрах и учениях, так и в боевой обстановке. Они имитируют действие атомных бомб, фугасных снарядов и бомб, а также различные явления на поле боя: орудийные выстрелы,пожары и др., и могут этим дезориентировать службу наблюдения противника;
целеуказательные средства (снаряды, бомбы и др.), указывающие местонахождение объектов противника;
пиротехнические газогенераторы, используемые для различных целей.
Горение пиротехнического состава – это окислительно-восстановительная реакция, в которой окисление горючих идет одновременно с восстановлением окислителей.
По степени гомогенности начальной системы различают несколько видов горения:
горение твердого или жидкого топлива за счет кислорода воздуха – это гетерогенное горение;
горение взрывчатых газовых (или жидких) смесей или индивидуальных взрывчатых веществ – это гомогенное горение.
Пиротехнические составы – механические смеси твердых, тонко измельченных компонентов – по степени гомогенности находятся посередине между конденсированным топливом и индивидуальными веществами (или гомогенными смесями).
Степенью гомогенности определяются многие свойства пиротехнических составов.
Горение пиротехнических составов осуществляется теплопередачей из зоны реакции к слоям, в которых идет подготовка к процессу горения. На том же принципе основано и воспламенение пиросоставов. Для возникновения горения необходимо создать местное повышение температуры в составе. Это достигается обычно непосредственным воздействием на состав горячих пороховых газов или применением специальных воспламенительных составов.
Когда пиросостав приводится в действие огневым импульсом и горение его происходит в открытом пространстве, то скорость горения его невелика (обычно несколько миллиметров в секунду).
Если же горение происходит в замкнутом пространства или если в качестве инициатора используется капсюль-детонатор, то может возникнуть взрыв (скорость которого измеряется сотнями, а иногда и тысячами метров в секунду).
В некоторых
случаях ускорение горения наблюдается и при сгорании в открытом пространстве
большого количества пиротехнических составов.
52. Различают беспламенное горение твердых веществ (кокс, сажа, древесный уголь, щелочные и щелочноземельные металлы) и горение с образованием пламени (древесина, торф и т. д.). Скорость горения данного вещества зависит от температуры, давления, величины удельной поверхности вещества, скорости диффузии кислорода через пограничный .слой и скорости окислительных реакций и. Поскольку основой является реакция окисления, при уменьшении толщины пограничного слоя увеличивается скорость горения. Это и происходит в условиях пожара при увеличении скорости воздушных потоков, омывающих поверхности горящих веществ.
Вопрос 53. Термическое действие (фугасное).
Термическое действие, вызванное взрывом, в зависимости от используемого взрывчатого вещества различается по интенсивности длительности воздействия на окружающие предметы и материалы. Как правило, взрыв пороха вызывает более длительное зажигательное действие, чем взрыв бризантных взрывчатых веществ. Термическое действие сопровождается долями секунды. Бризантные взрывчатые вещества при взрыве создают более высокую температуру. Термическое воздействие носит локальный характер и по дальности не превышает 10…30 диаметров объема заряда взрывчатого вещества. На объектах, предметах и материалах, находящихся в непосредственной близости к месту взрыва, если не возникло открытое горение, наблюдаются следы, окопчения и оплавления.
Вопрос 54. Кумулятивный эффект.
кумуляция, усиленное в определённом направлении действие взрыва. К. э. создаётся зарядом взрывчатого вещества, имеющим углубление - кумулятивную выемку, обращенную к мишени (например, к стальной броневой плите). Кумулятивная выемка, обычно конической формы, покрыта металлической оболочкой (облицовкой), её толщина в зависимости от диаметра заряда варьируется от долей мм до мм. Механизм действия кумулятивного заряда состоит в следующем. После взрыва капсюля-детонатора, находящегося на противоположной по отношению к выемке стороне заряда, возникает детонационная волна, которая перемещается вдоль оси заряда. Волна разрушает коническую оболочку, начиная от её вершины, и сообщает материалу оболочки большую скорость. Давление продуктов взрыва, достигающее ~ 1010 н/м2 (105 кгс/см2), значительно превосходит предел прочности металла. Поэтому движение металлической оболочки под действием продуктов взрыва подобно течению жидкой плёнки (подчеркнём, что течение металла не связано с его плавлением, а вызвано чрезвычайно высокой механической нагрузкой). Движущийся металл образует сходящийся под определённым углом к оси конуса поток, который переходит в тонкую (порядка толщины оболочки) металлическую струю, перемещающуюся вдоль оси с очень большой скоростью (~ 10 кмlceк). Действие этой струи и обусловливает высокую пробивную способность взрыва кумулятивного заряда (рис. 1). Высокоскоростная струя пробивает стальную броню подобно тому, как мощная струя воды проникает в мягкую глину. Глубина проникновения (равная примерно длине струи) пропорциональна образующей конической оболочки. Давление, возникающее при столкновении струи с броневой плитой, настолько превышает напряжение разрушения стали, что прочность мишени не играет существенной роли.
При схлопывании конической оболочки скорости отдельных частей струи оказываются несколько различными, в результате струя в полёте растягивается. Поэтому небольшое увеличение промежутка между зарядом и мишенью увеличивает глубину пробивания из-за удлинения струи. При значительных расстояниях между зарядом и мишенью струя разрывается на части, и эффект пробивания снижается. Использование заряда с кумулятивной выемкой, но без металлической облицовки снижает К. э., поскольку вместо металлической струи действует струя газообразных продуктов взрыва (рис. 2).
Термин
"кумуляция" иногда применяется специалистами в более широком смысле -
для обозначения явлений в которых течение среды приводит к концентрированию
энергии в небольшом объёме, но не обязательно сопровождается образованием
струй. Примерами таких явлений служат сходящиеся к центру (к оси) сферические
(цилиндрические) детонационные или ударные волны, схлопывание пустой полости в
жидкости под действием большого давления и т. п. К. э. используется в
военном деле и в научных исследованиях для изучения свойств веществ при высоких
давлениях.
55. По скорости взрывчатого разложения различают:
быстрое сгорание,
детонацию, происходящую с наибольшей скоростью и поэтому сопровождающуюся максимальным разрушительным действием.
Быстрым сгоранием взрывчатого вещества обычно называют процесс, скорость распространения которого по массе ВВ не превышает нескольких метров в секунду, а иногда - даже долей метра в секунду. Характер действия в этом случае - более или менее быстрое нарастание давления газов и производство ими работы разбрасывания или метания окружающих тел. Если процесс быстрого сгорания происходит на открытом воздухе, то он не сопровождается сколько-нибудь значительным эффектом.
Примером такой формы взрывчатого разложения может служить сгорание на открытом воздухе бездымного пороха.
Пороха (особенно бездымные) в закрытом объеме, например в патроннике ружья, разлагаются более энергично, чем на открытом воздухе, причем горение в этом случае сопровождается резким звуком. Это - типичная форма взрывчатого разложения ВВ в форме быстрого сгорания.
Взрыв, называемый иногда обыкновенным взрывом или взрывом второго рода, - это процесс, который может протекать с переменной скоростью, но значительно большей, чем в первом случае, в среднем со скоростью сотен метров в секунду.
Взрывчатые вещества, разлагающиеся в этой форме, характеризуют резкий подъем давления в месте взрыва, удар газов по окружающей среде или производство работы: раскалывание и дробление преграды на небольших расстояниях от места взрыва.
Примером этой формы взрывчатого разложения может служить вызванный лучом огня взрыв прессованного пироксилина в оболочке, протекающий со скоростью нескольких сотен метров в секунду.
Детонацией, или взрывом первого рода, называют процесс, который распространяется по массе вещества с максимальной скоростью, измеряемой обычно тысячами метров в секунду. Например, скорость детонации прессованного тротилового заряда составляет около 6700 м/сек.
Характер
действия при детонации - особенно резкий скачок давления и удар газов,
сопровождающийся сильнейшим разрушительным эффектом. Здесь налицо не
раскалывание, а дробление преграды на мельчайшие куски.
Взрывчатых веществ очень много. По своему применению все они разбиваются на три большие группы:
инициирующие,
бризантные (дробящие),
метательные (пороха).
Инициирующие ВВ употребляются для снаряжения различных капсюлей, которые служат инициаторами взрывных процессов. Взрывчатое превращение этих веществ вызывается незначительным механическим или тепловым воздействием и, как правило, протекает в форме детонации.
Благодаря очень малому заряду дробящего вещества в капсюле ружейного патрона (0,004-0,005 г) он не оказывает сильного разрушительного действия и не может служить детонатором.
Бризантные
ВВ в их чистом виде применения в охотничьих боеприпасах не находят.
56. По́рох — многокомпонентная твёрдая система, способная к закономерному горению параллельными слоями без доступа кислорода извне с выделением большого количества тепловой энергии и газообразных продуктов, используемых для метания снарядов, движения ракет и в других целях. Горение параллельными слоями, не переходящее во взрыв, обусловливается передачей тепла от слоя к слою и достигается изготовлением достаточно монолитных пороховых элементов, лишённых трещин. Скорость горения порохов зависит от давления по степенному закону, увеличиваясь с ростом давления, поэтому не стоит ориентироваться на скорость сгорания пороха при атмосферном давлении, оценивая его характеристики. Регулирование скорости горения порохов очень сложная задача и решается использованием в составе порохов различных катализаторов горения. Горение параллельными слоями позволяет регулировать скорость газообразования. Газообразование пороха зависит от величины поверхности заряда и скорости его горения.
Величина
поверхности пороховых элементов определяется их формой, геометрическими
размерами и может в процессе горения увеличиваться или уменьшаться. Такое
горение называется соответственно прогрессивным или дегрессивным. Для получения
постоянной скорости газообразования или её изменения по определённому закону
отдельные участки зарядов (например ракетных) покрывают слоем негорючих материалов
(бронировкой). Скорость горения порохов зависит от их состава, начальной температуры
и давления.
57. Различают два вида пороха: смесевые (в том числе дымный) и нитроцеллюлозные (бездымные). Пороха, применяемые в ракетных двигателях, называются твёрдыми ракетными топливами. Основу нитроцеллюлозных порохов составляют нитроцеллюлоза и пластификатор. Помимо основных компонентов эти пороха содержат различные добавки.
Современные дымные пороха изготовляются в виде зёрен неправильной формы. Основой для получения пороха являются смеси серы, калийной селитры и угля. Эффективность горения дымного пороха во многом связана с тонкостью измельчения компонентов, полнотой смешения и формой зёрен в готовом виде. Дымный порох легко воспламеняется под действием пламени и искры (температура вспышки 300 °C), поэтому в обращении опасен. В настоящее время дымный порох используется в фейерверках. Примерно до конца XIX века применялся в огнестрельном оружии и взрывных боеприпасах.
По составу и типу пластификатора (растворителя) нитроцеллюлозные пороха делятся на: пироксилиновые, баллиститные и кордитные. В состав пироксилиновых порохов обычно входит 91-96 % пироксилина, 1,2-5 % летучих веществ (спирт, эфир и вода), 1,0-1.5 % стабилизатора (дифениламин, центролит) для увеличения стойкости при хранении, 2-6 % флегматизатора для замедления горения наружных слоев пороховых зёрен и 0,2-0,3 % графита в качестве добавок. Такие пороха изготовляются в виде пластинок, лент, колец, трубок и зёрен с одним или несколькими каналами; применяются в стрелковом оружии и в артиллерии. Основу баллиститных порохов составляют нитроцеллюлоза и неудаляемый пластификатор, поэтому их иногда называют двухосновными. . Порох изготовляются в виде трубок, шашек, пластин, колец и лент. По применению баллиститные пороха делят на ракетные (для зарядов к ракетным двигателям и газогенераторам), артиллерийские (для метательных зарядов к артиллерийским орудиям) и миномётные (для метательных зарядов к миномётам). Кордитные пороха содержат высокоазотный пироксилин, удаляемый (спирто-эфирная смесь, ацетон) и неудаляемый (нитроглицерин) пластификатор. Это приближает технологию производства данных порохов к производству пироксилиновых порохов. Преимущество кордитов — большая мощность, однако они вызывают повышенный разгар стволов из-за более высокой температуры продуктов сгорания.