Энергетики

Вид материала

Документы

Содержание Пример расчета 10.6. Методы защиты отнесанкционированного взрыва. 10.6.2. Исключение повторныхинициирующих воздействий. 10.6.3. Опасность пароводяных и водородных взрывов. 10.6.4. Особенности взрывов естественных взрывчатых веществ и поражающие факторы. 10.6.5. Защита от несанкционированноговзрыва воздуха в цилиндре ДВС многоразовыммагнитным воздействием. 11. Опасность электромагнитных излучений.

Подобный материал:

• Программа повышения квалификации профессорско-преподавательского состава высших учебных, 183.06kb.
• «интехэко» инновационные технологии и экология, 139.9kb.
• Энергетическая революция: Перспективы устойчивого развития энергетики, 120.47kb.
• Министерство Энергетики России. Сдоклад, 56.14kb.
• Проблемы безопасности атомной энергетики и их значимость для Нижегородской области, 510.75kb.
• Программа рекомендована к изданию учебно-методическим объединением по направлениям, 87.69kb.
• Моделирование экономической устойчивости систем энергетики, 442.65kb.
• Инновационные технологии возобновляемой энергетики, 126.63kb.
• Исполнительный орган государственной власти липецкой области управление энергетики, 20.61kb.
• Курс евро-лев: приблизительно 1: 2 Цена бензина А95: 2,42 лева за 1 литр (на 21 июля, 739.68kb.

10.5.2. Воздушный взрыв.

Как видно из приведенных выше примеров воздушные взрывы могут произойти внезапно при наличии плазмы и электронов в достаточном количестве. Если состояние раздробленности воздуха не полное и азот не участвует в реакциях, то наличие одного электрона связи на каждые два атома молекулы кислорода не вызывает ни горения, ни взрыва: нужен еще донор одного электрона на молекулу кислорода, чтобы осуществить горение, а при условии разгона фронта горения –взрыв. При этом происходит частичный распад атома кислорода и энергия взрыва вычисляется как произведение массы кислорода в объеме плазмы на величину удельной энергии связи элементарных частиц в атоме и на долю утраченной массы атомов кислорода:

Q_вз = Мо₂ ∙q_я ∙ Аm = Мо₂ ∙ 3,2885351∙10¹⁴ Дж/кг ×
× 4,27∙10^-8 = 14∙10⁶ Мо₂ Дж.

В случае участия в реакции азота оба атома его молекулы обеспечены собственными электронами по одному на каждый атом. Тогда приближенно можно считать, что на каждую единицу массы кислорода добавляется примерно 4 единицы реагирующего вещества, то есть мощность взрыва увеличивается – в пять раз:

Q_вз = 5 ∙ 14 ∙ 10⁶ Мо₂ = 70∙10⁶ Мо₂ Дж.

Величину Мо₂ вычисляют для конкретных условий содержания кислорода в воздухе.

В связи с неизученностью данного направления – атомные взрывы кислорода и азота атмосферного воздуха – всякие расчеты будут приближенными. Поэтому мощность взрыва следует уточнять или определять экспериментально.

10.5.3. Взрыв объемно – детонирующей смеси.

Выполним пример приближенного расчета обычного взрыва ОДС с образованием облака при аварийном испарении пропана (объем V_б = 100 л, масса G_А = 80 кг). Другие исходные данные: диаметр облака ОДС D_о = 20 м, форма облака – полусфера; расчетный состав воздуха: азота g_N2 = 79%, кислорода g_O2 = 21%; параметры воздуха – нормальные давление Р_а = 1∙10⁵ Па, температура Т_а = 293 К (20° С).

^ Пример расчета

1 . Объем полусферы облака ОДС



2. Плотность воздуха

кг/м³

3. Масса воздуха в полусфере.

G_в = ρ/V₀ = 1,2 × 2000 = 2400 кг.

4. Масса прореагировавшего кислорода при полном сгорании пропана при стехиометрическом соотношении

V_в 15 кг воздуха на 1 кг топлива:

G_в.р. = V_в × С_а = 15 × 80 = 1200 кг.

5. Количество прореагировавшего кислорода

G₀₂._р = G_в.р. × g₀₂._р = = 1200×0,21 = 252 кг.

6. Энергия взрыва

Q_вз = 14∙10⁶ × G₀₂._р = 14∙10⁶ × 252 = 3500∙10⁶ Дж.

7. Давление взрыва (среднее) как удельная энергия:

Р_вз=Q_вз/V_о==1,75∙10⁶ Дж/м³(Па) =1,75 МПа =
= 17,5 атм.

8. Дополним пример расчета пунктом для взрыва ОДС с учетом реакции азота:

Р_вз._N2=5×Р_вз=5×17,5 =87,5 атм

При наличии избыточного количества электронов происходит не частичный как в данном случае, а более полный распад вещества как, например, в случае атомной и водородной бомбы. Эти случаи расчету, даже приближенному, пока не поддаются. В случае абсолютно полного распада вещества, причем любого, удельная (на единицу массы) энергия связи элементарных частиц в нем, выделившаяся при взрыве составляет q_я = 3,2885351∙10¹⁴.

^ 10.6. Методы защиты от
несанкционированного взрыва.

10.6.1. Исключение запыленности
и загазованности.

Как уже было сказано выше, условиями взрыва азота и кислорода атмосферного воздуха являются: плазма и достаточное количество электронов. Также убедились, что количество свободных электронов при диссоциации молекул воздуха на атомы достаточно только для частичного расщепления вещества. В этом случае незначительный дефицит массы позволяет сохранить химические свойства элементов, осуществить рекомбинацию атомов в продукты реакции с использованием всех частиц нацело, кроме излученных фотонов, то есть – исключить радиацию и образование радиоактивных веществ.

Однако, для разрушения молекулы азота требуется энергии примерно в 2 раза больше, чем для молекулы кислорода, а если учесть, что азота в 4 раза больше кислорода, то соотношение энергий инициации обычного и ядерного взрыва воздуха должно быть более 1:8. За счет чего это может произойти?

Разрушение молекул, в конечном итоге, происходит за счет действия на них контактно или электродинамически потока элементарных частиц и других частиц, а также атомов и молекул более прочного вещества. Это может быть: нагрев, удар, взрыв, сброс давления, излучения разного рода, электрический ток и разряд. Иногда одного типа действия недостаточно, но их бывает несколько , в том числе, катализаторы.

Рассмотрим механизм воспламенения топлива (его частиц) в воздухе облака ОДС. Каждая частица топлива образует микрозону горения (не взрыва), которые сливаются между собой в общий фронт горения. Энергия этих микрозон и фронта недостаточна для разрушения молекул азота. Добавление энергии и концентрация ее в микрозонах может, видимо, произойти с помощью твердопорошковых добавок, распыленных в воздухе. Добавками могут быть различные вещества, в том числе: металлы (алюминий, магний...в виде пудры); мелкодисперсные кремний (микрокремнезем, аэросил), углерод (фуллерен); твердые ВВ (пластит, гексаген, тротил...). Практика взрывов с добавками показывает, что мощность взрыва бывает больше, чем без них.

По своей теплотворной способности – теплоте горения, указанные вещества не намного отличаются между собой и от органических топлив. Поэтому энергии они дают не больше, но скорость реакции выше, то есть в единицу времени в малом объеме выделяется большая мощность, что и нужно для разрушения молекул азота, попавших в эту зону. Кроме того, зоны могут пересекаться между собой, и тогда на молекулу азота, находящуюся в зоне разрежения внезапно действует фронт давления соседней зоны так, что перепад давления и динамические нагрузки на молекулу превышают передел ее прочности, и она разрушается на атомы. А дальше начинают действовать электроны – генераторы энергии, которая и выделяется при взрыве.

Поэтому одним из способов защиты является исключение запыления или загазованности атмосферы в помещениях и на открытых территориях.

^ 10.6.2. Исключение повторных
инициирующих воздействий.

Взрывы ОДС, как правило, двухтактные: первый такт – распыливание топлива и – второй такт – взрыв облака ОДС инициирующим воздействием. После взрыва ОДС внутри облака образуется вакуум. Как рассматривали выше микрозоны с вакуумом, так же будем подходить к рассмотрению макрозоны с вакуумом. Но оставшиеся внутри облака ОДС сразу после взрыва молекулы (их еще очень много) активированы этим предыдущим взрывом и готовы распасться. Теперь, если на них будет действовать случайный второй инициирующий импульс с малой задержкой, обеспечивающей почти незамедлительное последовательное прохождение детонационной волны за предыдущей, то оставшиеся молекулы должны разрушиться, и должен начаться их частичный распад на элементарные частицы с выделением дополнительной энергии. Поскольку это должно произойти практически одновременно, то мощность взрыва увеличится. Это и будет третьим тактом взрыва ОДС. В принципе, может быть несколько последовательных тактов, так как молекулы могут неоднократно вступать в ядерную реакцию их частичного расщепления. Мощность взрыва зарядов твердого ВВ так же можно увеличить несколькими последовательными подрывами за счет энергии некоторого объема воздуха.

Если на первом такте подрывается первый заряд твердого ВВ, а на втором такте, в фазе разрежения 1-го такта, подрывается другой заряд, то все происходит аналогично описанному в предыдущем параграфе. Взрываются оставшиеся в вакууме молекулы, в том числе, азота, в объеме, занимаемом фазой разрежения от 1-го такта.

Казалось бы, вакуум должен поглотить второй взрыв. Но это не происходит: мощность увеличивается. Чтобы проверить это, делали такой опыт (Новиков В.И.). Между двух телевизионных трубок, сближенных стеклами, размещали заряд ДШ (детонационный шнур) и подрывали его. Измерения давления проводили штатными датчиками. Оказалось, что среднее давление было в 1,5 раза больше, чем без вакуумных трубок. В эпицентре эта разница, естественно, была выше. Теперь, как видно, дано объяснение этому ранее непонятному явлению.

В указанном взрыве твердого ВВ может быть не один, второй такт, а несколько последовательных для увеличения мощности взрыва. Для защиты от избыточной мощности необходимо возможность последовательных подрывов ВВ исключить.

Следует отметить, что взрывы с детонацией вещества вызывают мощный поток мелких элементарных частиц – электрино, которые являются материальными носителями магнитного поля, а их траектории движения являются магнитными силовыми линиями. Так что детонация – это своеобразный электромагнитный импульс с очень высокой индукцией, поток частиц, который разрушает молекулы на атомы. Это подтверждается изменениями, которые показывают сильное изменение магнитного поля при взрывах. Так что ЭМИ, в частности, например, при грозе, тоже может привести к взрыву.

Мерой защиты может служить исключение и первичных и вторичных индукционных воздействий. Для этого во взрывоопасных помещениях, объемах и вокруг них, в том числе, вблизи двигателей внутреннего сгорания, надо тщательно выполнить заземление для отвода потоков положительных зарядов, грозозащиту и защиту от атмосферных и иных перенапряжений, принять другие необходимые меры в соответствии со смыслом сказанного.

^ 10.6.3. Опасность пароводяных и водородных взрывов.

В результате ядерной реакции частичного распада азота и кислорода воздуха образуется преимущественно водяной пар. Возможно, в некоторых случаях естественным ядерным топливом может быть не воздух, а вода. Вода, как описано выше, тоже подвергается ядерной реакции с частичным расщеплением на элементарные частицы с выделением соответствующей энергии. Поэтому вместо топлива в ОДС может взорваться распыленная вода. Эффект может быть даже больше, так как исключаются промежуточные химические реакции превращения воздуха в воду, требующие энергии, а также потому, что в молекулах воды содержится больше электронов на один атом кислорода. Атом водорода тоже может отдать часть своей массы и энергии.

Каждая молекула водорода имеет свои два электрона, которые могут стать электронами – генераторами энергии. По сравнению, например, с кислородом воздуха, водороду легче вступить в ядерную реакцию, так как, во-первых, кислороду недостает одного электрона для второго атома молекулы, а во-вторых, для полного распада атома кислорода нужно одновременно 16 свободных электронов, а атому водорода – один, который всегда у него есть. Поэтому могут происходить мощные взрывы ОДС с водородным заполнением (или другими легкими газами, например, гелием), в которых при взрыве будет выделяться энергия от распада (не синтеза) на элементарные частицы атомов не только кислорода воздуха, но и азота воздуха и водорода (гелия) как заполнителя ОДС. То есть указанные взрывы могут обладать существенной избыточной мощностью по сравнению с традиционными.

По данным /49/ в порядке разработки микровзрывной энергетики в США испытали капсулы с наперсток – водородные микробомбы, эквивалентные каждая 10 кг обычной взрывчатке (тротила), взрываемые действием лазерного луча. Однако, мы знаем, что лазерный луч взрывает также хорошо и обычный воздух (без водорода).

^ 10.6.4. Особенности взрывов естественных взрывчатых веществ и поражающие факторы.

В результате приведенного анализа установлено следующее:

1. Обнаружены ядерные реакции частичного распада веществ на элементарные частицы с выделением энергии их связи в атомах.

2. При распаде ввиду незначительного дефицита массы вещества сохраняют свои химические свойства и рекомбинируют с образованием новых или тех же (исходных) веществ и использованием в конечных продуктах реакции всех атомов, молекул и частиц, кроме излученных фотонов, – нацело, что обусловливает отсутствие радиоактивных излучений и образование радиоактивных веществ.

3. Частичному распаду может быть подвергнуто любое вещество, в том числе, повсеместно доступные, возобновляемые природой – воздух и вода.

4. Дефицит массы продуктов реакции восстанавливается в природных условиях, что исключает расход естественных веществ и экологически безопасно.

5. Атомные реакции частичного распада воздуха и воды практически осуществлены в автомобильных двигателях и кавитационных теплогенераторах.

6. На основе атомных реакций частичного распада азота атмосферного воздуха мощность взрыва может существенно увеличиваться от 5...6 раз до нескольких порядков при том же количестве ВВ.

7. Основными поражающими факторами взрывов ОДС являются следующие:

1) Повышенное давление – 160...400 атм;

2) Повышенная температура – 1000... 12000 К;

3) Вакуум-в фазе разрежения;

4) Динамическое (ударное, сейсмоударное) действие воздушной ударной и детонационной волн, антигравитационных сил;

5) Тепловое действие – от высокой температуры;

6) Химическое действие – от дефицита или отсутствия кислорода и азота в продуктах взрыва атмосферного воздуха;

7) Дистанционное или контактное электрозамыкание плазменным полем;

8) Действие излучений: светового, рентгеновского, акустического, электромагнитного;

9) Объемно – площадной характер действия указанных факторов.

^ 10.6.5. Защита от несанкционированного
взрыва воздуха в цилиндре ДВС многоразовым
магнитным воздействием.

Органическое топливо – среда одноразового использования: один раз вспыхнуло в цилиндре ДВС, и нет его – распалось на другие вещества и продукты сгорания. Кислород и азот воздуха, в отличие от углеводородного топлива, являются химическими элементами, а не сложным композиционным веществом. Поэтому они после многоразового использования остаются кислородом и азотом со своими химическими свойствами до тех пор, пока дефицит массы их атомов не превысит некоторый порог. То есть, в отличие от топлива, на воздух можно воздействовать возбуждающими излучениями несколько раз подряд. Если сосредоточить мощное возбуждающее воздействие только в цилиндре ДВС, то может произойти несанкционированный взрыв, например, от действия ЭМИ в соседнем цилиндре. Это и бывало практически, когда двигатель вдруг запускался при прокручивании со снятыми проводами зажигания.

Поэтому рационально обработку воздуха магнитным излучением проводить в два приема: на первом такте проводят доцилиндровую обработку воздуха непрерывным концентрированным (1,5...2,0 Тл) магнитным потоком. Нейтрализуют частично межатомные связи молекул воздуха, но дозу облучения ограничивают ее значением, не приводящим к распаду молекул азота на атомы. На втором такте прицельно обрабатывают только отдельные микрозоны объема воздуха в цилиндре точечными импульсами облучения магнитным потоком или электрическим разрядом (искрой) в резонанс с собственной частотой ОДС в цилиндре, многократно повторяя импульс облучения и возбуждения реакции горения в каждой микрозоне объема воздуха в цилиндре. Многоразовость воздействия нужна также по следующим причинам:

1. Не сразу нейтрализуется межатомная связь и не сразу разрушается молекула.

2. Ограниченность мощности излучения.

3. Промаха луча мимо части молекул.

4. Не сразу и не все молекулы попадают в луч.

5. Разное положение молекулы – мишени относительно луча.

6. Не все молекулы одинаково «накачаны» энергией.

7. Возможность многоразового воздействия на молекулу уже побывавшую в реакции.

8. Рекомбинация атомов в молекулы в процесс реакции.

9. Кроме того, слишком мощное воздействие может привести к ослаблению связи не только между атомами, но и между нейтронами в атомах, то есть – к распаду до нейтронов. А это уже – атомы водорода. Дополнительный водород ведет к преждевременному взрыву, причем с избыточной энергией, что опасно.

По ходу поршня, особенно на рабочем такте расширения, возможно рациональной будет многократный электрический разряд с модулированной частотой в резонанс с процессом горения. Но вполне возможно, что достаточным будет разрежение создаваемое поршнем для возбуждения азотной реакции в обработанном магнитном воздухе. Тогда не нужно будет системы зажигания совсем.

Раздельный способ обработки воздуха как топлива целесообразен не только в двигателях внутреннего сгорания, но также в горелках котельных установок, камерах сгорания газотурбинных установок. Для этого сначала пропускают воздух через щелевидный зазор между полюсами магнита, по крайней мере, один из которых может быть выполнен конусообразным с предельно острой кромкой для концентрации магнитного потока. Щель нужна, во-первых, для предотвращения уменьшения индукции в зазоре, во-вторых, для предотвращения или уменьшения проскока молекул мимо магнитного потока. В горелке следует предусмотреть зону разрежения, как в сопле или в трубе Вентури, и в этой зоне воздействовать на воздух инициирующим импульсом, например, искрой, для возбуждения азотной реакции как указано в настоящей работе.

^ 11. Опасность электромагнитных излучений.

В самых последних современных публикациях /50/ люди, специально занимающиеся этим вопросом пишут, что на сегодняшний день физический механизм действия электромагнитных излучений, в частности, на человека, неизвестен. Поэтому, несмотря на то, что в нашей книге этот механизм изложен неоднократно, еще раз повторим основные его положения. Итак, электромагнитные излучения имеют одну природу – это потоки мелких элементарных частиц – электрино. В магнитном потоке электрино имеют линейную траекторию движения, называемую магнитными силовыми линиями. Скорость движения в магните как во всяком ускорителе порядка 10¹⁹ м/с, вне магнита 10¹¹...10¹⁶ м/с. Электрический ток и лазерное излучение – это поток электрино, движущихся по спиральным траекториям с поступательной скоростью 2,8992629∙10⁸ м/с. Свет и радиоизлучение – это поток электрино, движущихся по полукруговым траекториям с поступательной скоростью для фиолетового луча 2,9979246 м/с, отличающейся всего на 3,4% от скорости электрического тока.

Поскольку поток электрино – это совокупность частиц, имеющих положительный электрический заряд, то их действие на любую преграду, в том числе, молекулу, заключается в нейтрализации отрицательного заряда электронов, связывающих атомы в молекуле между собой. Нейтрализация приводит к ослаблению межатомных связей, нарушению равновесного функционирования атомов, молекул, агрегатов молекул, клеток, тканей, органов и организма человека в целом. В любом случае при превышении дозы облучения, допустимой по условиям восстановления равновесия в природных условиях, начинаются разные болезни. В случае превышения допустимой дозы облучения может начаться распад молекул и тканей: в крайних случаях это – лучевая болезнь; в других случаях – раковые заболевания.

Целенаправленное использование электромагнитной энергии в самых разнообразных областях человеческой деятельности привело к тому, что к существующему электрическому и магнитному полям Земли, атмосферному электричеству, радиоизлучению Солнца, Галактики, Вселенной и Мироздания в целом добавилось электромагнитное излучение (ЭМИ) искусственного происхождения, и его уровень значительно превышает уровень фона /50/. Энергопотребление в мире удваивается каждые 10 лет, а ЭМИ в энергетике за этот период возрастают еще в 3 раза. Вблизи воздушных линий электропередач высокого напряжения – напряженность электромагнитных полей возросла от 2 до 5 порядков, создавая тем самым реальную опасность для людей, животного и растительного мира. Суточная мощность радиоизлучения передающих станций за полвека возросла более чем в 50 тысяч раз. Жители крупных городов буквально «купаются» в ЭМИ, в том числе дома, источники которых самые различные: силовая и осветительная электросеть, радио, телевидение, телефон, в том числе, радиотелефон, СВЧ – печи, компьютеры и т.д. Ультранизкие частоты создают электрифицированный транспорт, линии электропередач, в том числе, кабельные, трансформаторные подстанции. Действие таких ЭМИ усугубляется долговременным воздействием: круглосуточно и на протяжении ряда лет, что, как правило, приводит к передозировке ЭМИ и трагическим последствиям. Светимость Земли в радиодиапазоне превзошла светимость Солнца. Приводится также такой пример /50/: на одном из передающих центров на площади 14×20 м сосредоточены десять передатчиков суммарной мощностью более 100 кВт. При их совместной работе уровень ЭМИ в помещении столь велик, что на расстоянии 2 метров от них полным накалом горит лампа дневного света мощностью 40 Вт без оборудования обеспечивающего ее работу. Как правило, несертифицированные компьютеры не отвечают требованиям европейского стандарта ТСО99, наиболее жетко регламентирующего излучения: мягкое рентгеновское, ультрафиолетовое, инфракрасное, видимое, радиочастотное, сверх- и низкочастотное. Эти излучения немного опаснее для человека, чем излучения от бытовых приборов. Тем не менее, и они на 2...7 порядков превышают фон: так естественный геомагнитный фон составляет 30...60 мкТл, в то же время, индукция, например, электробритвы составляет 1500 мкТл. Живущие на Севере люди не знают и не задумываются почему они умирают раньше живущих в средней полосе. На Севере напряженность геомагнитного поля в 2...3 и более раз выше, чем в средней полосе, так как Север является магнитным полюсом Земли, куда стекаются все магнитные потоки, которые сгущаются в территориально ограниченной полярной зоне. Поэтому их вредное действие на человека соответственно возрастает в несколько раз.

Наиболее опасными вследствие резонанса (увеличение ЭМИ более 100 раз) являются следующие частоты излучений: 0,02; 0,06; 1...3; 5...7; 8...12; 12...31; 1000... 1200; 40...70; около 400 Гц. Нет систем организма и органов, которые бы не были подвержены заболеваниям вследствие действия ЭМИ, ведущего всегда, в конечном итоге, к преждевременному старению... Что тут скажешь о рекомендациях по защите от ЭМИ? Как говорят: «к каждому не поставишь милиционера» – каждый человек сам должен действовать, ограничивая и исключая ЭМИ, непосредственно убирая их источники, делая хорошее заземление, сертифицируя источники ЭМИ и рабочие места и т.п.