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[摘 要]以某火工品操作方舱为例,介绍了总体设计思路及关键技术,后期通过使用验证效果良好,具有一定的通用性,旨在为从事火工品操作方舱的技术人员提供参考指导。
[关键词]火工品 方舱
中图分类号:TM725 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)43-0013-01
0. 引言
火工品操作方舱作为机动配套保障系统,主要用于引信用火工品的装配、检测和操作,可为操作人员提供一个安全、舒适的操作环境。
火工品具有较大的危险性,为确保产品和人身安全,对火工品进行分开储存,使用时再装配在一起。方舱作为火工品装配调试的操作间,对其进行总体设计时,需要重点从舱体设计、电气系统、热设计、防静电系统、防雷电系统及接地系统等多方面进行综合考虑,以确保方舱中火工品操作的安全性。
1. 系统组成及总体设计
火工品操作方舱主要由方舱舱体、电气系统、防静电设施、防雷电系统及接地系统等部分组成。
根据设备操作空间要求,按GJB6109-2007《军用通用方舱》[1]选择合适尺寸的标准方舱系列。本方舱根据某引信火工品操作要求选择CAF60系列,外形尺寸为6058mmx2438mmx2438mm,考虑运输通用性要求,将宽度尺寸2438mm改为2100mm,舱外、舱内布局如图1所示。
1.1. 方舱舱体设计
舱体采用大板夹筋高压发泡结构,底板采用无缝方钢管骨架,其余壁板用铝制方管骨架,8个角都设置军用标准角件。内、外层采用带加强筋的整体式铝板,外表面涂军车绿漆,内表面贴M-3829白色波音软片。舱壁内部采用聚氨酯发泡夹层,总传热系数小于1.5W/(m2·℃)[2]。
对于火工品操作方舱设计,需要重点注意:1)舱体进出口采用外开门;2)考虑火工品操作的安全性,应设置逃生应急门;3)同时火工品操作口处,应设置泄压窗户(薄弱环节)。
1.2. 电气系统设计
配电系统控制如图2所示,配电箱设计应考虑以下因素:
1)配电箱应尽量安装在舱体外、进出口门附近;
2)配电箱应进行可靠接地;
3)舱内走线应采用暗敷,并采用金属管预埋走线,金属管应进行可靠接地;
4)配电箱内应设置避雷器;
5)照明灯及插座等都采用防爆电器。
1.3. 防静电设计
火工品操作主要危险源为静电,静电的存在容易引起安全事故,特别是在操作敏感火工品时,更应注意静电的防护。
2. 方舱热量计算
2.1. 舱壁传热功率
方舱有3个面受到阳光照射,在设计时取前壁、顶壁和侧壁为太阳照射面,其余3面按环境温度计算。太阳照射面因为太阳辐射产生温升,设太阳照射面最大温度为70℃。
考虑照射面和非照射面的面积同为方舱总表面积的一半,所以舱壁总传热形成的冷负荷为:
2.2. 照明灯功率
照明灯产生的散热公式如下:
式中,x1为荧光灯镇流器消耗功率系数,取1.2;x2为灯罩隔热系数,取0.8;N为照明总功率,每根14W,共14根灯管。
2.3. 人员散热形成的功率
式中,Q为不同室温和劳动性质成年男子散热量,取30℃轻度劳动时散热量为182W;n为室内人数,取4;n’为群集系数,取0.93。
2.4. 新鲜空气交换形成的功率
式中,Cp为空气比热;R为空气比重;Qf为每人新鲜空气量,取25m3/h;n为人数,4人。
2.5. 制冷总功率
联立(1)~(5)式,可得制冷总功率为:
根据(6)式,考虑方舱机动性,运输条件(满足越野路况),并满足舱内空间、噪音及防爆等要求[5],采用整体式军用空调,型号为FKWD系列,制冷功率为5.5kW。
3. 接地系统
接地系统的好坏直接影响防静电及避雷的效果,也直接关系到系统及人员的安全性,但火工品操作方舱作为机动设备来说,要求达到固定设施的接地效果极难,且不现实,所以在选择方舱位置时也非常重要,如附近有固定建筑、金属水管等设施,可利用固定设施的接地点,确保方舱避雷接地和设备接地都可靠。但如果在野外无法寻找固定设施接地点,则需要利用自身配套的设备接地及防雷接地两套独立接地设备。
3.1. 设备接地系统
所有的电器设备及防静电共用1套接地设备,利用接地扁平线及接地桩进行接地。接地电阻取决于土壤、大地中的电极及其装配方式等因素,设备接地推荐值为10Ω,但考虑机动性要求及经济性要求,可适当增加电阻值,如受现场条件限制,无法达到该电阻值时,可在接地桩上浇水、盐溶液等降阻方式。
3.2. 防雷接地
防雷接地提供一条不受雷电破坏的通路,以便使袭击设施中感应的雷电能力泄入大地。利用避雷针截取雷电的放电,再利用接地系统提供一条从避雷针到大地的低阻抗通路,从而将雷电引致大地。
对于雷电保护来说,很难确立一个为保护人身安全所必需的一定的接地电阻。在一次雷电直接袭击时,所流过的电流可以高达几十万安培,所以即使1Ω的接地电阻都无法保障绝对安全。实践表明,10Ω的接地电阻可提供相对可靠的雷电保护,现场接地时,应努力将电阻值降到最低,以此来降低设备及工作人员受到雷击的概率及伤害。
4. 结束语
方舱是一项综合性的设计工作,本文以某火工品操作方舱为例,介绍了方舱的设计思路,对防静电、防雷、热量计算及接地要求等方面的设计方法及措施进行了详细说明,经过试验和使用验证,此方舱的设计完全满足指标和使用要求,在火工品操作中具有一定的通用性,希望通过此文抛砖引玉,共同提高火工品方舱的设计水平。
参考文献:
[1] GJB6109-2007.军用方舱通用规范. [S].
[2] 金文丽,周爱民.机动式方舱空调选型方法研究.[J].电子机械工程,2010.
[3] GJB2269A-2002.后方军械仓库防雷技术要求.[S].
[关键词]火工品 方舱
中图分类号:TM725 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)43-0013-01
0. 引言
火工品操作方舱作为机动配套保障系统,主要用于引信用火工品的装配、检测和操作,可为操作人员提供一个安全、舒适的操作环境。
火工品具有较大的危险性,为确保产品和人身安全,对火工品进行分开储存,使用时再装配在一起。方舱作为火工品装配调试的操作间,对其进行总体设计时,需要重点从舱体设计、电气系统、热设计、防静电系统、防雷电系统及接地系统等多方面进行综合考虑,以确保方舱中火工品操作的安全性。
1. 系统组成及总体设计
火工品操作方舱主要由方舱舱体、电气系统、防静电设施、防雷电系统及接地系统等部分组成。
根据设备操作空间要求,按GJB6109-2007《军用通用方舱》[1]选择合适尺寸的标准方舱系列。本方舱根据某引信火工品操作要求选择CAF60系列,外形尺寸为6058mmx2438mmx2438mm,考虑运输通用性要求,将宽度尺寸2438mm改为2100mm,舱外、舱内布局如图1所示。
1.1. 方舱舱体设计
舱体采用大板夹筋高压发泡结构,底板采用无缝方钢管骨架,其余壁板用铝制方管骨架,8个角都设置军用标准角件。内、外层采用带加强筋的整体式铝板,外表面涂军车绿漆,内表面贴M-3829白色波音软片。舱壁内部采用聚氨酯发泡夹层,总传热系数小于1.5W/(m2·℃)[2]。
对于火工品操作方舱设计,需要重点注意:1)舱体进出口采用外开门;2)考虑火工品操作的安全性,应设置逃生应急门;3)同时火工品操作口处,应设置泄压窗户(薄弱环节)。
1.2. 电气系统设计
配电系统控制如图2所示,配电箱设计应考虑以下因素:
1)配电箱应尽量安装在舱体外、进出口门附近;
2)配电箱应进行可靠接地;
3)舱内走线应采用暗敷,并采用金属管预埋走线,金属管应进行可靠接地;
4)配电箱内应设置避雷器;
5)照明灯及插座等都采用防爆电器。
1.3. 防静电设计
火工品操作主要危险源为静电,静电的存在容易引起安全事故,特别是在操作敏感火工品时,更应注意静电的防护。
2. 方舱热量计算
2.1. 舱壁传热功率
方舱有3个面受到阳光照射,在设计时取前壁、顶壁和侧壁为太阳照射面,其余3面按环境温度计算。太阳照射面因为太阳辐射产生温升,设太阳照射面最大温度为70℃。
考虑照射面和非照射面的面积同为方舱总表面积的一半,所以舱壁总传热形成的冷负荷为:
2.2. 照明灯功率
照明灯产生的散热公式如下:
式中,x1为荧光灯镇流器消耗功率系数,取1.2;x2为灯罩隔热系数,取0.8;N为照明总功率,每根14W,共14根灯管。
2.3. 人员散热形成的功率
式中,Q为不同室温和劳动性质成年男子散热量,取30℃轻度劳动时散热量为182W;n为室内人数,取4;n’为群集系数,取0.93。
2.4. 新鲜空气交换形成的功率
式中,Cp为空气比热;R为空气比重;Qf为每人新鲜空气量,取25m3/h;n为人数,4人。
2.5. 制冷总功率
联立(1)~(5)式,可得制冷总功率为:
根据(6)式,考虑方舱机动性,运输条件(满足越野路况),并满足舱内空间、噪音及防爆等要求[5],采用整体式军用空调,型号为FKWD系列,制冷功率为5.5kW。
3. 接地系统
接地系统的好坏直接影响防静电及避雷的效果,也直接关系到系统及人员的安全性,但火工品操作方舱作为机动设备来说,要求达到固定设施的接地效果极难,且不现实,所以在选择方舱位置时也非常重要,如附近有固定建筑、金属水管等设施,可利用固定设施的接地点,确保方舱避雷接地和设备接地都可靠。但如果在野外无法寻找固定设施接地点,则需要利用自身配套的设备接地及防雷接地两套独立接地设备。
3.1. 设备接地系统
所有的电器设备及防静电共用1套接地设备,利用接地扁平线及接地桩进行接地。接地电阻取决于土壤、大地中的电极及其装配方式等因素,设备接地推荐值为10Ω,但考虑机动性要求及经济性要求,可适当增加电阻值,如受现场条件限制,无法达到该电阻值时,可在接地桩上浇水、盐溶液等降阻方式。
3.2. 防雷接地
防雷接地提供一条不受雷电破坏的通路,以便使袭击设施中感应的雷电能力泄入大地。利用避雷针截取雷电的放电,再利用接地系统提供一条从避雷针到大地的低阻抗通路,从而将雷电引致大地。
对于雷电保护来说,很难确立一个为保护人身安全所必需的一定的接地电阻。在一次雷电直接袭击时,所流过的电流可以高达几十万安培,所以即使1Ω的接地电阻都无法保障绝对安全。实践表明,10Ω的接地电阻可提供相对可靠的雷电保护,现场接地时,应努力将电阻值降到最低,以此来降低设备及工作人员受到雷击的概率及伤害。
4. 结束语
方舱是一项综合性的设计工作,本文以某火工品操作方舱为例,介绍了方舱的设计思路,对防静电、防雷、热量计算及接地要求等方面的设计方法及措施进行了详细说明,经过试验和使用验证,此方舱的设计完全满足指标和使用要求,在火工品操作中具有一定的通用性,希望通过此文抛砖引玉,共同提高火工品方舱的设计水平。
参考文献:
[1] GJB6109-2007.军用方舱通用规范. [S].
[2] 金文丽,周爱民.机动式方舱空调选型方法研究.[J].电子机械工程,2010.
[3] GJB2269A-2002.后方军械仓库防雷技术要求.[S].