Детонирующее устройство без первичного взрывчатого вещества

 

Изобретение относится к устройствам для инициирования взрывного превращения, конкретно к детонаторам, и может быть использовано для создания взрывных сетей при проведении промышленных взрывных работ. Детонирующее устройство содержит зажигательное устройство с устройством крепления, корпус с воздушной камерой и размещенными в нем основным зарядом и промежуточной оболочкой, в которую заключены воспламенительный элемент и инициирующий заряд, при этом торцевая поверхность соприкосновения воспламенительного элемента и инициирующего заряда выполнена в форме поверхности вращения, ось которой совмещена с осью симметрии устройства в целом, а вершина поверхности обращена в сторону зажигательного устройства. Между инициирующим и основным зарядами помещен промежуточный заряд вторичного взрывчатого вещества, покрытого слоем стеклянных частиц. Технический результат - высокая стабильность функционирования и повышенная точность замедления в детонаторах короткозамедленного действия. 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для инициирования взрывного превращения, конкретно к детонаторам, и может быть использовано для создания взрывных сетей при проведении промышленных взрывных работ.

Известно детонирующее устройство [1], содержащее корпус, в котором последовательно размещены инициирующий заряд из вторичного взрывчатого вещества (ВВ) и инициируемый (основной) заряд, разделенные тонкой перегородкой - диском, установленным между инициирующим зарядом и втулкой со сквозным цилиндрическим центральным каналом. Передача импульса от инициирующего заряда к основному осуществляется в устройстве последовательно путем срезания центральной части ударного диска, ее ускоренного перемещения по каналу втулки и ударной передачи импульса основному заряду BB. Данное устройство весьма безопасно в обращении, но не обладает на наш взгляд достаточной надежностью в эксплуатации, поскольку воспламенение и переход горения в детонацию вторичного ВВ инициирующего заряда может быть осуществлен только путем тщательного подбора вещества заряда: в частности, ВВ должно иметь повышенную чувствительность к огневому (тепловому) начальному импульсу.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является детонатор без первичного ВВ [2], содержащий корпус, в котором размещены воспламенительный элемент, основной заряд и промежуточная оболочка, в которую включены инициирующий и промежуточный заряды, при этом промежуточный заряд может быть помещен в дополнительную оболочку. Надежность превращения начального теплового (огневого) импульса, действующего на инициирующий заряд в момент срабатывания, в детонационный только вследствие создания развитой удельной поверхности ВВ в нем и введения в конструкцию устройства промежуточного заряда низкой плотности представляется нам не вполне обоснованной.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение эксплуатационных возможностей детонирующего устройства путем повышения стабильности и скорости превращения огневого начального импульса в детонационный.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемой конструкции детонирующего устройства, содержащего зажигательное устройство с устройством крепления, корпус детонатора с воздушной камерой с размещенными в нем основным зарядом и промежуточной оболочкой, в которую последовательно включены воспламенительный элемент и инициирующий заряд, торцевая поверхность соприкосновения воспламенительного элемента и инициирующего заряда выполнена в форме поверхности вращения второго порядка (полусферы, параболоида вращения и т.п.), либо конуса с вершиной, расположенной на оси вращения, совпадающей с осью устройства. Этим достигается в процессе горения плавное увеличение "видимой" поверхности горения до величины, превосходящей площадь поперечного сечения инициирующего заряда (фактическую площадь поверхности оттока газов из зоны реакции), что наряду с созданием развитой поверхности соприкосновения частичек бризантного ВВ и пиротехнического состава (или, например, частиц алюминия размером порядка 1 мкм) способствует весьма быстрому переходу горения инициирующего заряда ВВ и так называемое "взрывное" (конвективное) горение отдельных частиц ВВ, когда их воспламенение происходит в результате адиабатического сжатия газовых включений, содержащихся в порах заряда, или высокотемпературными струями продуктов горения или взрыва, проникающими в поры тонкодисперсного ВВ и охватывающими его частицы пламени. При воспламенении частицы ВВ сгорают под большим давлением со значительной скоростью, достаточной для поддержания ударной волны.

Для обеспечения стабильности и высокой скорости перехода процесса горения воспламенительного элемента в конвективное горение и детонацию инициирующего заряда, дополнительно детонатор снабжен запорным устройством типа "обратного клапана", препятствующим свободному отходу газообразных продуктов реакции по каналу зажигательного устройства путем облицовки воздушной камеры тонкостенной металлической оболочкой, выполненной из пластичного металла, например меди или сплава на ее основе. Торцевая поверхность оболочки со стороны расположения герметизирующего уплотнения зажигательного устройства может быть выполнена конической с центральным отверстием. Диаметр центрального отверстия рационально выбирать в диапазоне от внутреннего диаметра зажигательного.

При этом возможны два варианта исполнения устройства типа "обратного клапана". В том случае, когда промежуточная оболочка выполнена с открытым торцом со стороны расположения зажигательного устройства, его целесообразно располагать с незначительным осевым зазором относительно воспламенительного элемента детонатора, что обеспечит быстрое распространение пламени по всей торцевой поверхности воспламенительного элемента в радиальном направлении. Если зазор недостаточен или слишком велик, то интенсивного радиального выброса пламени достичь не удается: рациональное соотношение диаметра зажигательного устройства к величине осевого зазора - 7:1-4:1. Дополнительно, усиление эффекта перекрывания внутренней полости зажигательного устройства достигается за счет его оплавления, если зажигательное устройство выполнено выступающим частью своей боковой поверхности в пространство воздушной камеры. Для надежного оплавления необходимо, чтобы длина этой цилиндрической поверхности составляла от половины до одного диаметра (внутреннего) воздушной камеры. Таким образом достигается пережатие и оплавление канала зажигательного устройства.

В том случае, когда промежуточная оболочка выполняется с торцом и центральным отверстием в нем со стороны зажигательного устройства, предотвращения оттока газов можно добиться путем перекрывания канала зажигательного устройства вследствие деформирования торцевой поверхности пластичной оболочки совместно с герметизирующим уплотнением.

Другое отличие состоит в том, что поскольку в процессе горения (взрыва) в его фронте в области, прилегающей к оси заряда, возможно возникновение кумулятивного эффекта, наиболее энергично на поперечную преграду, установленную между инициирующим и основным зарядами, продукты горения будут действовать в ее центральной части, выполненной облегченной, путем снабжения ее замкнутой полостью, в которую дополнительно может быть помещено минеральное стекло или другое твердое, тугоплавкое вещество, его заменяющее, дробящееся на мелкие частицы в момент разрушения перегородки и прохождения фронта ударной волны. Такая перегородка, вследствие обеспечения минимального спада давления за фронтом ударной волны, позволяет добиться передачи значительного ударного импульса мелкодисперсным частицам стекла, проникающим в структуру основного заряда и возбуждающих в нем взрывное превращение по механизму "дробного" удара. Навеска тугоплавкого вещества может быть выполнена в виде насыпки или сплошной, например каплевидной. Следует отметить, что чувствительность состава повышается только в момент срабатывания детонатора, в других условиях сенсибилизирующее действие стекла не проявляется, поскольку его навеска помещена в достаточно прочную замкнутую полость.

Для усиления эффекта "дробного" удара и облегчения условий пробоя центральной части составной перегородки перегородка с центральным углублением может быть выполнена в виде чашечки с углублением в форме конуса, обращенной открытым торцом к основному заряду, а равнотолщинная перегородка - в форме кумулятивной выемки в области, примыкающей к углублению.

Развитый поверхностный нагрев и воспламенение могут осуществляться также при трении твердых тугоплавких частиц стекла и ВВ друг о друга при их сжатии во фронте детонационной волны. Дополнительно эффект прогрева может быть повышен вследствие адиабатичесого сжатия пузырьков газа (например, воздуха), заключенного в полые стеклянные сферы. Особенно интенсивно и стабильно описанные процессы будут протекать в детонационных системах, в которых дополнительно между инициирующим и основным зарядами установлен промежуточный заряд, выполненный на основе тонкодисперсного ВВ с развитой удельной поверхностью, каждая частица которого "опудрена" достаточно большим количеством еще более мелких частиц, повышающих поверхностную чувствительность ВВ, что позволяет создать структуру заряда, весьма склонную к быстрому выходу на режим "взрывного горения".

Кроме того, для быстрого и стабильного перехода горения последовательно в режим "взрывного" горения и низкоскоростной детонации и снижения радиального энергетического выхода продуктов детонации промежуточный и/или инициирующий заряды могут быть помещены в дополнительную толстостенную тяжелую оболочку из металла, обладающего значительной ударной вязкостью, например стальную.

В качестве основного вещества, инициирующего заряд, могут быть использованы, например, состав К-6, гексоген марки СГК и т.п. Воспламенительный элемент может быть выполнен, например, из смеси 1,1,1,3,6,8,8,8-октанитро-3,6-диазооктан и алюминия с размером частиц порядка 1 мкм и массовым содержанием последнего 10-35%, что обеспечивает воспламенение элемента за короткий промежуток времени порядка 4 мсек, либо на основе состава К-6, гексогена марки СГК, их смеси с воспламенительным пиротехническим составом в соотношении 3:1.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показан продолговатый разрез детонирующего устройства. Капсюль-детонатор мгновенного действия содержит зажигательное устройство 1, закрепленное по торцу корпуса 2 с помощью устройства крепления и герметизации 3 с чашечкой из пластичного материала 4. В корпусе 2 размещены основной заряд 5 и промежуточная оболочка 6, в которую заключены воспламенительный элемент 7 и инициирующий заряд 8. Между инициирующим и основным зарядами может быть расположен промежуточный заряд 9 и между основным и промежуточным или инициирующим зарядами может быть установлена двухслойная перегородка 10, 11 с герметичной полостью в центральной части, нижняя из которых выполнена в форме чашечки 11. В герметичную полость может быть помещена навеска твердого тугоплавкого продукта 12.

В торце промежуточной оболочки 6 со стороны расположения зажигательного устройства выполнено отверстие 13. Крепление зажигательного устройства может быть выполнено при помощи герметизирующего уплотнения 3 и чашечки с конусообразным торцом 4 с заглублением в устройстве крепления (фиг. 1) или выходящим из устройства крепления в воздушную камеру 14 (фиг. 2). Конусообразный торец чашечки может быть выполнен в виде лепестков с прорезями 18 между ними (сечения А-А, фиг. 1, 2). Торцевая поверхность промежуточной оболочки также может быть разделена прорезями 19 на отдельные лепестки (сечение Б-Б, фиг. 2).

Капсюль-детонатор с замедлением (фиг. 3) снабжается устройством замедления 15, для зажигания которого между зажигательным устройством и замедляющим составом может быть размещен зажигательный состав 16. Если капсюль-детонатор предназначен для разводки поверхностной взрывной сети, то промежуточный и/или инициирующий заряды могут быть помещены в дополнительную оболочку 17, выполненную массивной.

На фиг. 4 показан детонатор, в котором торцевая поверхность соприкосновения инициирующего 8, промежуточного 9 и основного 5 зарядов выполнена той же формы, что и поверхность соприкосновения воспламенительного элемента 7 и инициирующего заряда.

Дополнительно, поверхность соприкосновения замедлительного состава 15 с зажигательным составом 16 и воспламенительным элементом 7 может быть выполнена той же формы, что и поверхность соприкосновения воспламенительного элемента и инициирующего заряда (фиг. 3, 4: сечения справа от оси симметрии устройства).

Устройство работает следующим образом (фиг. 1). При срабатывании зажигательного устройства 1 загорается вещество воспламенительного элемента 7. Давление газов в воздушной камере 14 детонатора повышается, что приводит к перекрыванию отверстия зажигательного устройства 1 по одному из вышеописанных вариантов (фиг. 1, 2) и ускорению горения, чему также способствует развитая в направлении горения форма поверхности контакта инициирующего заряда 8 и воспламенительного элемента 7. Образование ударной волны и переход в конвективное горение и детонацию за короткий промежуток времени достигается благодаря выполнению поверхности соприкосновения инициирующего заряда 8 с промежуточным 9 и/или основным зарядом 5 той же формы, что и инициирующего с воспламенительным элементом (фиг. 4), или путем установки разрушаемой преграды в виде составной перегородки 10, 11, внутренняя кромка которой может быть снабжена дополнительно навеской твердого, тугоплавкого вещества 12, обладающего низким коэффициентом теплопроводности (фиг. 1). Чтобы избежать разрыва детонатора до момента установления детонации устройство может быть снабжено дополнительной оболочкой (фиг. 3).

Наличие оболочек 6, 17 и 11 затрудняет разброс частиц ВВ и действует подобно увеличению диаметра заряда, способствуя, кроме того, проникновению пламени по границам раздела зерен ВВ. Действие оболочки определяется прежде всего ее массой, прочность является второстепенным добавочным положительным фактором.

Приведенные примеры конкретного выполнения капсюля-детонатора (фиг. 1-4) лишь иллюстрируют сущность изобретения. Согласно формуле изобретения на практике возможны и иные сочетания полезных признаков устройства.

Таким образом, как явствует из описания, использование предложенных усовершенствований в конструкции детонатора позволит стабилизировать процесс перехода горения в детонацию в нем, чем достигается высокая стабильность функционирования и, дополнительно, повышенная точность замедления в детонаторах короткозамедленного действия.

Формула изобретения

1. Детонирующее устройство без первичного взрывчатого вещества, содержащее зажигательное устройство с устройством крепления, корпус с воздушной камерой и размещенными в нем основным зарядом и промежуточной оболочкой, в которую заключены воспламенительный элемент и инициирующий заряд, отличающееся тем, что торцевая поверхность соприкосновения воспламенительного элемента и инициирующего заряда выполнена в форме поверхности вращения, ось которой совмещена с осью симметрии устройства в целом, а вершина поверхности обращена в сторону зажигательного устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем торцевая поверхность соприкосновения воспламенительного элемента и инициирующего заряда выполнена в форме поверхности вращения второго порядка или конуса.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что воспламенительный элемент выполнен в виде слоя частиц вторичного взрывчатого вещества в смеси с пиротехническим составом.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что в нем между инициирующим и основным зарядами помещен промежуточный заряд вторичного взрывчатого вещества.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что частицы вторичного взрывчатого вещества промежуточного заряда покрыты слоем стеклянных частиц.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что стеклянные частицы выполнены в виде полых сфер, заполненных газом, например воздухом.

7. Устройство по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что торцевая поверхность соприкосновения инициирующего заряда с промежуточным и/или основным зарядом выполнена той же формы, что и поверхность соприкосновения воспламенительного элемента и инициирующего заряда.

8. Устройство по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что между основным и инициирующим или промежуточным зарядами установлена составная металлическая перегородка, одна часть которой со стороны инициирующего заряда выполнена равнотолщинной, другая - с центральным углублением в месте примыкания к первой.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в углублении размещена навеска твердого, тугоплавкого материала, например стекла.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что центральная часть перегородки, примыкающей к перегородке с углублением, выполнена в форме кумулятивной выемки.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что перегородка с углублением выполнена в виде чашечки, обращенной открытым торцом к основному заряду.

12. Устройство по любому из пп.1 - 11, отличающееся тем, что в нем воздушная камера снабжена облицовкой в виде чашечки с торцевой конической поверхностью, вершина которой обращена в сторону промежуточной оболочки, и отверстием под зажигательное устройство.

13. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что в нем торцевая поверхность зажигательного устройства установлена с осевым зазором относительно воспламенительного элемента при отношении диаметра зажигательного устройства к величине зазора в диапазоне 7 : 1 - 4 : 1.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что зажигательное устройство выступает своей свободной поверхностью из устройства крепления в воздушную камеру при отношении длины выступающей части к внутреннему диаметру камеры 1 : 1 - 1 : 2.

15. Устройство по п.12, отличающееся тем, что зажигательное устройство установлено с заглублением в устройстве крепления.

16. Устройство по любому из пп.1 - 15, отличающееся тем, что торцевая коническая поверхность чашечки облицовки воздушной камеры выполнена в виде отдельных лепестков.

17. Устройство по любому из пп.1 - 16, отличающееся тем, что между зажигательным устройством и воспламенительным элементом размещен замедляющий состав.

18. Устройство по любому из пп.1 - 17, отличающееся тем, что между зажигательным устройством и замедляющим составом размещен зажигательный состав.

19. Устройство по любому из пп.1 - 18, отличающееся тем, что промежуточный и/или инициирующий заряды помещены в дополнительную оболочку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4