Камера взрывного синтеза

Изобретение относится к устройствам для получения высоких импульсных давлений, а именно, взрывным камерам, предназначенным для локализации взрыва при проведении синтеза материалов и проведении исследовательских работ. Камера содержит цилиндрический корпус 1 и плоские крышки 2, корпус 1 установлен в пазах крышек 2, соответствующих диаметру корпуса 1, крышки 2 стянуты между собой шпильками 3, установленными вдоль наружной поверхности корпуса 1, при этом размер шпилек 3 и их количество удовлетворяет условию работы в пределах условного предела текучести материала шпилек, представляющего собой напряжения в рамках остаточной деформации 0,2%. Корпус 1 выполнен в виде обечайки, соединенной продольно по шву методом электрошлакового переплава. Техническим результатом является упрощение конструкции камеры с одновременным обеспечением ее надежности и безопасности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для получения высоких импульсных давлений, а именно, взрывным камерам, предназначенным для локализации взрыва при проведении синтеза материалов и проведении исследовательских работ.

Опыт практического использования взрывных камер небольшого объема, говорит о том, что для большинства назначений могут быть использованы негерметичные камеры с цилиндрической обечайкой и плоскими днищами. Цилиндрические камеры самые простые в изготовлении. Они пригодны для проведения исследований взрывчатых веществ и взрывных устройств, сварки и упрочнения взрывом, синтеза наноматериалов и дробления хрупких порошков, безопасной перевозки взрывоопасных веществ и других назначений.

Из уровня техники известна цилиндрическая камера (Даниленко В.В. Синтез и спекание алмаза взрывом. – М.: Энергоатомиздат, 2003, – с. 92), стенки которой имеют толщину 70 мм и изготовлены намоткой с натягом стальной ленты. Указанная камера рассчитана на заряд массой до 40 кг. Камера имеет плоские днища, к которым снаружи плотно прижаты стальные болванки, которые могут передвигаться вдоль оси камеры на рельсовых тележках. При взрыве импульс передается от днищ к болванкам, в результате днища остаются практически неподвижными, а болванки начинают двигаться на тележках и затем тормозятся. Указанное решение выбрано заявителем в качестве ближайшего аналога.

Задачей заявляемого изобретения является создание камеры взрывного синтеза простой и надежной конструкции, обеспечивающей ее безопасное использование, а также расширение функциональных возможностей.

Техническим результатом является упрощение конструкции камеры с одновременным обеспечением ее надежности и безопасности.

Кроме того, заявляемое решение позволяет существенно снизить затраты на изготовление и увеличить ресурс за счет предложенной конструкции взрывной камеры.

Заявленный технический результат достигается тем, что в известной камере взрывного синтеза, содержащей цилиндрический корпус и плоские крышки, согласно изобретению, корпус установлен в пазах крышек, соответствующих диаметру корпуса, крышки стянуты между собой шпильками, установленными вдоль наружной поверхности корпуса, при этом размер шпилек и их количество удовлетворяет условию работы в пределах условного предела текучести материала шпилек, представляющего собой напряжения в рамках остаточной деформации 0,2%.

Кроме того, корпус выполнен в виде обечайки, соединенной продольно по шву методом электрошлакового переплава.

Установка корпуса в пазах крышек, которые в свою очередь стянуты шпильками, расположенными вдоль наружной поверхности корпуса, обеспечивает получение простой конструкции камеры, одновременно обеспечивающей ее надежность и безопасность.

Выполнение корпуса камеры в виде обечайки, соединенной продольно по шву методом электрошлакового переплава, обеспечивает получение простой конструкции с обеспечением прочностных характеристик в районе шва не менее 80% от прочности проката.

Заявляемое устройство имеет отличия от прототипа и не следует явным образом из уровня техники, т.е. соответствует критерию охраноспособности «новизна» и «изобретательский уровень». Кроме того, предлагаемое устройство может быть реализовано в промышленных масштабах и найдет применение в области изготовления взрывных камер, предназначенных для локализации взрыва при проведении синтеза материалов и проведении исследовательских работ, т.е. характеризуется критерием «промышленная применимость».

Толщина стенки корпуса камеры, размеры шпилек и их количество определяются исходя из массы заряда и расчетной энергии взрыва. Конструкция камеры считается работоспособной, если во всех ее элементах максимальные напряжения не превосходят предела текучести σ0,2 для материалов, из которых они изготовлены, с учетом соответствующих коэффициентов запаса.

Для получения верхней оценки максимального удельного импульса, приходящегося на стенки камеры, можно использовать выражение [Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии: Учебник для втузов / Под общей ред. В.В. Селиванова. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. — 648 с: ил.]

(1)

где , mВВ – масса взрывчатого вещества, QВВ – теплота взрыва для взрывчатого вещества (ВВ), QТГ 50=4,77 МДж/кг - теплота взрыва для смеси ТГ 50, Rоб – расстояние от центра снаряда до стенки камеры.

Максимальный удельный импульс, который может поглотить цилиндрическая оболочка камеры, работая в пределах упругости, определяется выражением [Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии: Учебник для втузов / Под общей ред. В.В. Селиванова. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. — 648 с: ил.]

(2)

где - динамический предел текучести материала оболочки, – толщина оболочки, – плотность и модуль упругости материала оболочки соответственно.

Максимальное давление на крышку камеры при подрыве снаряда можно определить по формуле [Селиванов В.В., Кобылкин И.Ф., Новиков С.А. Взрывные технологии: Учебник для втузов / Под общей ред. В.В. Селиванова. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. — 648 с: ил.]

(3)

где - длина цилиндрической части оболочки, - коэффициент снижения максимального давления (при использовании ледяной оболочки согласно [Даниленко В.В. Синтез и спекание алмаза взрывом. – М.: Энергоатомиздат, 2003, – 272 c.; ил.]).

Верхняя оценка напряжений в шпильке при действии внутреннего давления (нагружение шпилек считаем квазистатическим, массой крышки пренебрегаем) находится по формуле

(4)

где - число шпилек, – диаметр шпильки.

В соответствии с рекомендациями источника [Биргер И.А.‚ Иосилевич Г. Б. Резьбовые и фланцевые соединения. – М.: Машиностроение, 1990. – 368 c.], максимальные напряжения в шпильке от действия внешней нагрузки не должны превышать 0,15 от предела текучести материала шпильки (соответствует коэффициенту запаса 6,67), при этом напряжения в шпильке от затяжки не должны превышать половины от предела текучести.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен чертеж заявляемого устройства, продольный разрез, на фиг.2 - фотография камеры, пример конкретного выполнения.

Заявляемое устройство представляет собой камеру взрывного синтеза и содержит цилиндрический корпус 1 и плоские крышки 2. Корпус 1 выполнен в виде обечайки, соединенной в цилиндр продольным швом. Корпус 1 установлен в пазах крышек 2, диаметр размещения пазов на крышках соответствует диаметру корпуса 1. Пазы снабжены резиновыми уплотнениями. Крышки 2 имеют увеличенный диаметр относительно диаметра корпуса 1 и стянуты между собой шпильками 3, установленными вдоль наружной поверхности корпуса 1, при этом размер шпилек 3 и их количество удовлетворяет условию работы в пределах условного предела текучести материала шпилек, представляющего собой напряжения в рамках остаточной деформации 0,2%. Шпильки работают как пружины, демпфирующие возникающие при взрыве напряжения.

Обечайка (цилиндрический корпус) для такой камеры изготавливается либо вальцовкой, либо навивкой рулонного металла «на горячую». При этом учитывается, что любые сварные швы приводят к охрупчиванию стали около сварной зоны, что приводит к разрушению конструкции под влиянием детонационных процессов. Поэтому вертикальный стык обечайки камеры соединяется с использованием метода электрошлакового переплава с дальнейшей термообработкой, что обеспечивает прочностные характеристики в районе шва не менее 80% от прочности проката. Крышки 2 камеры изготавливаются из цельного катанного листа. При этом используется либо однослойный вариант крышки, либо двухслойный с возможностью зажатия между слоями элементов люков, без образования сварных соединений. Устройства загрузки верхней крышки, устройство выгрузки в нижней крышке и устройство отвода газов конструктивно выполняются исходя из решаемой задачи. Такой подход позволяет создавать взрывные камеры практически без сварных швов.

Пример конкретного выполнения камеры приведен на фотографии (фиг.2).

В соответствии с заявляемым решением была изготовлена негерметичная цилиндрическая камера с плоскими днищами для синтеза наноалмазов с использованием шашки массой до 2,5 кг на основе смеси ТГ 50 (тротил-гексоген, QТГА 50≈5,25 МДж/кг). Обечайка камеры (цилиндрический корпус) изготовлена из стали 09Г2С (,) с внутренним диаметром 1,5 метра, толщиной стенки 70 мм и длиной 2,5 метра, соединенная по шву методом электрошлакового переплава.

Плоские крышки изготовлены из двух слоев цельного листа марки 09Г2С толщиной 50 мм. Двухслойная конструкция крышек позволила зажать элементы загрузочного люка типа «байонет» без сварного соединения с крышкой. Выпускной клапан сливного типа рассчитан на синтез в водяном мешке или ледяной оболочке, поэтому синтезируемый материал выгружается в водной основе. Обечайка вставлена в цилиндрические пазы в крышках, изготовленные в соответствии с диаметром обечайки. В качестве резинового уплотнения использовался вакуумный шланг соответствующего диаметра. Крышки стянуты восемнадцатью шпильками, изготовленными из стали 30 ХГСА (,), диаметр шпилек - 32 мм. Расчетный ресурс камеры составляет не менее 50 000 циклов подрыва.

Для данных параметров ВВ и оболочки максимальный удельный импульс, передаваемый на стенку корпуса камеры в соответствии с выражением (1) составляет

Максимальный удельный импульс, который корпус камеры может воспринять, работая в упругой области, в соответствии с выражением (2) равен

Таким образом, коэффициент запаса по удельному импульсу составляет n≈2,57, что обеспечивает надежную работу камеры в течение 50 000 циклов с учетом наличия сварного соединения.

Максимальное давление на крышку камеры для заданных параметров в соответствии с выражением (3) составляет

При таком давлении напряжения в шпильке не превосходят

Коэффициент запаса по пределу текучести составляет 7,2, условие прочности выполняется. При таком напряжении от внешней нагрузки момент затяжки для каждой из шпилек должен быть равен 1050 Н·м.

1. Камера взрывного синтеза, содержащая цилиндрический корпус и плоские крышки, отличающаяся тем, что корпус установлен в пазах крышек, соответствующих диаметру корпуса, крышки стянуты между собой шпильками, установленными вдоль наружной поверхности корпуса, при этом размер шпилек и их количество удовлетворяет условию работы в пределах условного предела текучести материала шпилек, представляющего собой напряжения в рамках остаточной деформации 0,2%.

2. Камера взрывного синтеза по п. 1, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде обечайки, соединенной продольно по шву методом электрошлакового переплава.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к автономным портативным устройствам для заправки баллонов водородом высокого давления при предварительном получении водорода высокого давления гидролизом.

Изобретение относится к обработке технологического конденсата в установке синтеза аммиака. Способ осуществляют в установке синтеза аммиака, включающей головную секцию, вырабатывающую подпиточный газ риформингом углеводородного сырья, и секцию синтеза, где происходит реакция получения аммиака из подпиточного газа, причем технологический конденсат (1), собираемый от одного или более устройств установки синтеза аммиака, представляет собой водный раствор, содержащий аммиак, диоксид углерода и метанол.

Изобретение относится к области водородной энергетики и предназначено для использования в источниках энергии на водородных топливных элементах. Способ включает использование гидрида магния в качестве металлогидридного топлива, просеивание и измельчение металлогидридного топлива, уплотнение засыпки металлогидридного топлива в химическом картридже, прогрев засыпки металлогидридного топлива и проведение реакции металлогидридного топлива с водяным паром.

Изобретение относится к области физики и нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении суперконденсаторов, фильтров и сенсоров. Углеродные нанотрубки для обеспечения требуемых значений краевого угла смачиваемости модифицируют путём облучения потоками ионов, например ионами аргона, гелия, железа, углерода, тербия.

Изобретение относится к каталитическому способу осуществления реакции парциального окисления диметоксиметана (ДММ) с целью получения обогащенной по водороду газовой смеси, которая может использоваться для питания топливных элементов различного назначения, в том числе и для топливных элементов, установленных на передвижных средствах.

Изобретения относятся к химической и полупроводниковой промышленности. Объединяют первую жидкость, включающую кремний, углерод и кислород, со второй жидкостью, содержащей углерод.

Изобретение относится к научному приборостроению, а именно к области разработки элементов рентгеновской оптики, в частности к способам изготовления устройств для рассеяния, коллимации и фокусировки потока рентгеновского излучения высокой плотности в широком диапазоне длин волн.

Изобретение раскрывает способ сбора мелкодисперсного угля, который включает обезвоживание суспензии жидких отходов обогащенного угля, имеющей содержание твердых частиц 30% по массе или меньше, для получения мелкодисперсного угля, имеющего размер частиц 1000 мкм или меньше и водосодержание от приблизительно 5% до приблизительно 20% по массе, причем обезвоживание суспензии жидких отходов обогащенного угля включает в себя центрифугирование суспензии в центрифуге со сплошным ротором, при этом центрифуга содержит вращающийся ротор, вращающийся шнек и переливную перегородку, где мелкодисперсный уголь содержит по меньшей мере 95% по массе твердых частиц, содержащихся в суспензии жидких отходов обогащенного угля.

Изобретение относится к неорганической химии и нанотехнологии и может быть использовано для получения износостойких абразивных материалов, высокотемпературных керамических материалов и покрытий, высокопрочных композиционных материалов.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ управления химическим источником водорода на основе гидрида магния включает в себя следующие действия: прогревают зону образования водорода до заранее заданной начальной температуры 90-170°С; определяют начальное значение расхода воды; подают воду в зону образования водорода в соответствии с начальным значением расхода воды; измеряют параметр, характеризующий образование водорода; если значение этого параметра выше первого заранее заданного значения, уменьшают подачу воды в зону образования водорода, если значение этого параметра ниже второго заранее заданного значения, увеличивают подачу воды в зону образования водорода.

Изобретение относится к сканирующей зондовой микроскопии, а именно к устройствам, обеспечивающим получение информации о топологии и других свойствах поверхности объекта, для изучения поверхности тел методом атомно-силовой микроскопии и нанотехнологии.

Изобретение относится к области физики и нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении суперконденсаторов, фильтров и сенсоров. Углеродные нанотрубки для обеспечения требуемых значений краевого угла смачиваемости модифицируют путём облучения потоками ионов, например ионами аргона, гелия, железа, углерода, тербия.

Изобретение относится к катализатору совместной гидроочистки смеси растительного и нефтяного углеводородного сырья. Данный катализатор включает в свой состав кобальт, никель, молибден и оксид алюминия, причем он содержит в прокаленном при 550°С состоянии: Мо - 9,0-15,0% мас., Со - 0,5-3,5% мас.

Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, содержащих редкоземельные элементы, для применения в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии.

Изобретение относится к получению упрочняемого оксидами нанопорошков металлов композиционного материала на основе железа. Способ включает механическое легирование смеси, состоящей из порошка малоустойчивого при деформации оксида железа в виде Fe2O3 или Fe3O4 и порошка легированной стали, и последующий отжиг.

Заявляемое термостатирующее устройство для проведения нанокалориметрических измерений в контролируемой атмосфере позволяет размещать внутри корпуса нанокалориметрический сенсор.
Изобретение относится к способу получения упрочненных стеклянных сосудов. По первому варианту на поверхность сосуда нанесен по крайней мере один упрочняющий слой, имеющий толщину 5-50 нм, содержащий диоксид олова или диоксид титана, и одностенные углеродные нанотрубки, при их содержании 0.05-1 масс.

Изобретение относится к неорганической химии и нанотехнологии и может быть использовано для получения износостойких абразивных материалов, высокотемпературных керамических материалов и покрытий, высокопрочных композиционных материалов.

Изобретение относится к сферическому порошку псевдосплава на основе вольфрама. Ведут гранулирование порошка наноразмерного композита, состоящего из металлических частиц с размерами менее 100 нм и полученного водородным восстановлением в термической плазме смеси порошков оксидов вольфрама с порошком металла, выбранного из группы, включающей Ni, Fe, Со, Сu и Ag, или порошками оксидов металлов, выбранных из указанной группы, а затем проводят сфероидизацию полученных гранул порошка расплавлением в потоке термической плазмы.

Изобретение относится к получению металлического композиционного материала на основе железа с дисперсной фазой на основе карбида. Способ включает приготовление смеси порошка из матричного металла с керамическими наноразмерными частицами, прессование и спекание под давлением.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к технологии получения наночастиц серебра с использованием в качестве восстановителя растительного экстракта.

Изобретение относится к устройствам для получения высоких импульсных давлений, а именно, взрывным камерам, предназначенным для локализации взрыва при проведении синтеза материалов и проведении исследовательских работ. Камера содержит цилиндрический корпус 1 и плоские крышки 2, корпус 1 установлен в пазах крышек 2, соответствующих диаметру корпуса 1, крышки 2 стянуты между собой шпильками 3, установленными вдоль наружной поверхности корпуса 1, при этом размер шпилек 3 и их количество удовлетворяет условию работы в пределах условного предела текучести материала шпилек, представляющего собой напряжения в рамках остаточной деформации 0,2. Корпус 1 выполнен в виде обечайки, соединенной продольно по шву методом электрошлакового переплава. Техническим результатом является упрощение конструкции камеры с одновременным обеспечением ее надежности и безопасности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх