Взрывное устройство
Изобретение относится к взрывным устройствам. Взрывное устройство содержит корпус в виде незамкнутой оболочки, размещенное в нем взрывчатое вещество со средством его инициирования и расположенную между корпусом и взрывчатым веществом прокладку, закрывающую часть внутренней поверхности корпуса. Прокладка выполнена из слоя материала, более мягкого, чем материал корпуса, и с более высокой массовой плотностью, чем плотность материала корпуса. Изобретение направлено на повышение эффективности использования взрывчатых веществ, заключающееся в увеличении эффекта разрушения или пробития преград, находящихся на пути распространения взрывных волн. 5 з.п. ф-лы, 4 табл., 4 ил.
Изобретение относится к области импульсного воздействия на различные конденсированные среды, а именно воздействия ударом, и может быть использовано для создания больших давлений на поверхностях твердых и пористых тел, например, в перфораторах при вторичном вскрытии пластов, в эксплуатационных скважинах, для нагружения поверхностей объемов, заполненных жидкими или многофазными гетерогенными средами, создания отверстий и каналов в твердых материалах, взрывной резки металлов, уплотнения твердых и пористых сред, прессования порошковых материалов, упрочнения металлорежущего, строительного и бурового инструмента, а также разрушения материальных объектов.
Известно взрывное устройство, содержащее корпус и размещенное в нем взрывчатое вещество (ВВ) со средством его инициирования (см. Е.С.Колибернов и др. Справочник офицера инженерных войск. Под ред. С.Х.Аганова. М., Воениздат, 1989, с.288, 293 [1]). Недостатком известного взрывного устройства является его малая эффективность, заключающаяся в том, что взрывные волны - ударные волны, вызванные взрывом заряда ВВ, - распространяются во все стороны и только часть энергии взрыва тратится на целенаправленное воздействие.
Известны взрывные устройства, используемые для разрушения негабаритов (см. В.И.Гущин. Справочник взрывника на карьере. М., Недра, 1971, с.159 [2] и В.В.Матвейчук, В.П.Чурсалов. Взрывные работы. М., Академический проект, 2002, с.171 [3]). Известные устройства содержат размещаемый на негабарите заряд ВВ, средство его инициирования и забойку. В качестве забойки используется материал, имеющийся на месте проведения работ (камни, галька, песок, суглинок). Недостатками известных взрывных устройств являются значительный удельный расход ВВ, большой радиус опасной зоны по разлету осколков и действию воздушной ударной волны, низкая экономическая эффективность. Кроме того, для разрушения негабаритов взрывные устройства необходимо каждый раз создавать непосредственно на объекте разрушения.
Известно устройство для разрушения негабаритов, содержащее деревянный цилиндрический корпус с отверстием для размещения инициирующих средств и соединенную с ним пластичную взрывчатку в бумажной обертке (см. GB 588326 [4]). Известное устройство обладает практически теми же недостатками, что и [2], [3], однако более удобно в эксплуатации и позволяет, как следует из описания, частично оптимизировать направление взрывных волн, что может несколько повысить эффективность использования ВВ.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по своей технической сущности является взрывное устройство, содержащее корпус в виде незамкнутой оболочки и размещенное в нем взрывчатое вещество со средством его инициирования (US 2001/00442485 [5], фиг.1-3).
Недостатками известного устройства являются его невысокая эффективность использования взрывчатых веществ и относительно слабый эффект разрушения, им достигаемый.
Заявляемое в качестве изобретения взрывное устройство направлено на повышение эффективности использования взрывчатых веществ, заключающееся в увеличении эффекта разрушения или пробития преград, находящихся на пути распространения взрывных волн.
Указанный результат достигается тем, что взрывное устройство содержит корпус в виде незамкнутой оболочки, размещенное в нем взрывчатое вещество со средством его инициирования и прокладку из слоя материала, более мягкого, чем материал корпуса, закрывающую часть внутренней поверхности корпуса.
Указанный результат достигается также тем, что прокладка выполнена перекрывающей внутренние боковые поверхности корпуса или внутренние боковые поверхности корпуса и внутренние углы (в случае их наличия).
Указанный результат достигается также тем, что прокладка выполнена из материала с более высокой массовой плотностью, чем материал корпуса.
Указанный результат достигается также тем, что поверхностная плотность прокладки составляет не менее 20% от наименьшей поверхностной плотности корпуса на той части корпуса, где размещается прокладка.
Указанный результат достигается также тем, что прокладка выполнена перфорированной или рельефной.
Указанный результат достигается также тем, что во взрывчатом веществе выполнена кумулятивная выемка, закрытая метаемой облицовкой.
Выполнение взрывного устройства, содержащего корпус в виде незамкнутой оболочки и размещенное в нем взрывчатое вещество со средством его инициирования, с установкой между корпусом и ВВ прокладки из слоя материала, более мягкого, чем материал корпуса, приводит к ослаблению детонационных волн, падающих на внутренние стенки корпуса, уменьшению деформации корпуса, что обеспечивает фокусировку давления преимущественно в направлении открытой части корпуса, более эффективное использование ВВ, а также увеличивает объем канала, создаваемого в преграде, что особенно важно при проведении перфорации стенок скважин.
Так как средство инициирования обычно размещают в донной части корпуса, расположенной напротив его открытой части, наибольшему воздействию подвергаются внутренние боковые поверхности корпуса, особенно внутренние углы, в которых давление падающей детонационной волны может увеличиваться в несколько раз. Поэтому наибольшая эффективность наблюдается при выполнении прокладки во взрывном устройстве так, что она перекрывает именно внутренние боковые поверхности корпуса или внутренние боковые поверхности корпуса с внутренними углами.
Уменьшению интенсивности воздействия падающей детонационной волны на стенки корпуса, как показали проведенные эксперименты, способствует использование прокладки с более высокой массовой плотностью, чем плотность материала корпуса.
Также указанный эффект достигается за счет подбора поверхностной плотности прокладки. Инерционные свойства прокладки, способствующие гашению детонационной волны, проявляются при выполнении прокладки с поверхностной плотностью не менее 20% от наименьшей поверхностной плотности корпуса.
Полезное свойство прокладки, связанное с гашением падающих детонационных волн, можно совместить с возможностью управления детонацией с помощью прокладки. Для этого требуется выполнить на прокладке либо перфорацию, либо рельеф, которые способствуют формированию определенного сценария прохождения детонационных и ударных волн с устранением спонтанных колебаний и скачков давления; что, в свою очередь, приводит к уменьшению диссипации энергии, увеличению эффективности использования энергии ВВ и повышению стабильности работы взрывных устройств.
В частных случаях реализации целесообразно во взрывчатом веществе выполнять кумулятивную выемку, закрываемую метаемой облицовкой. В этом случае достигается синергетический эффект фокусирования взрывной волны, обеспечиваемый наличием как прокладки, размещаемой между корпусом и зарядом ВВ, так и кумулятивной выемки с метаемой облицовкой. Это еще больше повышает эффективность использования ВВ, размещенного во взрывном устройстве.
Сущность заявляемого взрывного устройства поясняется примерами его реализации и чертежами. На фиг.1 представлен продольный разрез взрывного устройства в наиболее общем виде с прокладкой, закрывающей часть внутренней поверхности корпуса; на фиг.2 представлен один из возможных вариантов реализации взрывного устройства с прокладкой, перекрывающей внутренние боковые поверхности корпуса и внутренние углы; на фиг.3 показан продольный разрез одного из частных вариантов реализации взрывного устройства, содержащего составную прокладку при выполнении корпуса со сложной внутренней поверхностью; на фиг.4 представлен продольный разрез наиболее предпочтительного варианта реализации взрывного устройства с прокладкой, перекрывающей боковые внутренние поверхности корпуса, с выполненной в заряде ВВ кумулятивной выемкой, закрытой метаемой облицовкой.
Пример 1. В наиболее общем случае реализации взрывного устройства (фиг.1) оно содержит корпус 1, выполненный в виде незамкнутой оболочки из любого доступного, достаточно прочного конструкционного материала. Это могут быть сплавы железа с углеродом (стали, чугуны), нержавеющие стали, другие металлы и сплавы, стеклоуглерод и т.д. Форма корпуса может быть произвольной. Это может быть цилиндр, как наиболее простой в изготовлении, тело вращения, параллелепипед, многогранная призма и т.д. Внутренняя область корпуса 1 заполнена зарядом ВВ 2, в качестве которого может использоваться тротил, аммонит, гексоген, октоген и т.д. Между внутренними стенками корпуса 1 и зарядом ВВ 2 размещается прокладка 3 из слоя материала, более мягкого, чем материал корпуса. В качестве такого материала могут быть использованы алюминий, медь, свинец, фторопласт. Но для достижения наиболее высоких результатов, как было указано выше, целесообразно, чтобы прокладка была выполнена из материала с более высокой массовой плотностью, чем материал корпуса. Например, если корпус выполнен из стали, то целесообразно в качестве материала прокладки использовать медь или свинец. При этом прокладка может быть выполнена рельефной, т.е. с изменяющейся толщиной в поперечном сечении ее поверхности, или перфорированной, т.е. когда в прокладке выполнены сквозные отверстия с некоторым распределением. В корпусе 1 выполнено отверстие 4 для размещения средства инициирования заряда ВВ (на чертеже не показано). В качестве такого средства могут быть использованы любые из числа известных: детонирующие шнуры, огнепроводные шнуры с детонаторами, электродетонаторы, капсюли, различные взрыватели.
Устройство используется следующим образом. После размещения в корпусе 1 прокладки 3 и заряда взрывчатого вещества 2 и снаряжения его средством инициирования ВВ взрывное устройство размещается на объекте, подлежащем разрушению или пробитию. Это может быть негабарит, лист стали, часть корпуса бронетехники, подвергаемая утилизации, стенки нефтедобывающих скважин. После установки в заданном месте приводится в действие средство инициирования заряда ВВ и тем самым осуществляется подрыв взрывного устройства.
Пример 2. В качестве одного из вариантов может быть использовано взрывное устройство, содержащее корпус 1, выполненный в форме цилиндра или тела вращения. В качестве материала корпуса могут быть использованы материалы, перечисленные в примере 1. В качестве ВВ могут использоваться те же вещества, что и указанные в примере 1. Прокладка 3, размещенная между внутренними стенками корпуса 1 и зарядом ВВ 2, как это показано на фиг.2, может перекрывать только внутренние боковые поверхности корпуса. При этом прокладка так же, как указано в примере 1, может быть выполнена гладкой, рельефной или перфорированной. В корпусе 1 выполнено отверстие 4 для размещения в нем средства инициирования заряда ВВ.
Используется взрывное устройство, описанное выше, так же, как это указано в примере 1.
Пример 3. Взрывное устройство, представленное на фиг.3, содержит корпус 1, изготовленный в соответствии с описанием в примере 1, но прокладка выполнена составной.
Используется устройство так же, как это описано в примере 1.
Пример 4. Взрывное устройство, представленное на фиг.4, содержит корпус 1, изготовленный в соответствии с рекомендациями, изложенными в примере 1 и в соответствующих пунктах формулы, снабжен зарядом ВВ 2, прокладкой 3, размещенной между внутренними боковыми стенками корпуса и зарядом ВВ. В заряде ВВ выполнена кумулятивная выемка 5, снабженная метаемой облицовкой 6. Облицовка может иметь коническую форму, форму сферического сегмента и т.д. В корпусе 1 выполнено отверстие 4 для размещения в нем средства для инициирования ВВ. Все упомянутые компоненты выбираются из числа известных или упомянутых в предыдущих примерах реализации.
Используется устройство так же, как это описано в примере 1.
Пример 5. Для изучения влияния наличия прокладки и ее расположения на эффективность работы кумулятивных зарядов была проведена серия прострелочных испытаний. Использовалась стандартная комбинированная мишень (аналог API RP 43), состоящая (снизу вверх) из бетонного столба с диаметром 100 мм, стальной пластины с толщиной 10 мм, слоя воды с высотой 17 мм и стальной пластины с толщиной 5 мм. Заряд устанавливался на указанной мишени с фокусным расстоянием 10 мм и приводился в действие детонирующим шнуром с электродетонатором. При этом размеры корпуса, его форма и материал (сталь марки 45), вид ВВ (гексоген флегматизированный), его вес (25 г), облицовка, а также материал и толщина прокладки (медь М1 толщиной 0,8 мм) оставались неизменными, и варьировалось только расположение прокладки. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| №№ п/п | Прокладка | Ее расположение | Параметры пробития, мм | |
| Входной диаметр отверстия | Глубина канала | |||
| 1 | Нет | - | 11 | 260 |
| 2 | Нет | - | 10 | 280 |
| 3 | Нет | - | 12 | 220 |
| 4 | Нет | - | 11 | 270 |
| 5 | Есть | На донной части корпуса | 11 | 300 |
| 6 | Есть | На донной части корпуса | 12 | 280 |
| 7 | Есть | Вблизи открытой части корпуса | 14 | 320 |
| 8 | Есть | Вблизи открытой части корпуса | 13 | 350 |
| 9 | Есть | На внутренней боковой поверхности корпуса | 17 | 380 |
| 10 | Есть | На внутренней боковой поверхности корпуса | 18 | 370 |
| 11 | Есть | На всей внутренней поверхности корпуса | 19 | 350 |
| 12 | Есть | На всей внутренней поверхности корпуса | 18 | 370 |
Пример 6. Для изучения влияния массовой плотности материала прокладки на эффективность работы кумулятивных зарядов была проведена серия прострелочных испытаний на стандартной модели, имитирующей нефтяную скважину. При этом размеры корпуса, его форма и материал (сталь 45), вид ВВ (гексоген флегматизированный), его вес (25 г), облицовка, а также форма, размеры, толщина и расположение прокладки оставались неизменными, и варьировался только материал прокладки. Результаты экспериментов приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||
| №№ п/п | Материал прокладки | Плотность, г/см3 | Параметры пробития, мм | |
| Входной диаметр отверстия | Глубина канала | |||
| 1 | Дюралюминий | 2,7 | 13 | 330 |
| 2 | Дюралюминий | 2,7 | 15 | 300 |
| 3 | Дюралюминий | 2,7 | 14 | 310 |
| 4 | Медь М1 | 8,9 | 18 | 340 |
| 5 | Медь М1 | 8,9 | 17 | 360 |
| 6 | Медь М1 | 8,9 | 18 | 360 |
| 7 | Свинец | 11,3 | 18 | 370 |
| 8 | Свинец | 11,3 | 17 | 390 |
| 9 | Свинец | 11,3 | 19 | 360 |
Пример 7. Для определения оптимальных параметров поверхностной плотности прокладки по отношению к наименьшей поверхностной плотности корпуса была проведена серия аналогичных прострелочных испытаний. При этом все параметры, указанные в примере 6, оставались неизменными, и варьировалась только поверхностная плотность прокладки. Наименьшая поверхностная плотность корпуса составляла 3,9 г/см2 (плотность стали 7,8 г/см3, толщина корпуса в самом тонком месте 0,5 см). Результаты экспериментов приведены в таблице 3.
| Таблица 3 | ||||||
| №№ п/п | Материал прокладки | Плотность, г/см3 | Толщина прокладки, мм | Соотношение поверхностной плотности прокладки к наименьшей плотности корпуса | Параметры пробития, мм | |
| Входной диаметр отверстия | Глубина канала | |||||
| 1 | Дюралюминий | 2,7 | 1,0 | 7% | 14 | 280 |
| 2 | Дюралюминий | 2,7 | 2,0 | 14% | 15 | 310 |
| 3 | Дюралюминий | 2,7 | 3,0 | 21% | 17 | 350 |
| 4 | Медь М1 | 8,9 | 0,8 | 18% | 16 | 320 |
| 5 | Медь М1 | 8,9 | 1,0 | 23% | 17 | 360 |
| 6 | Медь М1 | 8,9 | 1,5 | 34% | 18 | 370 |
| 7 | Свинец | 11,3 | 1,0 | 29% | 18 | 360 |
| 8 | Свинец | 11,3 | 1,5 | 43% | 18 | 380 |
| 9 | Свинец | 11,3 | 2,0 | 58% | 19 | 360 |
Пример 8. Для исследования влияния наличия на прокладках перфорации и рельефа на работу взрывных устройств была проведена серия прострелочных испытаний, аналогичная описанной выше. Все параметры зарядов, прокладок и мишеней оставались неизменными. При этом внимание уделялось не только параметрам пробития, но и стабильности работы зарядов. Результаты экспериментов приведены в таблице 4.
| Таблица 4 | ||||
| №№ п/п | Материал прокладки | Описание прокладки | Параметры пробития, мм | |
| Входной диаметр отверстия | Глубина канала | |||
| 1 | Медь М1 | Гладкая | 16 | 360 |
| 2 | Медь М1 | Гладкая | 14 | 390 |
| 3 | Медь М1 | Гладкая | 15 | 360 |
| 4 | Медь М1 | Гладкая | 17 | 340 |
| 5 | Медь М1 | Гладкая | 15 | 350 |
| 6 | Медь М1 | Рельеф с глубиной 0,1 мм и шагом 6 мм | 17 | 380 |
| 7 | Медь М1 | Рельеф с глубиной 0,1 мм и шагом 6 мм | 17 | 370 |
| 8 | Медь М1 | Рельеф с глубиной 0,1 мм и шагом 6 мм | 17 | 370 |
| 9 | Медь М1 | Рельеф с глубиной 0,2 мм и шагом 5 мм | 18 | 350 |
| 10 | Медь М1 | Рельеф с глубиной 0,2 мм и шагом 5 мм | 18 | 360 |
| 11 | Медь М1 | Рельеф с глубиной 0,2 мм и шагом 5 мм | 18 | 350 |
| 12 | Медь М1 | Перфорация с ⊘5 мм и шагом 10 мм | 19 | 340 |
| 13 | Медь М1 | Перфорация с ⊘5 мм и шагом 10 мм | 19 | 340 |
| 14 | Медь М1 | Перфорация с ⊘5 мм и шагом 10 мм | 19 | 350 |
| 15 | Медь М1 | Перфорация с ⊘6 мм и шагом 12 мм | 18 | 370 |
| 16 | Медь М1 | Перфорация с ⊘6 мм и шагом 12 мм | 18 | 380 |
| 17 | Медь М1 | Перфорация с ⊘6 мм и шагом 12 мм | 18 | 380 |
1. Взрывное устройство, содержащее корпус в виде незамкнутой оболочки, размещенное в нем взрывчатое вещество со средством его инициирования и расположенную между корпусом и взрывчатым веществом прокладку, закрывающую часть внутренней поверхности корпуса, выполненную из слоя материала более мягкого, чем материал корпуса и с более высокой массовой плотностью, чем плотность материала корпуса.
2. Взрывное устройство по п.1, отличающееся тем, что прокладка выполнена перекрывающей внутренние боковые поверхности корпуса.
3. Взрывное устройство по п.1, отличающееся тем, что прокладка выполнена перекрывающей внутренние боковые поверхности корпуса и внутренние углы.
4. Взрывное устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхностная плотность прокладки составляет не менее 20% от наименьшей поверхностной плотности той части корпуса, где размещается прокладка.
5. Взрывное устройство по п.1, отличающееся тем, что прокладка выполнена перфорированной или рельефной.
6. Взрывное устройство по п.1, отличающееся тем, что во взрывчатом веществе выполнена кумулятивная выемка, закрытая метаемой облицовкой.
