Способ и устройство формирования фронта детонационной волны (варианты) и устройство инициирования

Изобретение относится к области физики взрыва для получения и формирования фронта детонационной волны в результате многоточечного инициирования крупногабаритных цилиндрических зарядов взрывчатого вещества (ВВ) и может быть использовано в различных устройствах технической физики. Группа изобретений включает способ и устройства (варианты) формирования фронта детонационной волны и устройство инициирования. Способ включает подрыв устройства инициирования, распространение детонации от него по заряду взрывчатого вещества с разветвлениями, формирование фронта детонационной волны на поверхности основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества. Устройство инициирования выполняют на базе цепочки из средств инициирования, размещенных по оси основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества с заданным шагом S2. Отустройства инициирования осуществляют одновременное вдоль указанной оси многоточечное с заданным шагом инициирование заряда взрывчатого вещества с разветвлениями, обеспечивают распространение в радиальном направлении детонации по путям разветвлений к внутренней поверхности цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества, при этом места выхода волн детонации на его внутреннюю поверхность формируют группами, разнесенными вдоль оси цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества с шагом S, при этом в каждой группе места выхода волн детонации распределяют по окружности с заданным шагом S1, который устанавливают равным или меньше S, а сам выбор шага S осуществляют исходя из условия S≤S2/2. Технический результат: расширение эксплуатационных возможностей устройства и способа; уменьшение и возможность регулирования разновременности выхода волн детонации в радиальном направлении к цилиндрическому заряду ВВ благодаря конструктивным особенностям устройства инициирования. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 15 ил.

 

Изобретение относится к области физики взрыва для получения и формирования фронта детонационной волны в результате многоточечного инициирования крупногабаритных цилиндрических зарядов взрывчатого вещества (ВВ) и может быть использовано в различных устройствах технической физики, например во взрывных обострителях тока для формирования мультимегаамперных импульсов тока от взрывомагнитных генераторов (дисковых, спиральных и т.п.) со временем нарастания в микросекундном диапазоне, для одновременного ускорения больших площадей поверхности металлических цилиндрических оболочек в радиальном направлении от центра и т.п.

Известно устройство для формирования фронта детонационной волны (патент России №2135935 с приоритетом от 05.08.1997, МПК F42В 3/10, опубл. 27.08.99).

Устройство для формирования фронта детонационной волны содержит устройство инициирования, заряд взрывчатого вещества с разветвленными концевыми участками, расположенный на основном заряде взрывчатого вещества.

Недостатком данного устройства является трудность изготовления и применения заряда взрывчатого вещества с разветвлениями в форме решетки из взрывчатого вещества с многоточечными разветвленными концевыми участками для одновременного многоточечного подрыва изнутри протяженных цилиндрических зарядов ВВ с внутренней полостью малых размеров (например, ∅ВП ~ 30 мм) с незначительной разновременностью (десятые доли микросекунды) выхода фронта детанационной волны на наружную поверхность цилиндрического заряда ВВ.

За аналог взят способ формирования фронта детонационной волны и устройство для его осуществления (патент России №2207492 с приоритетом от 19.03.2001, МПК F42В 3/10, 3/22, Н02N 11/00, опубл. 27.06.2003).

Данный способ включает возбуждение детонации, ее распространение, формирование фронта детонационной волны в основном цилиндрическом заряде ВВ, при этом фронт детонации на наружной поверхности основного цилиндрического заряда ВВ формируют не одновременно, а ступенчато изменяющимся вдоль осевой длины основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества.

Устройство для создания такого фронта детонационной волны состоит из основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества, детонационного распределителя и устройства инициирования. Детонационный распределитель выполнен в виде секций, к нему примыкает основной цилиндрический заряд взрывчатого вещества с одной стороны, а с другой - устройство его инициирования Устройство инициирования выполнено в виде электродетонатора и групп отрезков взаимосвязанных детонационных каналов, концевые участки которых в одной точке примыкают к начальным участкам секций детонационного распределителя, причем детонационные каналы устройства инициирования от его торца до каждого последующего концевого участка выполнены длиной, изменяющейся на одну и ту же величину по отношению к предыдущей, а электродетонатор примыкает непосредственно к начальному участку данной группы отрезков взаимосвязанных детонационных каналов.

Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является то, что формирование выхода детонационной волны на наружную поверхность основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества со ступенчато изменяющимся фронтом не позволяет произвести полноценный одновременный подрыв всей его наружной поверхности.

Наиболее близким к заявляемому объекту является устройство и способ для формирования детонационной волны, описанные в патенте РФ №2252390 с приоритетом 16.09.2003, МПК F42B 3/10, опубл. 20.05.2005, БИ №14.

Способ формирования фронта детонационной волны по прототипу включает подрыв устройства инициирования, распространение детонации от него по детонационному распределителю, содержащему заряд взрывчатого вещества с разветвлениями, формирование фронта детонационной волны на поверхности основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества.

Данный способ позволяет формировать фронт детонационной волны на всей наружной поверхности основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества с незначительной разновременностью, если использовать толстостенный основной цилиндрический заряд взрывчатого вещества, толщина стенки которого соизмерима с наружным его радиусом. Это в свою очередь потребует значительного увеличение массы используемого ВВ, усложнит монтажные работы и значительно снизит безопасность их проведения, а также увеличит стоимость всего устройства.

Устройство для формирования фронта детонационной волны состоит из устройства инициирования, основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества (ВВ), заряда взрывчатого вещества с разветвлениями, который выполнен в виде однотипных дисков из ВВ, установленных равномерно внутри по осевой длине основного цилиндрического заряда. Однотипные диски из ВВ чередуются с диэлектрическими дисками, при этом расстояние между дисками из ВВ выбрано не превышающим величины , где Δt - разновременность выхода волны детонации на внешнюю поверхность основного цилиндрического заряда, D - скорость волны детонации основного цилиндрического заряда, δ - толщина стенки основного цилиндрического заряда, диски из ВВ соединены попарно прутками из ВВ вдоль оси основного цилиндрического заряда, которые все в свою очередь соединены между собой радиальными и продольными перемычками из ВВ, сведенными в одну общую точку.

Радиальные и продольные перемычки из ВВ размещены по одну сторону от оси основного цилиндрического заряда ВВ, а по другую сторону выполнен канал с ВВ, соединенный с общей точкой всех перемычек и выведенный к единственному электродетонатору устройства инициирования, расположенному на торце основного цилиндрического заряда ВВ.

Недостатками способа и данного устройства по прототипу являются ограничения, связанные с многоточечным подрывом протяженных цилиндрических зарядов ВВ с заданной разновременностью выхода детонации (порядка нескольких десятых долей микросекунды) на наружную поверхность основного цилиндрического заряда.

Для того, чтобы осуществить такой многоточечный подрыв потребуется очень сложная система многоярусной детонационной разводки, размещенной в сравнительно малом объеме, для большого количества дисков из ВВ. Необходимо для каждого прутка, соединяющего два близлежащих диска из ВВ, организовать полностью идентичный длинный путь для распространения детонации от устройства инициирования до середины любого данного прутка, что практически невозможно при использовании значительных продольных размеров у основного цилиндрического заряда ВВ, т.к. его внутренний диаметр должен оставаться неизменным. В устройстве инициирования используется один злектродетонатор. Так, в приведенном в патенте примере, из-за того, что 8 дисков из ВВ диаметром 25 мм имеют ширину по 10 мм и между ними расстояние 12 мм, разновременность на наружной поверхности цилиндрического заряда диаметром 65 мм будет теоретически более 0,2 мкс.

Наличие большего количества продольных перемычек из ВВ, пронизывающих неоднократно насквозь диски с ВВ, дополнительно влияет на пути распространения в радиальном направлении детонации и будет на практике еще больше увеличивать разновременность выхода фронта детонации на наружную поверхность основного цилиндрического заряда ВВ.

Кроме того, существует другое существенное ограничение по прототипу, связанное с необходимостью увеличения массово-габаритных характеристик основного протяженного цилиндрического заряда ВВ, чтобы создать условия для уменьшения разновременности выхода детонации на его наружную поверхность.

Увеличение наружного диаметра (Д) у основного цилиндрического заряда ВВ позволило бы несколько уменьшить разновременность выхода детонации на его наружную поверхность, но это привело бы к значительному увеличению габаритных размеров устройства (~Д) и веса основного заряда ВВ пропорционально Д2, что повышает еще большую опасность работы с данным изделием и увеличивает материальные и финансовые затраты. Кроме того, будет наблюдаться еще более сильное негативное воздействия на окружающую среду и защитные сооружения (сейсмика, ударные волны, увеличенная концентрация вредных химических веществ в атмосфере, почве и т.п.).

При создании данного изобретения решалась задача создания устройства и способа для формирования фронта детонационной волны, которые позволили бы осуществить подрыв протяженных и крупногабаритных зарядов с незначительной разновременностью (менее 0,3 мкс) и со сравнительно небольшим количеством ВВ для решения исследовательских, экспериментальных и прикладных задач.

Технический результат, достигаемой при решении данной задачи, заключается в расширении эксплуатационных возможностей устройства и способа за счет:

- возможности подрыва больших площадей протяженных цилиндрических зарядов радиусом от десятков сантиметров до нескольких метров с малой разновременностью выхода волн детонации на их наружные поверхности,

- значительного уменьшения массы используемого ВВ по сравнению с традиционными устройствами.

- повышения безопасности проведения монтажных работ,

- уменьшения загрязненности окружающей среды,

- снижения стоимости эксперимента,

- обеспечения получения большей и качественной информации о проведенном взрывном эксперименте, в результате возможного размещения вблизи данного устройства стационарного неуничтожаемого диагностического оборудования (сверхскоростной фоторегистратор - СФР, бетатрон, протонная радиография и т.п.).

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным способом формирования фронта детонационной волны, включающим подрыв устройства инициирования, распространение детонации от него по заряду взрывчатого вещества с разветвлениями, формирование фронта детонационной волны на поверхности основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества, новым является то, что устройство инициирования выполняют на базе цепочки из средств инициирования, размещенных по оси основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества с заданным шагом S2, от устройства инициирования осуществляют одновременное вдоль указанной оси многоточечное с заданным шагом инициирование заряда взрывчатого вещества с разветвлениями, обеспечивают распространение в радиальном направлении детонации по путям разветвлений к внутренней поверхности цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества, при этом места выхода волн детонации на его внутреннюю поверхность формируют группами, разнесенными вдоль оси цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества с шагом S, при этом в каждой группе места выхода волн детонации распределяют по окружности с заданным шагом S1, который устанавливают равным или меньше S, а сам выбор шага S осуществляют, исходя из условия S≤S2/2.

В ряде случаев дополнительно обеспечивают последовательное смещение по окружности мест выхода волн детонации на внутреннюю поверхность основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества последующей группы относительно предыдущей на фиксированное расстояние S3, определяемое соотношением: 0≤S3≤S1/2.

Задача, решаемая данным изобретением, заключалась в осуществление подрыва с незначительной разновременностью (менее 0,3 мкс) большой площади тонкостенного цилиндрического заряда, имеющего значительный размер внутреннего радиуса, измеряемый десятками сантиметров.

Выполнение условия S1=S, где S≤S2/2, a S2 - шаг расположения электродетонаторов с дисковыми зарядами ВВ, позволяет уменьшить или получить практически одинаковое время выхода фронта детонационной волны на всю внутреннюю поверхность основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества по сравнению с прототипом. (Минимальный практический шаг S1, определяемый суммарной длиной используемого промышленного электродетонатора и толщиной дискового заряда взрывчатого вещества (обычно 1-2 мм), примыкающего к его рабочему торцу, будет порядка 20 мм при использовании электродетонаторов таких, например, как АТЭД-15, у которых длина ~ 18 мм).

Как показывают расчеты, применение цепочки из средств инициирования, расположенных с шагом S2 порядка 20 мм и при условии S=S1=S2, для подрыва изнутри основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества, например, диаметром 578 мм (непосредственно без дополнительных в нем вспомогательных конструктивных элементов, увеличивающих дополнительное количество мест выходов детонации), привело бы к разновременности подрыва всей его внутренней поверхности за время ΔtB=1,77 мкс. Если же сместить места выходов волн детонации на S3=10 мм, то уже ΔtB=1,56 мкс.

Для этих же целей применение заявляемого способа инициирования на базе цепочки из средств инициирования при условии S1=S=S2/2 позволяет обеспечить выход детонации на внутреннюю поверхность основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества с шагом S=10 мм вдоль оси основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества. Поэтому многоточечный выход детонации по окружности на внутренней поверхности основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества обеспечивают также с шагом S1=10 мм. Это приводит к разновременности подрыва всей внутренне поверхности за время ΔtB=0,88 мкс. Если же сместить места выходов на S3=5 мм, то ΔtB уменьшается до 0,78 мкс.

Для случая, когда места выхода волн детонации на внутреннюю поверхность основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества последующей группы относительно предыдущей смещены по окружности в заявляемом способе формирования фронта детонационной волны на фиксированное расстояние S3 (от нуля до S1/2), распространение фронта детонации по всей внутренней поверхности основного тонкостенного цилиндрического заряда ВВ для больших размеров внутренних радиусов r происходит за время, определяемое следующим выражением:

ΔtB≈S1/(2Dcosγ),

где D - скорость волны детонации в основном цилиндрическом заряде взрывчатого вещества ВВ, угол .

, .

При этом время распространения детонации по всей наружной поверхности основного цилиндрического заряда ВВ в общем виде для случая, когда его радиальная толщина стенки δ, определяемая тем минимальным количеством ВВ, которое необходимо для эффективной работы устройства, где оно используется для получения незначительной разновременности, много меньше r будет определяться следующим выражением:

,

где δ - радиальная толщина стенки основного цилиндрического заряда ВВ, которая необходима для эффективной работы устройства, SF=S1/cos γ.

Например, в прототипе, где нет электродетонаторов внутри основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества, шаг расположения дисков из ВВ в заряде взрывчатого вещества с разветвлениями вдоль оси симметрии устройства был 22 мм. Он определялся шириной дисков из ВВ 10 мм и расстоянием между дисками из ВВ 12 мм. Таким образом, фронт детонационной волны со скоростью ~ 8 мм/мкс распространится по всей внутренней поверхности основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества с внутренним диаметром 578 мм за время ~ 0,8 мкс.

При этом расчетным и экспериментальным путем установлено, что распространение фронта детонации по всей наружной поверхности цилиндрического заряда ВВ с радиальной толщиной стенки δ=8 мм и внутренним радиусом r=289 мм произойдет в прототипе за время ΔtH≈0,25 мкс, а в заявляемом способе при δ=8 мм, γ=36,87°, S3=5 мм, a S1=S=10 мм, за ΔtH≅0,24 мкс, что несколько меньше распространения времени детонации в прототипе.

Если же шаг S1 будет меньше шага S, что легко реализуется, то произойдет дальнейшее уменьшение времени, связанное непосредственно с увеличением угла γ и уменьшением S1. Поэтому, при выполнении условия S1≤S нет необходимости использовать цельные диски из ВВ, как в прототипе, для подрыва основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества, а предпочтительней распространять в радиальном направлении детонацию к внутренней поверхности основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества с помощью многочисленных каналов, заполненных ВВ, в заряде взрывчатого вещества с разветвлениями. Это позволяет значительно уменьшить массу используемого взрывчатого вещества для подрыва основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества в заявляемом устройстве.

Для устройства формирования фронта детонационной волны существуют два варианта исполнения.

Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что по сравнению с известным устройством формирования фронта детонационной волны, содержащим устройство инициирования, основной цилиндрический заряд взрывчатого вещества, заряд взрывчатого вещества с разветвлениями, расположенный внутри основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества с радиальной толщиной стенки δ соосно с ним, новым является то, что толщина стенки δ много меньше внутреннего радиуса r, устройство инициирования расположено в центральном сквозном отверстии заряда взрывчатого вещества с разветвлениями, причем заряд взрывчатого вещества с разветвлениями содержит промежуточный цилиндрический заряд взрывчатого вещества, на котором располагается дисковый детонационный распределитель, собранный из одинаковых диэлектрических дисков толщиной S, установленных вплотную друг к другу, у каждого диска на одной из торцевых поверхностей имеются, по меньшей мере, две заполненные взрывчатым веществом радиальные канавки с разветвлениями глубиной h<S/2 и шириной d, расположенные равномерно на поверхности и соединяющие промежуточный цилиндрический заряд взрывчатого вещества с цилиндрическим основным зарядом взрывчатого вещества, разветвление каждой канавки выполнено путем деления канавки на две симметричные относительно нее вторичные канавки, далее деления вторичных канавок еще на две канавки, и так n раз, где n≥1, до соприкосновения концевых участков взрывчатого вещества в завершающей группе канавок на диэлектрическом диске с внутренней поверхностью цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества, причем концевые участки взрывчатого вещества всех завершающих групп канавок расположены по окружности с шагом S1, для которого выполняется условие 2d<S1≤S.

Указанный технический результат по второму варианту достигается тем, что по сравнению с известным устройством формирования фронта детонационной волны, содержащим устройство инициирования, основной цилиндрический заряд взрывчатого вещества, заряд взрывчатого вещества с разветвлениями, расположенный внутри основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества с радиальной толщиной стенки δ соосно с ним, новым является то, что цилиндрический основной заряд взрывчатого вещества выполнен составным из наружного заряда взрывчатого вещества с толщиной стенки δ1 и внутреннего заряда взрывчатого вещества, устройство инициирования расположено в центральном сквозном отверстии заряда взрывчатого вещества с разветвлениями, причем заряд взрывчатого вещества с разветвлениями содержит промежуточный цилиндрический заряд взрывчатого вещества, на котором располагается дисковый детонационный распределитель, собранный из одинаковых диэлектрических дисков толщиной S, установленных вплотную друг к другу, внутренний заряд цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества выполнен в виде колец попарно размещенных в кольцевых проточках глубиной hП и шириной dП с полным их заполнением, причем проточки выполнены на периферии каждого отдельного диэлектрического диска, у каждого диска на одной из торцевых поверхностей имеются, по меньшей мере, две заполненные взрывчатым веществом радиальные канавки с разветвлениями глубиной h<S/2 и шириной d, расположенные равномерно на поверхности и соединяющие промежуточный цилиндрический заряд взрывчатого вещества с внутренним зарядом взрывчатого вещества, разветвление каждой канавки выполнено путем деления канавки на две симметричные относительно нее вторичные канавки, далее деления вторичных канавок еще на две канавки, и так n раз, где n≥1, до соприкосновения концевых участков взрывчатого вещества в завершающей группе канавок на диэлектрическом диске с внутренней поверхностью одного из двух колец внутреннего заряда взрывчатого вещества, при этом наружная поверхность всех колец внутреннего заряда взрывчатого вещества соприкасается с внутренней поверхностью наружного заряда взрывчатого вещества, глубина кольцевых проточек hП и ширина проточек dП определяются из соотношений h≤hП<S/2 и (h×δ)/(0,5S)≤dП≤(hП×δ)/(0,5S), концевые участки взрывчатого вещества всех завершающих групп канавок расположены по окружности с шагом S1, для которого выполняется условие 2d<S1≤S, а толщина стенки основного цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества δ=(δ1+dП) много меньше его внутреннего радиуса r.

В этих двух вариантах есть ряд общих признаков, влияющих на технический результат.

Заряд взрывчатого вещества с разветвлениями содержит промежуточный цилиндрический заряд взрывчатого вещества для того, чтобы обеспечить выход практически однородного фронта детонационный волны после устройства инициирования к дисковому детонационному распределителю, собранному из одинаковых диэлектрических дисков толщиной S, установленных вплотную друг к другу. Толщина S обычно определяется, исходя из присутствующих временных отклонений в местах выхода фронта детонации, циклично повторяющихся с неким фиксированным шагом вдоль всего промежуточного цилиндрического заряда.

Глубина h<S/2 и ширина канавок d выбираются из условия, чтобы эти размеры были несколько больше критического диаметра детонации - наименьший диаметр цилиндрического заряда ВВ, при котором еще можно возбудить детонацию. Обычно для используемых пластических ВВ этот размер ~1 мм или несколько меньше [Губачев В.А. и др., патент №2135935 С1, опубликован 27.08.1999 г. и патент №2451895 С1 опубликован 27.05.2012 Бюл. №15]. Поэтому, чаше всего данные размеры (h и d) изготавливаются порядка 1 мм, чтобы использовать меньше ВВ в дисковом детонационном распредели теле.

Заполнение всех канавок в диэлектрическом диске на одинаковую глубину меньше, чем S/2, обеспечивает более стабильный и одновременный их подрыв даже в случае, если выход фронта детонации произойдет с переменным шагом вдоль промежуточного цилиндрического заряда взрывчатого вещества.

В устройстве по второму варианту можно использовать одинаковые взрывчатые вещества, как в наружном цилиндрическом заряде взрывчатого вещества, так и во внутреннем заряде взрывчатого вещества, размещенном в кольцевых проточках, но в ряде случаев можно использовать различные взрывчатые вещества, как в наружном цилиндрическом заряде взрывчатого вещества, так и во внутреннем заряде взрывчатого вещества, размещенном в кольцевых проточках.

Изготовление двух кольцевых проточек, выполненных на периферии отдельного диэлектрического диска, где глубина проточек hП и ширина проточек dП определяются из соотношений h≤hП<S/2 и (h×δ)/(0,5S)≤dП≤(hП×δ)/(0,5S), позволяет разместить в них кольцевые заряды внутреннего взрывчатого вещества, надежно соприкасающиеся с внутренней поверхностью наружного цилиндрического заряда взрывчатого вещества. Здесь минимальная ширина проточки определяется выражением (h×δ)/(0,5S). Удается сохранить максимальную толщину стенки основного цилиндрического заряда на прежнем уровне δ, собирая его из наружного заряда взрывчатого вещества и внутреннего заряда взрывчатого вещества, выполненного в виде кольцевых зарядов ВВ, каждый с осевым размером меньше, чем S/2, и с толщиной стенки меньше, чем δ, и тем самым обеспечив выход детонации по окружности к внутренней поверхности такого составного заряда с прежним шагом S1, как и для случая без кольцевых проточек.

Допускается изготовление колец внутренних зарядов с толщинами стенок чуть меньше, чем размер δ, определяемыми, исходя из приведенных выше соотношений. Тогда появляется возможность выполнения наружного цилиндрического заряда взрывчатого вещества со значительно уменьшенной толщиной стенки путем обмотки дискового детонационного распределителя тонким слоем пластического ВВ. Тем самым удается улучшить контакт в основном заряде между всеми внутренними зарядами взрывчатого вещества с наружным цилиндрическим зарядом ВВ, а это в свою повышает надежность и эффективность работы всего устройства.

Сам путь распространения детонации по такому основному составному заряду к его периферийной части останется прежним, но только с несколько меньшей задействованной массой заряда ВВ. Подрыв той части внутреннего заряда ВВ, расположенного в проточках на диэлектрических дисках со стороны, где нет никаких канавок, будет происходить от другой части внутреннего заряда ВВ, расположенного в проточках соседних дисков, где есть канавки.

Разновременность подрыва всего такого составного цилиндрического заряда ВВ с хорошей точностью определяется формулой для нахождения ΔtH, так как априори толщина стенки рассматриваемого основного цилиндрического заряда ВВ всегда много меньше его внутреннего радиуса. Кроме того, выполнение условия 2d<S1≤S позволяет осуществить подрыв основного цилиндрического заряда ВВ с малой разновременностью. При этом минимально возможный шаг S1 определяется шириной канавок на диэлектрическом диске и будет ~ 2d. т.е. приблизительно 2 мм.

Таким образом:

- можно уменьшить массу основного цилиндрического заряда ВВ в заявляемом устройстве, если использовать его составным, собранным из наружного цилиндрического заряда ВВ с уменьшенной толщиной стенки и внутреннего заряда ВВ, у которого кольцевые заряды ВВ, расположены в проточках глубиной hП<S/2, и для которого основное назначений состоит в создании детонационного пути для подрыва с незначительной разновременностью наружного заряда по всей его внутренней поверхности, что в свою очередь позволит уже обеспечить полный подрыв всего основного заряда с еще меньшей разновременностью;

- выполнение детонационного распределителя из отдельных диэлектрических дисков с проточками на их торцевых поверхностях, заполненными ВВ, позволяет обеспечить более надежные детонационные контакты между ними и всеми ВВ, размешенными в канавках на периферии диэлектрического диска и имеющими незначительные площади поверхности у каждого концевого выхода (обычно, порядка 1 мм2), из-за наличия хорошего доступа к местам их соприкосновения, по сравнению со случаем, когда диэлектрические диски использовались бы без дополнительных колец из ВВ, где нет открытого доступа к местам соприкосновения основного заряда ВВ с большим количеством точечных выходов канавок с ВВ на периферии диэлектрических дисков, что ухудшило бы подрыв основного заряда и, как следствие, увеличило бы в большую сторону разновременность выхода детонации на наружную поверхность основного заряда;

- наличие больших площадей соприкосновения кольцевых зарядов ВВ у внутреннего заряда с наружным цилиндрическим зарядом ВВ по сравнению с малыми площадями концевых выходов позволяет создать более надежный детонационный контакт между ними;

- необходимость выполнения условия расположения по окружности завершающей группы канавок с шагом S1≤S подробно рассмотрено.тля случая реализации способа формирования фронта детонационной волны;

- использование различных взрывчатых веществ в наружном цилиндрическом заряде взрывчатого вещества и во внутреннем заряде взрывчатого вещества, размещенном в кольцевых проточках, позволяет влиять на процесс разновременности подрыва такого основного цилиндрического заряда ВВ так, например, при использовании во внутреннем заряде взрывчатого вещества с большей скоростью детонации, чем в наружном цилиндрическом заряде взрывчатого вещества будет наблюдаться уменьшенная разновременность его подрыва.

В качестве аналога устройства инициирования выбран патент России №2135935 с приоритетом от 05.08.1997, МПК F42В 3/10, опубликованный 27.08.99 в БИ №14, где в устройстве инициирования используется только один электродетонатор.

Недостатком такого решения является передача детонации к основному цилиндрическому заряду взрывчатого вещества по длинному и сложному пути, собранному из большого количества продольных перемычек из ВВ, расположенных на различных ярусах и проходящих насквозь неоднократно через диски из ВВ, и радиальных перемычек из ВВ, которые подходят к многочисленным пруткам из ВВ, где на концах каждого прутка размещены с заданным шагом два диска из ВВ. Все это приводит к сложностям осуществления многоточечного одновременного подрыва изнутри протяженного основного цилиндрического заряда, а также создает дополнительные трудности, связанные с защитой дисков из ВВ от преждевременного подрыва от детонационной волны, распространяющей по перемычкам из ВВ.

В качестве прототипа устройства инициирования выбрано устройство, описанное в статье “Дисковый взрывомагнитный генератор с взрывным размыкателем тока”, журнал «Прикладная механика и техническая физика», 2015 г., Т. 56, №1, стр. 25.

Устройство инициирования по прототипу содержит цепочку средств инициирования, каждое из которых содержит электродетонатор и примыкающий к нему дисковый заряд взрывчатого вещества толщиной tD, которые соединены электрически последовательно между собой и расположены с заданным шагом S2, при этом устройство инициирования размешается в центральном отверстии цилиндрического заряда взрывчатого вещества вдоль его оси.

Недостатками данного устройства по прототипу являются ограничения, связанные с осуществлением подрыва внутренней поверхности цилиндрического заряда ВВ не по всей длине, а только с заданным шагом в отдельных местах по окружности, привязанных к местам размещения дисковых зарядов взрывчатого вещества.

При этом разновременность подрыва цилиндрического заряда ВВ в первую очередь будет тем больше, чем больше шаг установки электродетонаторов. Минимальный теоретический шаг определяется суммарной длиной электродетонатора и толщиной дискового заряда взрывчатого вещества будет для промышленных электродетонаторов порядка 20 мм и более. Чтобы обеспечить стабильный подрыв с заданным шагом цилиндрического заряда ВВ приходится использовать дисковые заряды взрывчатого вещества толщиной несколько миллиметров. В данном устройстве инициирование всей поверхности внутреннего отверстия в цилиндрическом заряде ВВ для шага 20 мм будет происходить с запаздыванием более чем на одну микросекунду.

Во-вторых, использование дискового заряда взрывчатого вещества толщиной несколько миллиметров, заведомо большей, чем требуется для реального случая инициирования ВВ, обусловлено тем, что необходимо обеспечить гарантированный начальный подрыв протяженного цилиндрического заряда ВВ, т.к. создать надежное соприкосновение внутренней поверхности этого заряда со всеми дисковыми зарядами взрывчатого вещества представляется трудно выполнимой задачей из-за относительно малого диаметра внутреннего отверстия. Это в свою очередь приводит к дополнительному увеличению шага размещения электродетонаторов. Для гарантированного размещения такой системы инициирования необходимо в протяженном цилиндрическом заряде ВВ иметь внутреннее отверстие несколько больше, чем диаметр дискового заряда взрывчатого вещества. Поэтому частично его инициирование будет происходить как в местах соприкосновения взрывчатых веществ, так и через воздушные промежутки, где нет между ними непосредственного соприкосновения. В зависимости от длины цилиндрического заряда ВВ максимальные размеры воздушного промежутка будут до несколько десятых долей миллиметров. Все это будет влиять на одновременность подрыва по окружностям основного цилиндрического заряда ВВ в местах расположения дисковых зарядов взрывчатого вещества толщиной tD.

В данном изобретении решалась также задача создания устройства многоточечного инициирования с незначительной разновременностью.

Технический результат, достигаемой при решении данной задачи, заключается уменьшении и возможности регулирования разновременности выхода волн детонации в радиальном направлении к цилиндрическому заряду ВВ благодаря конструктивным особенностям устройства инициирования.

Технический результат обеспечивается тем, что по сравнению с известным устройством инициирования, содержащим цепочку средств инициирования, каждое из которых включает электродетонатор и примыкающий к нему дисковый заряд взрывчатого вещества толщиной tD, которые соединены электрически последовательно между собой, расположены с заданным шагом S2, при этом устройство инициирования размещается в центральном отверстии цилиндрического заряда взрывчатого вещества вдоль его оси, новым является то, что средства инициирования расположены внутри диэлектрических проходных втулок, кроме последнего средства инициирования, которое расположено в диэлектрическом стакане-заглушке, все они соединены друг с другом с помощью цанговых зажимов и размещены в общем корпусе из диэлектрического материала снаружи которого над каждым дисковым зарядом взрывчатого вещества размешен кольцевой разветвитель с осевым размером L≤S2, включающий в себя кольцо из диэлектрического материала, имеющее гладкую или профилированную внутреннюю поверхность, с осевым размером L1≤L и заряд взрывчатого вещества заполняющий свободное пространство между внутренней поверхностью кольца из диэлектрического материала и наружной поверхностью общего корпуса из диэлектрического материала и кольцевое пространство, определяемое соотношением (L-L1)/4 по обе стороны кольца из диэлектрического материала до наружной поверхности корпуса из диэлектрического материала, при этом в торце корпуса из диэлектрического материала располагается винт для фиксации положения всех дисковых зарядов взрывчатого вещества относительно кольцевых разветвителей.

Дополнительно допускается то, что на наружной поверхности диэлектрических проходных втулок и стакана-заглушки над местами расположения дисковых зарядов взрывчатого вещества выполнены кольцевые канавки шириной dBB, заполненные взрывчатым веществом, и при этом выполняется условие dBB≥tD; на внутренней поверхности колец из диэлектрического материала выполнены выступ или выступы ступенчатой формы или с конической или трапецеидальной поверхностью; на наружной или внутренней поверхности колец из диэлектрического материала выполнены углубления (прямоугольного или дугообразного профиля), наг всеми разветвителями дополнительно размещен цилиндрический изолятор; в случае, когда осевой размер кольцевого разветвителя L меньше S2, между кольцевыми разветвителями установлены кольцевые вставки из диэлектрического материала; условная плоскость сечения, мысленно расположенная в месте соприкосновения торца электродетонатора с торцом дискового заряда взрывчатого вещества, проходит через центр кольцевого разветвителя, размещение кольцевых разветвителей на общем корпусе из диэлектрического материала фиксируется прижимной крышкой, имеющей резьбовое соединение с фиксирующем винтом, и разрезным металлическим кольцом, установленным внутри корпуса из диэлектрического материала на противоположном конце.

Выполнение устройства инициирования из отдельных коротких блоков, содержащих кольцевые разветвители из диэлектрическою материала и ВВ, создает возможность обеспечить прилегание используемых в них ВВ без зазоров к конструктивным элементам каждого блока из-за доступности к местам монтажа при размещении их на корпусе из диэлектрического материала. Кроме того, создание структуры из чередующих слоев диэлектрического материала и ВВ позволяет создать большее количество дискретных мест одновременного выхода волны детонации на наружную поверхность устройства инициирования по его длине из-за согласования времен выхода к заданной поверхности скорости детонации ВВ и скоростей распространения ударных волн в диэлектрических материалах с подобранными (расчетным и экспериментальным путем) профилями и толщинами.

В зависимости от задаваемых радиальных размеров устройства инициирования и требований на разновременность его срабатывания на внутренней поверхности колец из диэлектрического материала могут быть выполнены выступ или выступы ступенчатой формы или с конической поверхностью для того, чтобы обеспечить эти требования.

Все это позволяет увеличить количество мест одновременного выхода волны детонации у устройства инициирования вдоль его оси и, как результат этого, уменьшить время подрыва всей внутренней поверхности цилиндрического заряда ВВ, куда вставляется данное устройство инициирования, при размещении электродетонаторов с шагом 20 мм более, чем в два раза, а это в свою очередь приводит к уменьшению разновременности выхода детонации на наружную поверхность уже цилиндрического заряда ВВ. Например, если у цилиндрического заряда наружный диаметр будет 65 мм, а внутренний - 32 мм, то произойдет уменьшение времени подрыва всей его наружной поверхности примерно с 0,3 мкс до менее, чем 0,1 мкс.

На наружной поверхности диэлектрических проходных втулок и стакана-заглушки над дисковыми зарядами взрывчатого вещества могут быть выполнены кольцевые шириной dВВ канавки, заполненные взрывчатым веществом и для которых соблюдается условие dВВ≥tD, для того, чтобы обеспечить более надежный и гарантированный подрыв заряда взрывчатого вещества, занимающего свободное пространство между внутренней поверхностью кольца из диэлектрического материала и наружной поверхностью корпуса из диэлектрического материала.

Над всеми кольцевыми разветвителями может быть дополнительно размещен цилиндрический изолятор, намотанный, например, тонкой лавсановой пленкой, чтобы устранить имеющие место конструктивные зазоры между устройством инициирования и цилиндрическим зарядом ВВ, куда оно должно быть соосно установлено.

Условная плоскость сечения, мысленно расположенная в месте соприкосновения торца электродетонатора с торцом дискового заряда взрывчатого вещества должна проходить через центр кольцевого разветвителя для того, чтобы обеспечить подрыв заряда ВВ кольцевого разветвителя ровно по центру для равномерного распространения детонации в противоположных направлениях с целью одновременного выхода волн детонации на наружную поверхность устройства инициирования в равноудаленных местах относительно плоскостей симметрии для каждого кольцевого распределителя.

Для случая, когда осевой размер кольцевого разветвителя L меньше S2, между кольцевыми разветвителями дополнительно установлены кольцевые вставки из диэлектрического материала, чтобы обеспечить выход детонации на наружную поверхность вдоль всего устройства инициирования цилиндрического заряда ВВ с фиксированным шагом.

Размещение кольцевых разветвителей на общем корпусе из диэлектрического материала фиксируется прижимной крышкой, имеющей резьбовое соединение с фиксирующим винтом, и разрезным металлическим кольцом, установленным внутри корпуса из диэлектрического материала на противоположном конце для того, чтобы сохранить требуемое их размещение в процессе установки устройства инициирования в центральное отверстие цилиндрического заряда взрывчатого вещества.

Все эти выше перечисленные признаки позволяют, используя либо вес детали, входящие в устройство инициирования, а в ряде случаев, либо только часть из них, и подбирая конфигурации и материалы для данных деталей, регулировать выход фронта волны детонации на наружную поверхность устройства инициирования, что дает возможность влиять на разновременность подрыва всего цилиндрического заряда ВВ, в котором размещается данное устройство инициирования.

Техническая сущность и принцип действия предложенного способа и устройства поясняются схемами и чертежами.

На фиг. 1 изображено схема устройства для формирования детонационной волны в основном цилиндрическом заряде ВВ. (Здесь для наглядности устройство инициирования показано не разрезанным.)

На фиг. 2 изображено схема устройства для формирования детонационной волны с использованием внутреннего заряда ВВ, состоящего из кольцевых зарядов ВВ, размещенных в проточках диэлектрических дисков.

На фиг. 3 представлено сечение А-А - схема отдельного диэлектрического диска, являющегося составным элементом дискового детонационного распределителя, с канавками заполненными ВВ и расположенного внутри основного цилиндрического заряда ВВ, и сечение В-В - выход на диэлектрических дисках концевых участков канавок, заполненных ВВ, к внутренней поверхности основного цилиндрического заряда ВВ.

На фиг. 4 представлено сечение Б-Б - схема отдельною диэлектрического диска, являющегося составным элементом дискового детонационного распределителя, с канавками и двухсторонними проточками на его периферии, заполненными кольцевыми зарядами ВВ, и расположенного внутри основного составного цилиндрического заряда ВВ, и сечение Г-Г - фрагмент выхода на диэлектрических дисках концевых участков из завершающей группы канавок, заполненных ВВ, к внутренним поверхностям кольцевых зарядов ВВ.

На фиг. 5 представлен фрагмент отдельного диэлектрического диска с канавками и проточками, которые заполнены ВВ (фиг 5а), фрагмент, где канавки и проточки не заполнены ВВ (фиг 5б), и фронтальный вид Д (фиг 5в) фрагмента.

На фиг. 6 представлен вид Е - фрагмент части наружной поверхности основного цилиндрического заряда ВВ в начальный (точки А, Б, В, Г и т.п.) и в конечный (точки М) момент выхода детонационной волны от дискового детонационного распределителя.

На фиг. 7 представлен один из рабочих вариантов использования устройства инициирования, где условная плоскость сечения, мысленно расположенная в месте соприкосновения торца электродетонатора с торцом дискового заряда взрывчатого вещества, проходит через центр кольцевого разветвителя, а в торце корпуса из диэлектрического материала располагается винт для фиксации положения всех дисковых зарядов взрывчатого вещества относительно кольцевых разветвителей, размещение которых фиксируется прижимной крышкой, имеющей резьбовое соединение также с этим винтом, и разрезным кольцом, установленным в кольцевых выемках первой диэлектрической проходной втулке и на корпусе из диэлектрического материала.

На фиг. 8 показан случай, когда размер кольцевого разветвителя L меньше шага размещения средств инициирования S2 и между ними размещается дополнительная кольцевая вставка.

На фиг. 9 показан случай, когда в устройстве инициирования на диэлектрических втулках и на стакане-заглушки нет кольцевых канавок, заполненных ВВ, над дисковыми зарядами ВВ.

На фиг. 10 показан случай, где устройство инициирования имеет снаружи цилиндрический изолятор.

На фиг. 11 показано устройство инициирования, где на внутренних поверхностях колец из диэлектрического материала выполнен выступ прямоугольного сечения.

На фиг. 12 показано устройство инициирования, где сечения колец из диэлектрического материала выполняют трапецеидальным.

На фиг. 13 показано устройство инициирования, где на наружной поверхности колец из диэлектрического материала может быть выполнено углубление прямоугольного профиля.

На фиг. 14 показано устройство инициирования, где на наружной поверхности колец из диэлектрического материала может быть выполнено углубление дугообразного профиля.

На фиг. 15 показано устройство инициирования, где на внутренней поверхности колец из диэлектрического материала может быть выполнено углубление прямоугольного профиля.

Устройства на фигурах 1-15 содержат;

1 - устройство инициирования;

2 - основной цилиндрический заряд взрывчатого вещества;

3 - промежуточный цилиндрический заряд взрывчатого вещества;

4 - диэлектрический диск;

5 - радиальная канавка с разветвлениями, заполненная ВВ;

6 - первая клемма для подключения источника инициирования электродетонаторов (ЭД);

7 - вторая клемма для подключения источника инициирования ЭД;

8 - первый металлический диск;

9 - второй металлический диск;

10 - кольцевая проточка;

11 - внутренний заряд составного основного заряда взрывчатого вещества, выполненный в виде колец, попарно размещенных в кольцевых проточках диэлектрических дисков;

12 - наружный заряд составного основного заряда взрывчатого вещества;

13 - концевые участки ВВ из завершающей группы канавок;

14 - электродетонатор;

15 - дисковый заряд взрывчатого вещества:

16 - металлические перемычки;

17 - диэлектрическая проходная втулка;

18 - диэлектрический стакан-заглушка;

19 - проходная втулка с выемкой на наружной поверхности;

20 - цанговый зажим;

21 - корпус из диэлектрического материала;

22 - кольцо из диэлектрического материала;

23 - заряд взрывчатого вещества;

24 - фиксирующий винт;

25 - прижимная крышка;

26 - разрезное металлическое кольцо;

27 - кольцевая канавка, заполненная ВВ;

28 - условная плоскость сечения, мысленно расположенная в месте соприкосновения торца электродетонатора с торцом дискового заряда взрывчатого вещества, и проходящая через центр кольцевого разветвителя;

29 - дополнительная кольцевая вставка;

30 - дополнительный цилиндрический изолятор;

31 - выступ прямоугольного сечения на внутренней поверхности кольца из диэлектрического материала;

32 - кольца из диэлектрического материала с трапецеидальным профилем сечения;

33 - кольцо из диэлектрического материала с углублением прямоугольного профиля на наружной поверхности;

34 - кольцо из диэлектрического материал с углублением дугообразного профиля на наружной поверхности;

35 - кольцо из диэлектрического материал с углублением прямоугольного профиля на внутренней поверхности;

Устройство формирования фронта детонационной волны (см. фиг. 1 и фиг. 3) содержит устройство инициирования 1, выполненное в виде цепочки средств инициирования, расположенных в центральном сквозном отверстии заряда взрывчатого вещества с разветвлениями, размещенного внутри цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества 2 с радиальной толщиной стенки δ, которая много меньше его внутреннего радиуса r, причем заряд взрывчатого вещества с разветвлениями содержит промежуточный цилиндрический заряд взрывчатого вещества 3, на котором располагается детонационный распределитель, собранный из одинаковых диэлектрических дисков 4 толщиной S, установленных вплотную друг к другу, у каждого диска 4 на одной из торцевых поверхностей имеются, по меньшей мере, две заполненные взрывчатым веществом радиальные канавки с разветвлениями 5 глубиной h<S/2 и шириной d, расположенные равномерно на поверхности и соединяющие промежуточный цилиндрический заряд взрывчатого вещества 3 с основным цилиндрическим зарядом взрывчатого вещества 2, разветвление каждой канавки выполнено путем деления канавки на две симметричные относительно нее вторичные канавки, далее деления вторичных канавок еще на две канавки, и так n раз, где n≥1, до соприкосновения концевых участков с ВВ 13 из завершающей группы канавок на диэлектрическом диске с внутренней поверхностью основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества 2, причем концевые участки с ВВ из завершающей группы канавок 12 расположены по окружности с шагом S1, для которого выполняется условие 2d<S1≤S, клеммы 6 и 7 служат для подключения источника инициирования ЭД, а по торцам детонационного распределителя располагаются первый металлический диск 8 и второй металлический диск 9, являющими торцевыми стенками для заряда взрывчатого вещества с разветвлениями.

Устройство (см. фиг. 2 и фиг. 4) дополнительно содержит кольцевые проточки 10, выполненные на периферии каждого отдельного диэлектрического диска 4, причем глубина кольцевых проточек hП и ширима проточек dП определяются из соотношений h≤hП<S/2 и (h×δ)/(0,5S)≤dП≤(hП×δ)/(0,5S), и они заполнены ВВ, являющего внутренним зарядом ВВ, собранным из кольцевых зарядов 12, для основного составного заряда ВВ, при этом наружная поверхность всех кольцевых зарядов взрывчатого вещества 11 соприкасается с внутренней поверхностью наружного заряда 12 с толщиной стенки δ1, где (δ1+dП)=δ, а концевые участки завершающей группы канавок 13 на диэлектрическом диске 4 соприкасаются с внутренней поверхностью одного из двух кольцевых зарядов взрывчатого вещества 11 на диэлектрическом диске 4 и расположены по окружности с шагом 2d<S1≤S как для случая непосредственного соприкосновения их с внутренней поверхностью основного цилиндрического заряда взрывчатого веществ 2 с толщиной стенки δ.

Все остальные позиции соответствуют фиг. 1 и фиг. 7.

Диэлектрический диск (см. фиг. 3) на одной из своей торцевой поверхности имеет разветвляющие в радиальном направлении канавки до соприкосновения концевых участков с ВВ 13 завершающей группы канавок 5 на диэлектрическом диске 4 с внутренней поверхностью основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества 2 с шагом S1. Все остальные позиции соответствуют фиг. 1.

Диэлектрический диск (см. фиг. 4) на одной из своей торцевой поверхности имеет разветвляющие в радиальном направлении канавки до соприкосновения концевых участков с ВВ 13 завершающей группы канавок 5 на диэлектрическом диске 4 с внутренней поверхностью одного из двух кольцевых зарядов взрывчатого вещества 11 с шагом S1. Все остальные позиции соответствуют фиг. 1.

Фрагмент отдельного диэлектрического диска 4 с ВВ и без ВВ (см. фиг. 5а, б, в) содержит кольцевые проточки 10, выполненные на его периферии, причем глубина кольцевых проточек hП и ширина проточек dП определяются из соотношений h≤hП<S/2 и (h×δН)/(0,5S)≤dП≤(hП×δН)/(0,5S), а радиальные канавки 5 выходят к внутренним поверхностям кольцевых зарядов ВВ 11 с шагом S1. Радиальные канавки 5 ближе к периферии диэлектрического диска 4 разветвляются на две симметричные канавки, которые в свою очередь также разветвляются еще на две канавки, и так продолжается n раз, где n≥1, пока расстояние между двумя близлежащими выходами канавок с ВВ на внутреннюю поверхность кольцевого заряда 11 не будет обеспечивать выход детонационной волны с шагом S1≈S или даже меньше S.

Фрагмент (фиг. 6) части наружной поверхности основного цилиндрического заряда ВВ для случая, где показан выход детонационной волны от детонационного распределителя в начальный (точки А, Б, В, Г и т.п.) и в конечный (точки М) моменты времени, когда подрывается вся его поверхность.

Устройство инициирования (см. фиг.7, а также фиг. 2) выполнено на базе цепочки средств инициирования, каждое из которых содержит электродетонатор 14 и примыкающий к нему дисковый заряд взрывчатого вещества 15 толщиной tD, которые соединены электрически последовательно между собой металлическими перемычками 16 и расположены с заданным шагом S2, причем средства инициирования расположены внутри диэлектрических проходных втулок 17, кроме крайних средств инициирования, которые расположены в диэлектрическом стакане-заглушке 18 и упорной втулке с выемкой 19, все они соединены друг с другом с помощью цанговых зажимов 20 и размещены в общем корпусе из диэлектрического материала 21, снаружи которого над каждым дисковым зарядом взрывчатого вещества 15 размещен кольцевой разветвитель с осевым размером L≤S2, включающий в себя кольцо, имеющее гладкую или профилированную внутреннюю поверхность из диэлектрического материала 22, с осевым размером L1≤L и заряд взрывчатого вещества 23, заполняющий свободное пространство между внутренней поверхностью кольца из диэлектрического материала 22 и наружной поверхностью общего корпуса из диэлектрического материала 21 и кольцевое пространство, определяемое соотношением (L-L1)/4 по обе стороны кольца из диэлектрического материала 22 до наружной поверхности корпуса из диэлектрического материала 21, в котором располагается винт 24 для фиксации положения всех дисковых зарядов взрывчатого вещества 15 относительно кольцевых разветвителей, размещение которых фиксируется прижимной крышкой 25. При этом в корпусе из диэлектрического материала 21 и проходной втулке 19, расположенной перед первой диэлектрической проходной втулкой 17, имеется по кольцевой выемке, в которых располагается разрезное кольцо 26, скрепляющее их между собой, снаружи каждой проходной втулки (17, 19) и диэлектрического стакана 18 имеются кольцевые канавки, заполненные ВВ 27, а условная плоскость сечения 28, расположенная в месте соприкосновения торца электродетонатора 14 с торцом дискового заряда взрывчатого вещества 15, проходит через центр кольцевого разветвителя.

В устройстве инициирования (см. фиг. 8) показан случай, когда размер кольцевого разветвителя L меньше S2, и между кольцевыми разветвителями дополнительно размешены кольцевые вставки 29 из диэлектрического материала.

В устройстве инициирования (см. фиг. 9) показан случай, когда над местами расположения дисковых зарядов ВВ 15 снаружи проходных втулок 17, 19 и на диэлектрическом стакане 18 отсутствуют кольцевые канавки 27, заполненные ВВ.

В устройстве инициирования (см. фиг. 10) показан случай, когда над всеми разветвителями дополнительно размещен цилиндрический изолятор 30.

В устройстве инициирования (см. фиг. 11) показан случай, когда на внутренней поверхности колец из диэлектрического материала 22 могут быть выполнены прямоугольный выступ или выступы ступенчатой формы 31.

В устройстве инициирования (см. фиг. 12) показан случай, когда на внутренней поверхности колец из диэлектрического материала может быть выполнен выступ с конической поверхностью 32.

В устройстве инициирования (см. фиг. 13) показан случай, когда на наружной поверхности колец из диэлектрического материала может быть выполнено углубление прямоугольного профиля 33.

В устройстве инициирования (см. фиг. 14) показан случай, когда на наружной поверхности колец из диэлектрического материала может быть выполнено углубление дугообразного профиля 34.

В устройстве инициирования (см. фиг. 15) показан случай, когда на наружной поверхности колец из диэлектрического материала может быть выполнено углубление прямоугольного профиля 35.

Все остальные непоказанные позиции на фиг. 2 - фиг. 15 приведены на фиг. 1

В качестве примера конкретного выполнения можно привести устройство для формирования многоточечного инициирования цилиндрического заряда (D ~ 8 мм/мкс), применяемого во взрывном размыкателе мультимегаамперных токов, которое содержит дисковый детонационный распределитель, собранный из 78 диэлектрических дисков с пазами под ВВ, каждый из которых имеет толщину 10 мм, наружный диаметр 578 мм и внутренний 65 мм. При этом на периферии каждого диэлектрического диска имеются двухсторонние кольцевые проточки глубиной bП=3 мм и толщиной dП=6 мм, в которых размещены два кольца из пластического ВВ. Вес внутреннего заряда ВВ, собранного из всех колец, - 10,2 кг.

Наружный цилиндрический заряд ВВ (D ~ 8 мм/мкс) составного основного заряда имеет наружный диаметр 594 мм, длину 780 мм и радиальную толщину стенки 8 мм. Его вес 19,3 кг.

Многоканальный дисковый детонационный распределитель (ДР) обеспечивает одновременный выход детонационной волны в 14976 точках сечением 1,4×1,4 мм2, при этом расстояние между местами выхода детонационной волны - 10 мм. Вес ВВ в таком распределителе 3,7 кг.

Вес ВВ в устройстве инициирования и промежуточном цилиндрическом заряде 3,2 кг.

Общая же масса взрывчатого вещества в таком устройстве будет 36,4 кг, без учета наружного заряда такого составного основного цилиндрического заряда - 17,1 кг.

Разновременность выхода волны детонации на наружную поверхность составного основного заряда ΔtH для случая, когда каждый следующий диэлектрический диск детонационного распределителя повернут вдоль оси симметрии таким образом, что происходит азимутальное смещение точек выхода детонационной волны относительно предыдущего диэлектрического диска на 5 мм, была ≤0,17 мкс.

Если использовать для подрыва наружного заряда ВВ (внутренний диаметр данного заряда равен 578 мм), являющего частью составного основного цилиндрического заряда ВВ устройство для формирования взрывной волны, описанное в прототипе, где толщина дисков из ВВ 10 мм, а расстояние между ними 12 мм, то ΔtH ~ 0,25 мкс.

При этом массы ВВ, необходимые для его подрыва будут разные. Так масса отдельного диска из ВВ будет ~4,2 кг. Всего таких дисков потребуется 35 штук. Следовательно, общая масса их будет 147 кг. С учетом радиальных, продольных перемычек, а также прутков, масса ВВ, необходимого для подрыва цилиндрического заряда ВВ, будет ≈150 кг, что потребует увеличение ВВ по сравнению с предлагаемым устройством в 150/17,1 ≈8,8 раза.

Использование устройство из прототипа создаст значительные производственные и экологические трудности и существенно снизит безопасность персонала при монтаже такого массивного взрывоопасного устройства, приведет к многократному удорожанию эксперимента, а в ряде случаев даже может привести к невозможности проведения таких работ.

Работает устройство следующим образом. От подрывного импульса, прикладываемого к клеммам 6 и 7, связанным с электродетонаторами 14, соединенными последовательно с помощью металлических перемычек 16, происходит инициирование в центре всех дисковых зарядов ВВ 15, каждый из которых расположен внутри диэлектрической проходной втулки 17, кроме крайних электродетонаторов, которые располагаются в диэлектрическом стакане-заглушке 18 и проходной втулке с проточкой 19, и у которых в местах нахождения дисковых зарядов ВВ 15 снаружи проходных втулок и на диэлектрическом стакане имеются кольцевые канавки, заполненные пластическим ВВ 27. Подрыв ВВ в канавках обеспечивает передачу детонации через корпус из диэлектрического материала 21 к заряду из ВВ 23. Кольцом из диэлектрического материала 22 и его профилем обеспечивают частичное выравнивание фронта ударной волны, выходящего на внутреннюю поверхность промежуточного цилиндрического заряда 3 взрывчатою вещества. При этом дальнейшее выравнивание фронта происходит уже в результате подрыва самого промежуточного заряда 3.

Тем самым в детонационном распределителе, собранном из одинаковых диэлектрических дисков 4 толщиной S, обеспечиваются условия подрыва всех ВВ 5, располагаемых в радиальных канавках диэлектрических дисков 4, с незначительной разновременностью. За счет разветвления неоднократно (n раз, где n≥1) каждой канавки ближе к периферии диэлектрического диска на две симметричные канавки происходит многоточечный выход детонационной волны 13 на внутреннюю поверхность колец из ВВ 11 в проточках 10, а уж от них - к наружному заряду ВВ составного основного заряда. Разветвления осуществляются таким образом, чтобы обеспечить выход детонационной волны на наружную поверхность составного основного заряда ВВ в двух ближних точках, расположенных на расстояние S1≤S, где расстояние между дисками S обычно выбирается не более 10 мм. В результате этого удается обеспечить подрыв составного основного заряда с незначительной разновременностью. Если же надо дополнительно уменьшить разновременность выхода детонации, то это обеспечивается смещением по азимуту точек выхода детонации на составном основном цилиндрическом заряде в результате поворота на заданный угол каждого следующего диэлектрического диска с канавками, заполненными ВВ, по отношению к предыдущему. Это подтверждается как расчетными, так и экспериментальными исследованиями.

Таким образом предлагаемое изобретение позволяет уменьшить массу ВВ, используемую для формирования взрывной волны, влиять на разновременность выхода волны на наружную поверхность основного заряда, использовать устройство инициирования, выполненное в виде последовательно электрически соединенной цепочки из компактных промышленных торцевых электродетонаторов для формирования детонационных волн, распространяемых радиально и одновременно с фиксированным шагом вдоль оси протяженного цилиндрического заряда ВВ.

1. Способ формирования фронта детонационной волны, включающий подрыв устройства инициирования, распространение детонации от него по заряду взрывчатого вещества с разветвлениями, формирование фронта детонационной волны на поверхности цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества, отличающийся тем, что устройство инициирования выполняют на базе цепочки из средств инициирования, размещенных по оси цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества с заданным шагом S2, от устройства инициирования осуществляют одновременное вдоль указанной оси многоточечное инициирование заряда взрывчатого вещества с разветвлениями, обеспечивают распространение в радиальном направлении детонации по путям разветвлений к внутренней поверхности цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества, при этом места выхода волн детонации на его внутреннюю поверхность формируют группами, разнесенными вдоль оси цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества с шагом S, при этом в каждой группе места выхода волн детонации распределяют по окружности с заданным шагом S1, который устанавливают равным или меньше S, а сам выбор шага S осуществляют исходя из условия S≤S2/2.

2. Способ формирования фронта детонационной волны по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно обеспечивают последовательное смещение по окружности мест выхода волн детонации на внутреннюю поверхность цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества последующей группы относительно предыдущей на фиксированное расстояние S3, определяемое соотношением 0≤S3≤S1/2.

3. Устройство для формирования фронта детонационной волны, содержащее устройство инициирования, цилиндрический основной заряд взрывчатого вещества, заряд взрывчатого вещества с разветвлениями, расположенный внутри цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества с радиальной толщиной стенки δ соосно с ним, отличающееся тем, что толщина стенки δ много меньше внутреннего радиуса основного заряда взрывчатого вещества r, устройство инициирования расположено в центральном сквозном отверстии заряда взрывчатого вещества с разветвлениями, причем заряд взрывчатого вещества с разветвлениями содержит промежуточный цилиндрический заряд взрывчатого вещества, на котором располагается дисковый детонационный распределитель, собранный из одинаковых диэлектрических дисков толщиной S, установленных вплотную друг к другу, у каждого диска на одной из торцевых поверхностей имеются по меньшей мере две заполненные взрывчатым веществом радиальные канавки с разветвлениями глубиной h<S/2 и шириной d, расположенные равномерно на поверхности и соединяющие промежуточный цилиндрический заряд взрывчатого вещества с цилиндрическим основным зарядом взрывчатого вещества, разветвление каждой канавки выполнено путем деления канавки на две симметричные относительно нее вторичные канавки, далее деления вторичных канавок еще на две канавки, и так n раз, где n≥1, до соприкосновения концевых участков взрывчатого вещества в завершающей группе канавок на диэлектрическом диске с внутренней поверхностью цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества, причем концевые участки взрывчатого вещества всех завершающих групп канавок расположены по окружности с шагом S1, для которого выполняется условие 2d<S1≤S.

4. Устройство для формирования фронта детонационной волны, содержащее устройство инициирования, цилиндрический основной заряд взрывчатого вещества, заряд взрывчатого вещества с разветвлениями, расположенный внутри цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества с радиальной толщиной стенки δ соосно с ним, отличающееся тем, что цилиндрический основной заряд взрывчатого вещества выполнен составным из наружного заряда взрывчатого вещества с толщиной стенки δ1 и внутреннего заряда взрывчатого вещества, устройство инициирования расположено в центральном сквозном отверстии заряда взрывчатого вещества с разветвлениями, причем заряд взрывчатого вещества с разветвлениями содержит промежуточный цилиндрический заряд взрывчатого вещества, на котором располагается дисковый детонационный распределитель, собранный из одинаковых диэлектрических дисков толщиной S, установленных вплотную друг к другу, внутренний заряд цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества выполнен в виде колец, попарно размещенных в кольцевых проточках глубиной hП и шириной dП с полным их заполнением, причем проточки выполнены на периферии каждого отдельного диэлектрического диска, у каждого диска на одной из торцевых поверхностей имеются по меньшей мере две заполненные взрывчатым веществом радиальные канавки с разветвлениями глубиной h<S/2 и шириной d, расположенные равномерно на поверхности и соединяющие промежуточный цилиндрический заряд взрывчатого вещества с внутренним зарядом взрывчатого вещества, разветвление каждой канавки выполнено путем деления канавки на две симметричные относительно нее вторичные канавки, далее деления вторичных канавок еще на две канавки и так n раз, где n≥1, до соприкосновения концевых участков взрывчатого вещества в завершающей группе канавок на диэлектрическом диске с внутренней поверхностью одного из двух колец внутреннего заряда взрывчатого вещества, при этом наружная поверхность всех колец внутреннего заряда взрывчатого вещества соприкасается с внутренней поверхностью наружного заряда взрывчатого вещества, глубина кольцевых проточек hП и ширина проточек dП определяются из соотношений h≤hП<S/2 и (h×δ)/(0,5S)≤dП≤(hП×δ)/(0,5S), концевые участки взрывчатого вещества всех завершающих групп канавок расположены по окружности с шагом S1, для которого выполняется условие 2d<S1≤S, а толщина стенки основного цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества δ=(δ1+dП) много меньше его внутреннего радиуса r.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что взрывчатое вещество, используемое как в цилиндрическом основном заряде взрывчатого вещества, так и во внутреннем заряде взрывчатого вещества, размещенном в кольцевых проточках, одинаково.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что взрывчатое вещество, используемое как в цилиндрическом основном заряде взрывчатого вещества, так и во внутреннем заряде взрывчатого вещества, размешенном в кольцевых проточках, различно.

7. Устройство инициирования, содержащее цепочку средств инициирования, каждое из которых включает электродетонатор и примыкающий к нему дисковый заряд взрывчатого вещества толщиной tD, которые соединены электрически последовательно между собой, расположены с заданным шагом S2, при этом устройство инициирования размещается в центральном отверстии цилиндрического заряда взрывчатого вещества вдоль его оси, отличающееся тем, что средства инициирования расположены внутри диэлектрических проходных втулок, кроме последнего средства инициирования, которое расположено в диэлектрическом стакане-заглушке, все они соединены друг с другом с помощью цанговых зажимов и размещены в общем корпусе из диэлектрического материала, снаружи которого над каждым дисковым зарядом взрывчатого вещества размещен кольцевой разветвитель с осевым размером L≤S2, включающий в себя кольцо из диэлектрического материала, имеющее гладкую или профилированную внутреннюю поверхность, с осевым размером L1≤L и заряд взрывчатого вещества, заполняющий свободное пространство между внутренней поверхностью кольца из диэлектрического материала и наружной поверхностью общего корпуса из диэлектрического материала и кольцевое пространство, определяемое соотношением (L-L1)/4 по обе стороны кольца из диэлектрического материала до наружной поверхности корпуса из диэлектрического материала, при этом в торце корпуса из диэлектрического материала располагается винт для фиксации положения всех дисковых зарядов взрывчатого вещества относительно кольцевых разветвителей.

8. Устройство инициирования по п. 7, отличающееся тем, что на внутренней поверхности колец из диэлектрического материала выполнены выступ или выступы со ступенчатой или с конической поверхностью.

9. Устройство инициирования по п. 7, отличающееся тем, что на наружной поверхности диэлектрических проходных втулок и стакана-заглушки над дисковыми зарядами взрывчатого вещества выполнены кольцевые канавки шириной dВВ, заполненные взрывчатым веществом, и при этом выполняется условие dВВ≥tD.

10. Устройство инициирования по п. 7, отличающееся тем, что над всеми кольцевыми разветвителями дополнительно размещен цилиндрический изолятор.

11. Устройство инициирования по п. 7, отличающееся тем, что в случае, когда осевой размер кольцевого разветвителя L меньше S2, между всеми кольцевыми разветвителями дополнительно установлены кольцевые вставки из диэлектрического материала.

12. Устройство инициирования по п. 7, отличающееся тем, что условная плоскость сечения, мысленно расположенная в месте соприкосновения торца электродетонатора с торцом дискового заряда взрывчатого вещества, проходит через центр кольца разветвителя.

13. Устройство инициирования по п. 7, отличающееся тем, что на наружной поверхности колец разветвителей выполнены углубления прямоугольного профиля.

14. Устройство инициирования по п. 7, отличающееся тем, что на наружной поверхности колец кольцевых разветвителей выполнены углубления дугообразного профиля.

15. Устройство инициирования по п. 7, отличающееся тем, что на внутренней поверхности колец разветвителей выполнены углубления прямоугольного профиля.

16. Устройство инициирования по п. 7, отличающееся тем, что размещение кольцевых разветвителей фиксируется прижимной крышкой, имеющей резьбовое соединение с винтом, и разрезным кольцом, установленным внутри корпуса на противоположном его конце.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к взрывным работам и может быть использовано в линиях инициирования и передачи сигнала детонации. Устройство содержит цилиндрическую втулку с закрытым концом с возможностью размещения и фиксации детонатора, зажимные элементы для линий передачи инициирующих сигналов, окружающие рабочий конец детонатора.

Изобретение относится к взрывным работам и может быть использовано в линиях инициирования и передачи сигнала детонации. Устройство содержит цилиндрическую втулку с закрытым концом с возможностью размещения и фиксации детонатора, зажимные элементы для линий передачи инициирующих сигналов, окружающие рабочий конец детонатора.

Изобретение относится к взрывным работам и может быть использовано в линиях инициирования и передачи сигнала детонации. Соединительный блок содержит цилиндрическую втулку с закрытым концом с возможностью размещения и фиксации детонатора, зажимные элементы для линий передачи инициирующих сигналов, окружающие рабочий конец детонатора.

Изобретение относится к взрывным работам и может быть использовано в линиях инициирования и передачи сигнала детонации. Соединительный блок содержит цилиндрическую втулку с закрытым концом с возможностью размещения и фиксации детонатора, зажимные элементы для линий передачи инициирующих сигналов, окружающие рабочий конец детонатора.

Изобретение относится к взрывным работам и может быть использовано в линиях инициирования и передачи сигнала детонации. Устройство содержит цилиндрическую втулку с закрытым концом с возможностью размещения и фиксации детонатора, зажимные элементы для линий передачи инициирующих сигналов, окружающие рабочий конец детонатора.

Изобретение относится к способам сборки электровзрывных устройств. Способ включает установку в корпус предварительно смонтированных и снаряженных детонирующего узла с основным зарядом взрывчатого вещества (ВВ), в котором происходит преобразование горения в детонацию, и инициатора, монтаж и снаряжение последнего заключается в опрессовке электроизоляционным материалом центрального и кольцевого электрода, к которым припаивают мостик накаливания и устанавливают в гильзу путем запрессовки по прессовой посадке.

Изобретение относится к устройствам, инициирующим и передающим детонацию. Инициирующее устройство содержит детонатор с зарядом взрывчатого вещества и смещен от его оси элементом инициирования и детонационный канал между детонатором и объектом подрыва.

Изобретение относится к области взрывных работ. Инициирующее устройство содержит гильзу с замедляющим зарядом, выполненным из трех частей, при этом одна из крайних частей выполнена в виде колпачка, снаряженного бризантным взрывчатым составом, скорость горения которого превышает скорость горения состава промежуточной части, выполненной с участками разного сечения, с размещением участка большего сечения со стороны колпачка.

Изобретение относится к устройствам коммутации с разветвлением и инициированием ударно-волновых трубок (УВТ). Разветвитель детонации состоит из корпуса с n-м количеством УВТ и фиксирующим элементом для УВТ.

Изобретение относится к устройствам, передающим детонацию. В каждом из вариантов исполнения детонационный диод-разветвитель состоит из системы детонационных каналов с входом и, по крайней мере, с одним выходом.
Изобретение относится к области взрывных работ, в частности к устройствам формирования детонационной волны в зарядах взрывчатых веществ (ВВ) с внутренним инициированием, и может быть использовано, например, в прострелочно-взрывной аппаратуре, в боевых частях, в конструкции зарядов двухстороннего действия и т.д. Устройство включает инициирующий заряд взрывчатого вещества, размещенный внутри подрываемого заряда, и источник инициирования, детонационно-соединенный с инициирующим зарядом, последний выполнен в виде размещенной в инертной матрице разводки, состоящей из идущих вдоль поверхности матрицы детонационных каналов и перпендикулярных им концевых участков. Матрица выполнена из двух слоев, с размещением детонационных каналов разводки только в одном слое матрицы, а концевых участков - в обоих слоях. Толщина слоя с детонационными каналами больше толщины другого слоя на толщину этих детонационных каналов. Концевые участки разных слоев попарно соединены, соосны и примыкают к поверхности подрываемого заряда. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности устройства при уменьшении количества используемого ВВ путем выравнивания формируемого детонационного фронта. 1 ил.
Устройство формирования детонационной волны в заряде взрывчатого вещества (ВВ) относится к области взрывных работ. Устройство включает инертную матрицу с детонационной разводкой, выполненной в виде сети детонационных каналов с общим входным участком, соединенным с источником инициирования, с участками, расположенными вдоль поверхности матрицы, и концевыми участками, расположенными под углом к поверхности и контактирующими непосредственно с подрываемым зарядом или с дополнительным слоем, размещенным между подрываемым зарядом и матрицей. На поверхность матрицы установлена разнотолщинная накладка, с уменьшением толщины от центра к периферии, с глухим торцовым отверстием под размещение общего входного участка и проточками, заполненными ВВ, соединяющими общий входной участок с участками детонационной разводки, расположенными вдоль поверхности матрицы. В случае наличия дополнительного слоя ВВ, на поверхности матрицы, обращенной к подрываемому заряду, выполнена выборка для его размещения. Изобретение позволяет обеспечить синхронность возникновения детонационного фронта в подрываемом заряде ВВ. 4 ил.

Изобретение относится к области физики взрыва для получения и формирования фронта детонационной волны в результате многоточечного инициирования крупногабаритных цилиндрических зарядов взрывчатого вещества и может быть использовано в различных устройствах технической физики. Группа изобретений включает способ и устройства формирования фронта детонационной волны и устройство инициирования. Способ включает подрыв устройства инициирования, распространение детонации от него по заряду взрывчатого вещества с разветвлениями, формирование фронта детонационной волны на поверхности основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества. Устройство инициирования выполняют на базе цепочки из средств инициирования, размещенных по оси основного цилиндрического заряда взрывчатого вещества с заданным шагом S2. Отустройства инициирования осуществляют одновременное вдоль указанной оси многоточечное с заданным шагом инициирование заряда взрывчатого вещества с разветвлениями, обеспечивают распространение в радиальном направлении детонации по путям разветвлений к внутренней поверхности цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества, при этом места выхода волн детонации на его внутреннюю поверхность формируют группами, разнесенными вдоль оси цилиндрического основного заряда взрывчатого вещества с шагом S, при этом в каждой группе места выхода волн детонации распределяют по окружности с заданным шагом S1, который устанавливают равным или меньше S, а сам выбор шага S осуществляют исходя из условия S≤S22. Технический результат: расширение эксплуатационных возможностей устройства и способа; уменьшение и возможность регулирования разновременности выхода волн детонации в радиальном направлении к цилиндрическому заряду ВВ благодаря конструктивным особенностям устройства инициирования. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 15 ил.

Наверх