Детонирующее устройство ударного действия на основе бризантного взрывчатого вещества

Изобретение относится к области взрывных работ, в частности к детонирующим устройствам (ДУ) ударного действия, в конструкции которых для повышения их безопасности в производстве и при эксплуатации, а также увеличения стойкости к различного рода внешним воздействиям не содержится инициирующих взрывчатых веществ (ИВВ). Эти ДУ снаряжены только обладающими гораздо меньшей по сравнению с ИВВ чувствительностью к внешним воздействиям бризантными взрывчатыми веществами (БВВ). Устройство включает расположенные в корпусе на одной оси боек, выступающий относительно торцовой поверхности корпуса, капсюль-детонатор, отделенный от передаточного заряда инертной металлической преградой, не разрушаемой в процессе ударного нагружения, и детонатор. При этом между бойком и капсюлем-детонатором размешена прокладка из алюминиевой фольги. Боек выполнен диаметром, величина которого не превышает критический диаметр детонации используемого бризантного взрывчатого вещества. Толщина инертной металлической преграды выбрана меньше диаметра передаточного заряда в 2,5-5,0 раз, пористость передаточного заряда составляет 0,27-0,33, а диаметр корпуса в зоне размещения капсюля-детонатора превышает диаметр бойка не менее чем в 2,2 раза. Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение уровня энергии удара, необходимой для приведения в действие ДУ при компактности конструкции. 1 ил.

 

Изобретение относится к области взрывных работ, в частности, к детонирующим устройствам (ДУ) ударного действия, в конструкции которых для повышения их безопасности в производстве и при эксплуатации, а также увеличения стойкости к различного рола внешним воздействиям не содержится инициирующих взрывчатых веществ (ИВВ). Эти ДУ снаряжены только обладающими гораздо меньшей по сравнению с ИВВ чувствительностью к внешним воздействиям бризантными взрывчатыми веществами (БВВ).

Подобные ДУ применяются во взрывателях различного назначения, в том числе с пружинным ударно-предохранительным механизмом (УПМ), и во взрывных головках кумулятивных перфораторов, спускаемых в нефтегазовые скважины на насосно-компрессорных трубах. Усовершенствование ДУ, основанных на БВВ, идет по пути снижения требуемой для приведения их в действие энергии удара (кинетическая энергия ударника), уменьшения содержащегося в них БВВ и улучшения за счет этого габаритно-массовых показателей.

Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является создание компактной конструкции ДУ с минимально возможным уровнем необходимой для приведения его в действие энергии механического удара.

Известно ДУ на основе БВВ, конструкция которого представляет собой корпус, в котором последовательно на одной оси расположены боек, деформируемый элемент из инертного материала в форме диска, капсюль-детонатор (КД), передаточный заряд (ПЗ) и детонатор. КД и ПЗ разделены осевым каналом, диаметр которого меньше диаметра бойка (патент на изобретение RU 2083948, МПК: F42C 19/10. опубл. Бюл. 19.1997 г.). Возбуждение взрыва БВВ в ДУ осуществляется механическим ударом при деформировании КД методом выдавливания в осевой канал малого диаметра. Механическим ударом обеспечивается достижение в КД критического давления, при котором деформация БВВ в отверстие бойка приводит к образованию в этой зоне эффективных очагов разогрева, вызывающих взрыв. Исключение возможности выдавливания при ударе в кольцевой зазор между бойком и корпусом обеспечивается за счет уплотнения этого зазора затекающим в него материалом диска. Взрывной процесс в условиях замкнутого объема развивается в КД до детонации, которая затем предается к ПЗ и далее к детонатору.

Однако, при взрыве КД такое уплотнение не способно воспрепятствовать выбросу через кольцевой зазор газообразных продуктов, вследствие чего снижается интенсивность огневого инициирующего импульса, воспламеняющего ПЗ через канал малого диаметра.

Этот недостаток отсутствует в другой известной конструкции ДУ (патент на изобретение RU 2103661, МПК: F42C 700, опубл. Бюл. 3, 1998 г.), выбранного в качестве прототипа. ДУ также состоит из последовательно расположенных в корпусе бойка, КД, ПЗ и детонатора. КД в данном ДУ выполнен в виде металлического колпачка, заполненного БВВ. Боек выступает относительно торцовой поверхности корпуса, а КД, отделен от ПЗ инертной металлической преградой, не разрушаемой в процессе ударного нагружения, что устраняет требование к необходимости выполнения ПЗ диаметром не меньшим критического диаметра детонации БВВ (d_кр) для надежной передачи детонационного импульса от КД к ПЗ. Это позволяет значительно уменьшить диаметр бойка и. благодаря этому, снизить до минимального уровня необходимую для возбуждения взрыва КД энергию удара.

Но такая конструкция капсюля, обеспечивая эффективное уплотнение кольцевого зазора между корпусом и бойком, требует увеличения энергии удара, необходимой для возбуждения взрыва капсюля, так как часть энергии тратится на деформирование стенки колпачка. А малая чувствительность капсюля к инициирующему механическому импульсу приводит к необходимости повышения энергии удара за счет увеличения габаритов и массы ударно-предохранительного механизма, служащего для приведения в действие ДУ.

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение уровня энергии удара, необходимой для приведения в действие ДУ при компактности конструкции.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в детонирующем устройстве ударного действия на основе бризантного взрывчатого вещества, включающем расположенные в корпусе на одной оси боек, выступающий относительно торцовой поверхности корпуса, капсюль-детонатор, отделенный от передаточного заряда инертной металлической преградой, не разрушаемой в процессе ударного погружения, и детонатор, новым является то, что между бойком и капсюлем-детонатором размещена прокладка из пластичного металла, боек выполнен диаметром, величина которого не превышает критический диаметр детонации используемого бризантного взрывчатого вещества, толщина инертной металлической преграды выбрана меньше диаметра передаточного заряда в 2,5-5 раз, пористость передаточного заряда составляет 0,27-0,33, а диаметр корпуса в зоне размещения капсюля-детонатора превышает диаметр бойка не менее чем в 2,2 раза.

Следует отметить, что при малых значениях диаметра бойка (<4 мм) механическим ударом в КД на основе БВВ может инициироваться только низкоскоростной режим (НСР) взрывного превращения. Этот режим, имея в отличие от горения волновой характер, способен, как и нормальная детонация, передаваться через инертную металлическую преграду, но при ее гораздо меньшей, чем в случае детонации, толщине. До нормальной детонации НСР развивается в ПЗ на некотором расстоянии от преграды (преддетонационный участок - L_ПP). При достаточно прочной оболочке величина L_ПP зависит от пористости ПЗ, его диаметра и интенсивности НСР, передавшегося от КД через инертную металлическую преграду. Что касается интенсивности НСР в самом КД, то она определяется в основном массой инициируемого механическим ударом заряда БВВ под бойком и прочностью корпуса ДУ в зоне расположения КД. С учетом всех этих взаимосвязей конструктивные параметры ДУ должны быть выбраны такими, чтобы при его срабатывании величина L_ПP была минимально возможной. Очевидно, что только при этом условии будут также минимальными масса БВВ, содержащегося в ДУ, и высота самого ДУ. Все указанные соотношения выбраны расчетно-экспериментальным путем.

На фиг. изображена схема заявляемого датчика, где: 1 - боек; 2 - КД; 3 - прокладка; 4 - корпус; 5 - ПЗ: 6 –детонатор.

Примером конкретного выполнения заявляемого устройства, может служить ДУ на основе ТЭНа (имеет, согласно таблице 9.9 в книге «Физика взрыва» / Под ред. Л.П. Орленко. - Изд. 3-е, переработанное. - В 2 т. Т. 1. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - ISBN 5-9221-0219-2, при размере частиц 0,15-0,25 мм и плотности 1,0 г/см³ d_KР=2,2 мм). Кроме этого для снаряжения данного ДУ могут быть использованы такие БВВ, как бензтрифуроксан (БТФ), бис-тринитроэтилэтилендинитрамин (вещество «Н») и др., которые по сравнению с прочими БВВ обладают наименьшим критическим диаметром детонации, наибольшей чувствительностью к механическим воздействиям и высокой склонностью к переходу горения в детонацию. ДУ состоит из корпуса 4, в котором на одной оси последовательно расположены боек высотой 6 и диаметром 2 мм, разделенные преградой КД и ПЗ, а также детонатор. В бойке со стороны КД выполнено глухое осевое отверстие диаметром 0,5 и глубиной 3 мм. КД представляет собой высокоплотную навеску тэна толщиной ≈2 мм. Наружный диаметр корпуса в зоне расположения КД превышает 4,4 мм. Между бойком и КД размещена, как и в ДУ по патенту RU 2083948 С1, 10.07.1997, тонкая круглая прокладка из пластичного металла (алюминиевая фольга толщиной 0,1 мм). Боек выступает относительно торцовой поверхности корпуса на 1 мм. Преграда между КД и ПЗ, имеющая диаметр 1,5 мм, выполнена толщиной 0,5 мм за одно целое с корпусом. Высота ПЗ, запрессованного до плотности 1,2-1,3 г/см³ превышает L_ПР и составляет ≈13 мм. В качестве детонатора используется высокоплотный заряд ТЭНа, запрессованный в тонкостенный металлический колпачок с наружным диаметром 3,6 мм и высотой 3 мм. Крепление бойка и детонатора, а также уплотнение между ними и корпусом кольцевых зазоров осуществляется или эпоксидным клеем, или герметиком. Корпус ДУ и боек изготовлены из закаленной стали. Возможным является также использование титанового сплава.

Срабатывает данное ДУ следующим образом. При нанесении осевого удара по бойку 1 ударником, обладающим достаточной кинетической энергией, КД 2 в ДУ вначале сжимается, а прокладка 3, пластически деформируясь, закрывает кольцевой зазор между корпусом 4 и бойком 1, затем при достижении в КД 2 давления прочностного разрушения, которое превышает критическое значение (например, для ТЭНа, согласно данным, приведенным в книге Г.Т. Афанасьева и В.К. Боболева «Инициирование твердых взрывчатых веществ ударом». М.: Наука, 1968, критическое давление составляет 0,48 ГПа), БВВ выбрасывается в глухое отверстие бойка 1, вследствие чего в зоне этого отверстия образуются эффективные очаги разогрева, приводящие к воспламенению и в конечном итоге - взрывному превращению вещества в форме НСР. Далее НСР передается через преграду к ПЗ 5, где в условиях замкнутого объема переходит па некотором расстоянии в нормальную детонацию, затем детонационный импульс усиливается до необходимого уровня в детонаторе 6. Преграда в результате действия на нее продуктов взрыва БВВ в ПЗ и детонаторе разрушается.

Как показали проведенные исследования, вышеуказанные параметры конструкции ДУ обеспечивают при минимальной величине энергии удара, как возбуждение взрыва в КД с развитием его до НСР, так и получение в ПЗ минимально возможного значения L_ПР, составляющего (7,6±0,5) мм. При этом ДУ, обладающее достаточно высокой вероятностью безотказного срабатывания, может быть выполнено высотой не более 25 мм с массой содержащегося в нем ТЭНа ≈0,1 г. Экспериментально было установлено, что данное ДУ обладает следующими основными характеристиками:

- энергия удара, необходимая для надежного приведения в действие ДУ, при нормальных климатических условиях составляет не менее 1,5 Дж, а при температуре среды, пониженной до минус 60⁰С, - ≥ 2,2 Дж;

- ДУ с требуемой надежностью способно инициировать пластический состав на основе тэна типа ПТ-83;

- время срабатывания ДУ (промежуток времени между моментами касания ударником бойка и выхода детонации на торец ДУ) при скорости удара около 20 м/с, как и у школьных КД с ИВВ, равно ≈70 мкс. С увеличением скорости удара это время уменьшается;

- ДУ сохраняет свою работоспособность в условиях действия на него инерционных перегрузок около 100000 g:

- в условиях пожара ДУ не срабатывает;

- при наружном диаметре ДУ ≈12 мм, оно при срабатывании не разрушается.

Данное ДУ может применяться как в качестве головного взрывателя в обычных боеприпасах, так и в составе взрывателей с пружинным УПМ. Причем в последнем случае УПМ может приводиться в действие от руки и использоваться многократно.

Неразрушаемость ДУ при срабатывании позволяет использовать его во взрывных системах, функционирующих в замкнутом пространстве в присутствии оператора (естественно, что при этом взрывная цепь, инициируемая взрывателем, и исполнительные механизмы также должны быть выполнены неразрушаемыми). А для того, чтобы исключить выброс газообразных продуктов взрыва в окружающую среду через сквозной канал, образующийся в результате разрушения преграды и выталкивания бойка в полость УПМ взрывателя, на ДУ устанавливается крышка, в верхней части которой расположен дополнительный ступенчатый боек с кольцом из пластичного металла. В процессе срабатывания ДУ ступенчатый боек давлением газообразных продуктов взрыва (ПВ) сдвигается в сторону ударника и деформирует кольцо из пластичного металла. В результате этого кольцевой зазор между вышеуказанным бойком и крышкой герметизируется и прорыва ПВ в полость УПМ и в окружающую среду при срабатывании взрывателя уже не происходит.

Детонирующее устройство ударного действия на основе бризантного взрывчатого вещества, включающее расположенные в корпусе на одной оси боек, выступающий относительно торцовой поверхности корпуса, капсюль-детонатор, отделенный от передаточного заряда инертной металлической преградой, не разрушаемой в процессе ударного нагружения, и детонатор, отличающееся тем, что между бойком и капсюлем-детонатором размещена прокладка из алюминиевой фольги, боек выполнен диаметром, величина которого не превышает критический диаметр детонации используемого бризантного взрывчатого вещества, толщина инертной металлический преграды выбрана меньше диаметра передаточного заряда в 2,5-5,0 раз, пористость передаточного заряда составляет 0,27-0,33, а диаметр корпуса в зоне размещения капсюля-детонатора превышает диаметр бойка не менее чем в 2,2 раза.