Капсюль-детонатор инициирования взрывчатого вещества
Полезная модель относится к разработке безопасных средств взрывания с использованием капсюля-детонатора инициирования взрывчатого вещества с корпусом, выполненном из композитно-полимерного материала, и оптоволокном при проведении работ в горнодобывающей, нефтегазовой промышленностях, машиностроении и строительстве. Он состоит из корпуса переменной толщины стенки с- размещенными в нем контактирующими друг с другом навесками воспламенительного элемента и заряда бризантного взрывчатого вещества, с использованием коннекторного амортизатора и байонетного крепления. В корпус капсюля-детонатора введен загерметизированный воспламенительный элемент в виде сердцевины. Ее торец состыкован с торцом навески воспламенительного элемента. А заряд бризантного взрывчатого вещества находится в загерметизированном корпусе, плотно введенной в торцевую часть металлической или выполненной из композитно-полимерного материала чашечкой. Композитно-полимерный корпус является унифицированным для капсюля-детонатора с лазерным (оптическое волокно фирмы «Gorning Inc»), неэлектрическом (ударно-волновая трубка-УВТ системы «СИНВ», «ЭДИЛИН» и др.) и электрическим (стандартным электровоспламенителем) воспламенительными элементами.
Полезная модель к разработке безопасных средств взрывания с использованием капсюля-детонатора инициирования взрывчатого вещества с корпусом, выполненным из композитно-полимерного материала, и оптоволокном при проведении работ в горнодобывающей, нефтегазовой промышленностях, машиностроении и строительстве. Наиболее эффективным способом повышения безопасности производства и применения капсюля-детонатора является замена в нем инициирующего взрывчатого вещества на заряд из бризантного взрывчатого вещества. Конструктивно инициирующий заряд из бризантного вещества должен располагаться между воспламенительным элементом и обеспечивать надежную работу в цепочке «воспламенение-горение-детонация».
Известен капсюль-детонатор без инициирующего взрывчатого вещества [1], содержащий полый корпус с закрытым дном, в котором последовательно размещены воспламенительный элемент, перегородка, промежуточная оболочка, содержащая инициирующий заряд из бризантного взрывчатого вещества. Перегородка выполняется в виде соседствующей с основным составом бризантного взрывчатого вещества. Последний состоит из двух частей: промежуточной, плотность которой меньше плотности инициирующего заряда бризантного взрывчатого вещества, и основой высоко плотности.
Недостатками данной конструкции являются сложность изготовления капсюля-детонатора, обусловленная необходимостью приготовления высокодисперсного бризантного взрывчатого вещества с величиной удельной поверхности f=5000
7000 см/г для инициирующего заряда, изготовления и установки перегородки сложной формы из бризантного взрывчатого вещества, обеспечения в жестких пределах разноплотностей частей зарядов; ненадежность конечного результата инициирования при переходе горения в детонацию из-за низкой прочности стенок корпуса, составленного из набора тонкостенных металлических элементов, с суммарной толщиной наборной стенки близкой по величине S<1 мм.
Известно [2], что для перехода горения в детонацию в заряде бризантного взрывчатого вещества необходима некоторая минимальная прочность стенок металлического корпуса капсюля-детонатора. Корпус должен выдерживать до разрушения давления (Р) на уровне критического при ударно-волновом инициировании детонации (Ркр) т.е. Р>Ркр. Например, для пентаэритриттетранитрата (ТЭНа), имеющего из штатных бризантных взрывчатых веществ наименьшую длину преддетонационного учасика Lкр=1015 мм при давлении Р<Ркр. в зарядах диаметром 5,мм переход горения в детонацию в конструкции капсюля-детонатора необходимо учитывать прочностные характеристики корпуса и ее длину.
Близким к заявляемой полезной модели является устройство на основе бризантного взрывчатого вещества [3], содержащие корпус с закрытым дном, в котором размещены воспламенительный элемент и промежуточная оболочка с инициирующим и инициируемым зарядами. Промежуточная оболочка выполнена таким образом, что площадь поперечного сечения ее полости в месте расположения инициируемого заряда меньше, чем в месте расположения инициируемого заряда. При этом плотность запрессовки инициирующего заряда больше или равна плотности запрессовки инициируемого заряда. При срабатывании воспламенительного элемента продукты его сгорания через отверстие в торце промежуточной оболочки воспламеняют инициирующий заряд. Его горение происходит при нарастающем давлении газов в промежуточной оболочке. При достижении определенного давления не прореагировавшая часть инициирующего заряда выталкивается в инициируемый заряд сжимая его. Дальнейший рост давления приводит к прорыву газов вдоль металлического корпуса и промежуточной оболочками, а также частью инициирующего заряда, внедрившегося в инициируемый. В этой области происходит формирование ударной волны с амплитудой, достаточной для возбуждения детонации в инициируемом заряде.
Основными недостатками конструкции устройства являются: сложность изготовления и снаряжения геометрии промежуточной оболочки (три разных внутренних диаметра); технологическая сложность обеспечения разной величины плотности инициирующего заряда по отношению к инициируемому; применение алюминизированных бризантных взрывчатых веществ, требующих при получении дополнительной небезопасной технологической цепочки; ненадежность характера перехода горения в детонацию в месте контакта инициирующего и инициируемого зарядов, так как в этом месте суммарная толщина стенки промежуточной оболочки и корпуса S
1 мм; имеется возможность развития переходного процесса в инициируемом заряде в форме низкоскоростной детонации заряда с неполноценным переходом горения в детонацию; сложность построения разветвленных систем стандартного электровоспламенителя; недостаточная величина скорости поджигания инициирующего заряда V250 м/сек ударно-волновой трубкой - УВТ системы «СИНВ», «ЭДИЛИН» и др.
В качестве прототипа предполагаемой модели выбрано устройство капсюля-детонатора лазерного инициирования взрывчатого вещества [4], работа которого осуществляется следующим образом. Оно включает блок питания лазерной системы, фокусирующую оптическую систему, устройство передачи энергии лазерного излучения к капсюлю-детонатору. Его отличие от ранее известных устройств состоит в том, что используется полупроводниковый лазер, запуск которого производится через блок кодировки сигнала. Блок кодировки сигнала обеспечивает защиту устройства от несанкционированной детонации взрывчатого вещества. Упрощается конструкция промежуточной оболочки с инициирующим зарядом из бризантного взрывчатого вещества, а также повышается надежность и безопасность капсюля-детонатора в процессах изготовления и применения. Предлагаемый капсюль-детонатор содержит корпус в виде гильзы с закрытым дном, в котором последовательно размещены: воспламенительный элемент в виде оптоволокна, фокусирующий элемент и основной заряд бризантного взрывчатого вещества.
Недостатками прототипа являются: отсутствие байонетного крепления капсюля-детонатора и оптоволокна, с коннектором амортизатором, не позволяют его многократное использование на практике с предотвращением излома; высокая трудоемкость сборки и снижение условия надежности оптоволоконной системы без использования байонетного крепления при проведении взрывных работ; при использовании одноразовых фокусирующих оптических систем при поджоге элемента взрывчатого состава требуется дополнительная мощность лазерного излучения; для изготовления металлического корпуса детонатора требуется трехступенчатая по толщине стенка, необходимо использование при изготовлении дорогостоящего технологического процесса.
Техническим результатом является упрощение штамповочного технологического процесса изготовления корпуса капсюля-детонатора; снижение величины трудоемкости при сборке и повышение надежности оптоволоконной системы при проведении взрывных работ с использованием байонетного крепления; оптоволокно заключенное в изоляционную оболочку, позволяет на практике его использование с предотвращением излома при наличии в капсюле-детонаторе коннектора амортизатора; снижение мощности лазерного излучения при поджоге воспламенительного элемента достигается без использования одноразовых фокусирующих оптических элементов.
Технический результат достигается тем, что капсюль-детонатор инициирования взрывчатого вещества (рис.1) состоит из корпуса с размещенными в нем контактирующими друг с другом навесками воспламенительного элемента и зарядом бризантного взрывчатого вещества, а в корпус выполненный из композитно-полимерного материала переменной толщиной стенки, имеющемся оптоволокном с коннектором амортизатором и байонетным креплением введен загерметизированный воспламенительный элемент в виде сердцевины оптоволокна, торец которой состыкован с торцом навески воспламенительного элемента, а заряд бризантного взрывчатого вещества находится в корпусе с загерметизированной введенной в торцевую часть металлической или выполненной из композитно-полимерного материала, чашечкой, а качестве воспламенительного элемента также могут быть использованы ударно-волновая трубка или стандартный электровоспламенитель.
На рис.1 изображена предлагаемая полезная модель капсюль-детонатора инициирования взрывчатого вещества, где:
а) в схеме капсюль-детонатора с применением оптоволокна (1 - оптоволокно с коннектором амортизатором; 2 - байонетное крепление; 3 - композитно-полимерный корпус; 4 - навеска воспламенительного элемента; 5 - заряд бризантного взрывчатого вещества; 6 - металлическая или выполненная из полимерного материала чашечка);
б) в схеме капсюль-детонатора с применением ударно-волновой трубки (7 - ударно-волновая трубка; 8 - композитно-полимерный корпус; 9 - навеска воспламенительного элемента; 10 - заряд бризантного взрывчатого вещества; 11 - металлическая или выполненная из полимерного материала чашечка);
в) в схеме капсюль-детонатора с применением стандартного электровоспламенителя (12 - электровоспламенитель; 13 - композитно-полимерный корпус; 14 - навеска воспламенительного элемента; 15 - заряд бризантного взрывчатого вещества; 16 - металлическая или выполненная из полимерного материала чашечка);
Устройство работает следующим образом. Капсюль-детонатор инициирования взрывчатого вещества с применением оптоволокна фирмы «Gorning Inc» (рис.1, а) размещает навеску воспламенительного элемента 4, заряд бризантного взрывчатого вещества (последовательно расположенные инициирующий заряд, инициируемый заряд меньшей плотности, инициируемый заряд высокой плотности, основной заряд) - 5 и с загерметизированной введенной в торцевую часть металлической или выполненной из композитно-полимерного материала чашечкой 6. Корпус капсюль-детонатора 3 выполнен из композитно-полимерного материала переменной толщиной стенки, имеющемся оптоволокном с коннектором амортизатором 1 и байонетным креплением 2, которые снижают величину трудоемкости при его сборке и повышает надежность оптоволоконной системы при проведении взрывных работ. Импульс лазерного излучения поступает в оптоволокно и поджигает навеску воспламенительного элемента 4. Затем происходит инициирование бризантного вещества 5. Прочность утолщенной стенки верхней части капсюля-детонатора 3 и 6, герметизирующая его дно, выдерживают давление на уровне критического у навески заряда бризантного взрывчатого вещества 5 при переходе его от горения в детонацию. Обеспечивается надежность инициирования основного взрывчатого вещества.
Капсюль-детонатор инициирования взрывчатого вещества с применением ударно-волновой трубки - УВТ системы «СИНВ», «ЭДИЛИН» и др. (рис.1, б) также размещает навеску воспламенительного элемента 9, заряд бризантного взрывчатого вещества (последовательно расположенного инициирующий заряд, инициируемый заряд меньшей плотности, инициируемый заряд высокой плотности, основной заряд) - 10 и с загерметизированной введенной в торцевую часть металлической или выполненной из композитно-полимерного материала чашечкой 11. Корпус капсюль-детонатора 8 выполнен из композитно-полимерного материала переменной толщины стенки. Импульс запала транслируется через ударно-волновую трубку 7 и приводит к возгоранию навески воспламенительного элемента 9. Затем происходит инициирование бризантного вещества 10. Прочность утолщенной стенки верхней части капсюля-детонатора 8 и чашечки 11, герметизирующей его дно выдерживают давление на уровне критического у навески заряда бризантного взрывчатого вещества 10 при переходе его от горения в детонацию. Обеспечивается надежность инициирования основного взрывчатого вещества.
Капсюль-детонатор инициирования взрывчатого вещества с применением стандартного электровоспламенителя (рис.1, в) размещает навеску воспламенительного элемента 14, заряд бризантного взрывчатого вещества (последовательно расположены инициирующий заряд, инициируемый заряд меньшей плотности, инициируемый заряд высокой плотности, основной заряд) - 15 и с загерметизированной введенной в торцевую часть металлической или выполненной из композитно-полимерного материала чашечкой 16. Корпус капсюль-детонатора 13 выполнен из композитно-полимерного материала переменной толщины стенки. Электровоспламенитель 12 поджигает навеску воспламенительного элемента 14. Затем происходит инициирование бризантного вещества 15. Прочность утолщенной стенки верхней части капсюля-детонатора 13 и чашечки 16, герметизирующей его дно, выдерживают давление на уровне критического у навески заряда бризантного взрывчатого вещества 15 при переходе его горения в детонацию. Обеспечивается надежность инициирования основного взрывчатого вещества.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А.Ф.Беляев и др. [Текст] Переход горения конденсированных систем во взрыв. М.: Наука. 1973, с.178.
2. Ю.Г.Щукин. Средства инициирования промышленных взрывчатый веществ [Текст] Щукин Ю.Г., Лютиков Г.Г., Поздняков З.Г. Учеб. для техникумов. М.: Недра, 1996, с.51-54.
3. С.И.Постнов. Капсюль-детонатор на основе бризантного взрывчатого вещества [Текст] Постнов С.И., Рекшинский В.А., Гидасипов А.А. и д.р. Патент на изобретение 
2009133556 от 07.09.2009, ГОУ ВПО СамГТУ. Бюл. 6, с.6.
4. В.П.Ципилев. Стенд для исследования кинетики взрывного разложения конденсированных сред при воздействии импульсов лазерного излучения [Текст]/В.П.Ципилев // Техническая наука. Томский политехн. ун-т. Томск. 2000. С 99-103.
Прототип: В.П.Ципилев. Стенд для исследования кинетики взрывного разложения конденсированных сред при воздействии импульсов лазерного излучения [Текст]/В.П.Ципилев // Техническая наука. Томский политехн. ун-т. Томск. 2000. С 99-103.
Капсюль-детонатор инициирования взрывчатого вещества, состоящий из корпуса с размещенными в нем контактирующими друг с другом навесками воспламенительного элемента и заряда бризантного взрывчатого вещества, отличающийся тем, что в корпусе, выполненном из композитно-полимерного материала переменной толщиной стенки с имеющимся коннектором амортизатором и байонетным креплением, введен загерметизированный воспламенительный элемент в виде сердцевины оптоволокна, торец которого состыкован с торцом навески воспламенитльного элемента, а заряд бризантного взрывчатого вещества находится в корпусе с загерметизированной введенной в торцевую часть металлической или выполненной из композитно-полимерного материала чашечкой, а в качестве воспламенительного элемента также могут быть использованы ударно-волновая трубка или электровоспламенитель.
