капсюль-детонатор

Формула изобретения

1. Капсюль-детонатор, содержащий трубчатый корпус, заполненный вторичным взрывным веществом, в торце которого установлен инициатор, отличающийся тем, что заполненная полость образована тремя разновеликими и последовательно увеличивающимися друг за другом в сторону от инициатора сообщенными каналами, размеры первого и наименьшего из которых выбраны в следующих пределах:

0,02 мм d₁ 2 мм;

0,1 мм l₁ 10 мм,

где d₁ диаметр среднего сечения первого канала;

l₁ длина первого канала,

а размеры других каналов связаны системой уравнений

d_i/d_i-1 5;

l_i/l_i-1 5,

где i порядковый номер каналов.

2. Капсюль-детонатор по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из каналов выполнен коническим.

3. Капсюль-детонатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что торцевые кромки каналов скошены.

4. Капсюль-детонатор по п.3, отличающийся тем, что корпус выполнен составным, включающим гильзу и размещенную в ней инициирующую втулку, заполненную взрывчатым веществом.

5. Капсюль-детонатор по п.4, отличающийся тем, что наибольший, третий, канал образован стенками гильзы.

6. Капсюль-детонатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной порцией вторичного взрывчатого вещества с чувствительностью не ниже чувствительности взрывчатого вещества в каналах, размещенной между инициатором и каналом с наименьшими размерами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам подрыва промышленных взрывчатых веществ (ВВ) с использованием волновых и электрических средств инициирования и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, применяющих ВВ, например в горнодобывающей промышленности, строительной отрасли, аварийно-спасательной службе и т.д.

Известен капсюль-детонатор (КД) с первичным ВВ, инициируемый от волновода (1). Конец волновода с расширителем обжат алюминиевой гильзой, содержащей воспламенительный состав. Между волноводом и составом в корпусе выполнена коническая полость, обращенная к торцу волновода.

Волноводы способны сохранять свою трубчатую оболочку после прохождения по ним импульса различного физического происхождения, достаточного для поджигания или инициирования вторичного ВВ, например шведский шнур Нонеля или световод, по которому с высоким КПД передается лазерный луч.

Основным недостатком этого устройства является высокая вероятность его спонтанного срабатывания из-за присутствия первичного ВВ, чувствительного к механическим, электрическим и электромагнитным воздействиям.

Ближайшим техническим решением является КД без первичного ВВ, инициируемый от волновода, который с помощью пробки крепится к гильзе, внутри которой размещено вторичное ВВ. Режим замедления КД обеспечивается инициирующим импульс по волноводу рубиновым лазером. В детонаторе применяются:

мелкодисперсное черное вещество (сажа, угольная пыль и т.д.), которое смешивается с ВВ, прилегающим к волноводу, или используется стеклянная линза для уменьшения фактора отражения энергии от поверхности ВВ;

прочная боковая стенка детонатора для поддержания давления в зоне горения ВВ и перехода процесса в режим детонации;

тонкая мембрана, отделяющая зону горения ВВ от зоны детонации, для увеличения давления в зоне горения и устранения или снижения разброса ВВ, с той же целью между зоной горения и зоной детонации может быть незаполненная полость.

Однако такое решение не позволяет системе "источник инициирования - волновод КД" быть малогабаритной и иметь низкую энергоемкость, т.к. не обеспечивает высокий КПД в зоне "волновод КД". Это объясняется недостаточными аккумулирующими свойствами черного тела и параметров гильзы, что приводит к перераспределению энергии по объему ВВ и на корпус гильзы.

Задача, поставленная перед данным изобретением, заключается в снижении энергоемкости и массогабаритных параметров системы "источник инициирования - волновод КД" за счет повышения КПД в зоне "волновод КД".

Поставленная цель достигается тем, что в КД, содержащем корпус, заполненный вторичным ВВ, инициатор в виде волновода, закрепленного в торце корпуса, заполненная ВВ полость корпуса выполнена в виде последовательного ряда увеличивающихся каналов, к наименьшему из которых подведен торец волновода, его размеры выбраны из следующих пределов:

0,02 мм d₁ 2 мм; 0,1 мм l₁ 10 мм;

где d₁ диаметр или средний размер среднего поперечного сечения первого канала;

l₁ длина канала,

а размеры других каналов указанного ряда выбраны в соответствии с системой соотношений:

,

где i порядковый номер канала.

Кроме того, КД может иметь корпус, выполненный составным в виде полой трубчатой гильзы и размещенной в ней инициирующей втулки, стенки которой образуют указанный ряд каналов, либо канал с наибольшими размерами образован стенками гильзы.

Наибольший порядковый номер каналов не более 3.

Кроме того, КД может быть снабжен дополнительной порцией вторичного ВВ и/или замедлителем, установленными в гильзе между торцом волновода и каналом с наименьшими размерами.

Такое выполнение обеспечивает снижение энергии импульса, передаваемого по волноводу к КД, а следовательно, влечет за собой снижение параметров устройства в целом, устройства, генерирующего этот импульс, либо позволяет существенно увеличить расстояние от этого генерирующего устройства до КД. Это объясняется тем, что буртики каналов отражают тепловую энергию и давление, позволяя сконцентрировать их, и не допускают рассеивания по противотоку, что обеспечивает горение, переход его к дефлограцию, затем в детонацию и в пережатую детонацию. Следует отметить, что дальнейшее уменьшение размеров первого канала указанного ряда ограничено критическим диаметром ВВ в полости, а увеличение резко повышает энергетические затраты и стоимостные параметры детонатора в целом.

Инициатор в заявленном решении может быть представлен:

огнеупорным шнуром, воспламеняемым открытым огнем, который воспламеняет вторичное ВВ в первом канале, после чего горение переходит в дефлограцию и затем в детонацию;

волноводом в виде шнура Нонеля или его аналогом, инициируемым от капсюля "Жевело", который воспламеняет или передает затухающую детонацию на вторичное ВВ в полости КД;

волноводом в виде световода с передачей по нему импульса, например, от лазерного источника с энергией импульса менее 2,5 Дм, достаточной для воспламенения вторичного ВВ в первом канале КД, переходящего в детонацию ВВ в других каналах КД;

детонирующим шнуром, передающим после инициирования детонационный импульс, вызывающий детонацию в ВВ в каналах КД, минуя процесс горения;

электровоспламенителем с мостиком нагреваемого или электродугового типа, размещенного в ВВ первого канала, способного воспламенять его после подачи электроимпульса с последующим переходом горения в детонацию.

Следует отметить, что для всех приведенных видов инициирования конструкция КД позволяет использовать импульс, обеспечивающий лишь воспламенение ВВ в первом канале, достаточное для инициирования промышленных ВВ.

На фиг. 1 показан общий вид капсюля-детонатора; l_i l₃ - длина третьего канала; d_i d₃ диаметр третьего канала; на фиг.2 то же, с выполнением корпуса составным из гильзы инициирующей втулки; на фиг.3 общий вид КД с составным корпусом по п. 5 формулы изобретения; на фиг.4 вид корпуса КД со скошенными кромками каналов; d₃ средний диаметр третьего канала; расстояние до среднего диаметра; l₁, l₂, l₃ длины каналов; на фиг.5 вид корпуса (или втулки) КД с выполнением каналов коническими; d_3ср диаметр среднего сечения третьего канала; расстояние для определения среднего диаметра канала; на фиг. 6 общий вид КД с дополнительной порцией ВВ по п. 6 формулы изобретения; на фиг. 7 то же, с использованием замедлителя; на фиг.8 пример выполнения инициирующей втулки или корпуса из деталей по типу "труба в трубе".

Капсюль-детонатор содержит трубчатый корпус 1, заполненный вторичным ВВ 2, замкнутый с одного торца заглушкой 3, выполненной либо из пластмассы, либо из металлической фольги, закрепленной на торце, например приклеенной или припаянной к корпусу. С другого конца в корпусе установлен и закреплен инициатор, представленный в виде волновода 4.

Волноводом для данного устройства могут являться шнур Нонеля, инициатором для которого служит, например, капсюль "Жевело", а устройством обычный стартовый пистолет, световод с лазерной установкой для подачи импульса с энергией менее 2,5 Дж.

Возможности использования иных инициирующих устройств приведены выше.

Заполненная полость корпуса 1 образована рядом из трех разновеликих сообщенных каналов 5, 6, 7, выполненных увеличивающимися последовательно друг за другом в сторону от волновода. Размеры наименьшего первого канала 5, примыкающего к волноводу, выбраны из следующих пределов:

0,02 мм d₁ 2 мм; 0,1 мм l₁ 10 мм,

где d₁ диаметр среднего сечения первого канала;

l₁ длина первого канала.

Размеры других каналов связаны и определяются следующими уравнениями:

,

где i порядковый номер канала.

На фиг. 1, 2 показано выполнение каналов в виде отверстий различного диаметра с торцовой стенкой 8 у каждого. В этом случае d_i это диаметр отверстия, а длина определяется от торца одного канала до торца другого.

Однако каналы могут быть выполнены коническими (см. фиг.5), и тогда d_i диаметр среднего сечения будет определяться, как диаметр на середине длины канала. Кроме того, торцовые кромки каналов могут быть скошены (см. фиг.4) с образованием фасок, и тогда длина канала l_i определяется, как сумма длин цилиндрической (или конической) части канала совместно с глубиной фаски (см. фиг.4, 5).

Корпус КД может быть выполнен составным, включающим тонкостенную гильзу 9 и размещенную в ней инициирующую втулку 10.

На фиг.2, 3, 7 показано использование такого выполнения, при этом втулка 10 размещена в полости гильзы, затем запрессована проба 11 для установки инициатора, в данном случае волновода. На фиг.3 показано, что стенка гильзы 9 могут образовывать третий наибольший канал упомянутого ряда.

Для дополнительного снижения величины инициирующего сигнала импульса - КД может содержать дополнительную позицию 12 вторичного ВВ с более высокой чувствительностью, чем чувствительность ВВ в каналах втулки (см. фиг.6), размещенную во вкладыше 13 в гильзе 9.

На фиг.7 показана установка в КД замедлителя 14.

Инициирующая втулка может быть выполнена составной, как показано на фиг. 8, собранной из трубчатых элементов 15, 16, 17 соответствующего диаметра и длины и не разборным соединением, например клеевым, сварным и т.п.

Материал инициирующей втулки 10 или корпуса 1 выбирают в соответствии со следующим условием:

_вр.р. 0,7_{вр.р.ст.},

где _вр.р. временный предел прочности на растяжение материала втулки или корпуса;

_{вр.р.ст.} временный предел прочности на растяжение стали.

Работает устройство следующим образом.

Импульс, передаваемый по волноводу 4, воздействует на вторичное ВВ 2 в инициирующей втулке 1 и поджигает его в первом канале с наименьшими размерами (если мощности импульса достаточно), после чего горение переходит в детонацию и распространяется по другим каналам.

Процесс передачи импульса может осуществляться по другим схемам.

На фиг. 6 показано, как импульс от волновода поджигает дополнительную порцию 12 вторичного ВВ, после чего она зажигает ВВ в первом канале инициирующей втулки, где горение переходит в детонацию.

На фиг.7 показано, что импульс от волновода зажигает замедлитель 14, тот дополнительную порцию более чувствительного ВВ, например мелкодисперсного ТЭНа или менее флегматизированного вторичного ВВ, а порция ВВ зажигает ВВ в каналах инициирующей втулки, где и развивается детонация.

Эффект повышения КПД в зоне "волновод КД" достигается за счет геометрических и прочностных параметров инициатора, где за счет газовой динамики и способности втулки-инициатора концентрировать отраженную при рассеивании вследствие горения, деформации и детонации энергию; горение переходит в дефлограцию, дефлограция в детонацию, а детонация в пересжатую детонацию.

Буртики каналов, отражая тепловую энергию и давление, концентрируют их, препятствуя рассеиванию энергии по противотоку.

Для проверки заявленного решения на практике было изготовлено и испытано две серии КД с волноводами. Испытания проводились на полигоне ИХФ РАН в 1993 г. (пос. Черноголовка) и МПЗ в 1994 г. (г.Муром).

Пример 1. Гильза детонатора и втулка-инициатор были изготовлены из стали. Втулка-инициатор оснащалась стандартным ТЭНом массой 0,5 г. Между втулкой-инициатором и волноводом располагалась порция мелкодисперсного ТЭНа

0,2 г. В качестве волновода использовался шнур Нонеля инициируемый ЭД-8-Ж. При помощи КД инициировался патрон аммонита N 6 ЖВ массой 200 г.

Пример. Гильза детонатора была изготовлена из биметалла (сталь-медь), втулка-инициатор из стали. Втулка-инициатор оснащалась стандартным ТЭНом массой 0,5 г. Между втулкой-инициатором и волноводом располагался стандартный замедлитель 350, выпускаемый отечественной промышленностью. В качестве волновода использовался аналог шнура Нонеля, выпущенный опытной партией отечественной промышленностью. На испытаниях пробивались гостированные свинцовые пластины толщиной 6 мм, что эквивалентно инициированию промышленных ВВ.