устройство для инициирования ударно-волновой трубки

Формула изобретения

1. Устройство для инициирования ударно-волновой трубки, содержащее корпус, внешний электрод в виде втулки, внутри которой установлены с возможностью создания электрического разряда, инициирующего ударно-волновую трубку, внутренний электрод и диэлектрический изолятор, расположенный между внутренним и внешним электродами, систему питания для подключения внешнего и внутреннего электродов, отличающееся тем, что корпус выполнен со сквозным отверстием для соосного размещения в нем с противоположных сторон ударно-волновой трубки и внешнего электрода и с отверстием для выхода продуктов сгорания, расположенным перпендикулярно оси сквозного отверстия в области контакта ударно-волновой трубки и внешнего электрода, внешний электрод выполнен с наконечником конической формы, размещаемым внутри канала ударно-волновой трубки, а внутренний электрод выполнен в виде иглы и выступает относительно наконечника внешнего электрода с образованием искрового промежутка, равного 0,2-0,3 мм, при этом внешний электрод подключен к системе питания через корпус.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система питания содержит автогенератор, соединенный с аккумулятором через коммутатор, и высоковольтную цепь, состоящую из накопителя энергии высоковольтного разряда, шунтирующего элемента и индикатора, подключенных параллельно через выпрямитель к автогенератору, при этом внешний и внутренний электроды подключены параллельно накопителю энергии высоковольтного разряда через коммутатор высокого напряжения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система питания содержит пьезогенератор и высоковольтную цепь, состоящую из накопителя энергии высоковольтного разряда, шунтирующего элемента и индикатора, подключенных параллельно через выпрямитель к пьезогенератору, при этом внешний и внутренний электроды подключены параллельно накопителю энергии высоковольтного разряда через коммутатор высокого напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам инициирования детонирующих шнуров малой мощности типа "ударно-волновая трубка" (УВТ) с помощью электрических устройств и может быть использовано в горнодобывающей промышленности, а также других отраслях народного хозяйства, использующих энергию взрыва.

Известен ряд устройств для инициирования УВТ с использованием электрического разряда (US 6196131, 06.03.2001, С06С 5/06, WO 9323718, 25.11.1993, F42D 1/04). Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для инициирования УВТ, включающее корпус, внешний электрод в виде втулки, внутри которой установлены с возможностью создания электрического разряда, инициирующего ударно-волновую трубку, внутренний электрод и диэлектрический изолятор, расположенный межу внутренним и внешним электродами, систему питания для подключения электродов (US 20040025735, 12.02.2004, С06С 5/06).

Все вышеперечисленные устройства для инициирования УВТ обладают целым рядом недостатков, связанных с загрязнением искрового промежутка, быстрым износом диэлектрического изолятора, что приводит к уменьшению ресурса работы устройства.

Технической задачей настоящего изобретения является создание устройства для инициирования детонирующих шнуров малой мощности типа УВТ, обладающего повышенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с существующими аналогами и прототипом (минимальная степень загрязнения искрового промежутка, большой ресурс работы) и дающего снижение трудоемкости процесса инициирования детонирующих шнуров малой мощности типа УВТ за счет оптимизации конструкции инициирующего устройства.

Указанная техническая задача решена в устройстве для инициирования ударно-волновой трубки, содержащем корпус, внешний электрод в виде втулки, внутри которой установлены с возможностью создания электрического разряда, инициирующего ударно-волновую трубку, внутренний электрод и диэлектрический изолятор, расположенный между внутренним и внешним электродами и обеспечивающий гальваническую развязку между электродами, систему питания для подключения внешнего и внутреннего электрода. Корпус выполнен со сквозным отверстием для соосного размещения в нем с противоположных сторон ударно-волновой трубки и внешнего электрода и с отверстием для выхода продуктов сгорания, расположенным перпендикулярно оси сквозного отверстия для выхода продуктов сгорания в области контакта ударно-волновой трубки и внешнего электрода, внешний электрод выполнен с наконечником конической формы, размещенным внутри канала ударно-волновой трубки, а внутренний электрод выполнен в виде иглы и выступает относительно наконечника внешнего электрода с образованием искрового промежутка, равного 0,2-0,3 мм, при этом внешний электрод подключен к системе питания через корпус.

Конструктивное исполнение корпуса обеспечивает наличие у него следующих преимущественных функциональных особенностей:

1) фиксацию положения УВТ в корпусе;

2) надежное инициирование УВТ;

3) минимальное загрязнение искрового промежутка продуктами сгорания за счет наличия отверстия для выходов продуктов сгорания.

Геометрические формы и размеры внутреннего электрода и конического наконечника внешнего электрода выбираются с учетом формы и геометрических размеров поперечного сечения внутреннего канала УВТ таким образом, чтобы обеспечить беспрепятственный и быстрый монтаж, надежную фиксацию положения инициируемой УВТ в корпусе и надежное инициирование УВТ (в частности, внутренний электрод может рассматриваться как ловитель внутреннего канала УВТ, а конический наконечник внешнего электрода - в качестве фиксатора положения УВТ).

Надежное инициирование обеспечивается за счет выбора соотношения геометрических размеров конического наконечника внешнего электрода и поперечного сечения внутреннего канала УВТ, и оно выбирается таким образом, чтобы создать повышенную концентрацию взрывчатого вещества в искровом промежутке (пространство между не покрытой диэлектрическим изолятором поверхностью внутреннего электрода и поверхностью вершины малого диаметра конического наконечника внешнего электрода), оптимальный размер которого составляет 0,2-0,3 мм. Это позволяет заметно снизить величину энергии высоковольтного инициирующего разряда, необходимую для осуществления надежного инициирования УВТ.

Выполнение наконечника в виде конуса позволяет в момент инициирования создать избыточное давление в месте фиксации положения УВТ в корпусе при сгорании взрывчатых веществ, в результате чего инициируемый отрезок УВТ выбрасывается из корпуса под действием возникающего реактивного эффекта, что позволяет минимизировать степень загрязнения искрового промежутка продуктами сгорания и значительно повысить ресурс работы устройства.

В данном устройстве могут быть использованы различные системы питания. Например, может быть использована система питания, содержащая автогенератор, соединенный с аккумулятором через коммутатор, и высоковольтную цепь, состоящую из накопителя энергии высоковольтного разряда, шунтирующего элемента и индикатора, подключенных параллельно через выпрямитель к автогенератору. Внешний и внутренний электроды подключены параллельно накопителю энергии высоковольтного разряда через коммутатор высокого напряжения. Другим примером системы питания, которая может быть использована в предложенном устройстве для инициирования УВТ, является система питания, содержащая пьезогенератор и высоковольтную цепь, состоящую из накопителя энергии высоковольтного разряда, шунтирующего элемента и индикатора, подключенных параллельно через выпрямитель к пьезогенератору. Внешний и внутренний электроды подключены параллельно накопителю энергии высоковольтного разряда через коммутатор высокого напряжения.

На фиг.1 представлено устройство для инициирования УВТ. Устройство содержит корпус 1 со сквозным отверстием 1а, в котором с противоположных сторон соосно размещены ударно-волновая трубка 2 с каналом 2а и электроды (внешний электрод 3 и внутренний электрод 4). В корпусе выполнено отверстие 1б для выхода продуктов сгорания. Внешний электрод 3 выполнен с коническим наконечником За и имеет отверстие 3б, в котором установлены внутренний электрод 4 с диэлектрическим изолятором 5 с образованием искрового промежутка 5а, равного 0,2-0,3 мм. Электроды подключены к системе питания 6.

На фиг.2 и 3 представлены две возможные схемы систем питания, которые могут быть использованы в устройстве для инициирования УВТ.

Согласно схеме, представленной на Фиг.2, система питания содержит аккумулятор 7, коммутатор питания 8, автогенератор 9, выпрямитель 10, накопитель энергии высоковольтного разряда 11, шунтирующий элемент 12, индикатор 13, коммутатор высокого напряжения 14 и позицию для подключения электродов 3 и 4.

Согласно схеме, представленной на Фиг.3, система питания содержит пьезогенератор 15, выпрямитель 10, накопитель энергии высоковольтного разряда 11, шунтирующий элемент 12, индикатор 13, коммутатор высокого напряжения 14 и позицию для подключения электродов 3 и 4.

Устройство для инициирования УВТ работает следующим образом. Инициируемая ударно-волновая трубка 2 вводится в отверстие 1а корпуса 1 до упора во внешний электрод 3. При этом конический наконечник За внешнего электрода 3 оказывается внутри канала 2а ударно-волновой трубки 2 с осуществлением фиксации положения ударно-волновой трубки 2 и образованием искрового промежутка 5а, равного 0,2-0,3 мм.

При инициировании ударно-волновой трубки 2 с использованием системы питания (см. Фиг.2) низкое постоянное электрическое напряжение с аккумулятора 7 через коммутатор питания 8 подается на автогенератор 9, где преобразуется в переменное напряжение большой амплитуды, которое затем преобразуется выпрямителем 10 в высокое постоянное напряжение, обеспечивающее заряд накопителя энергии высоковольтного разряда 11. Шунтирующий элемент 12 ограничивает выходное напряжение автогенератора 9 заданным уровнем и обеспечивает автоматический разряд накопителя 11 при размыкании коммутатора питания 8.

При достижении напряжением на накопителе энергии 11 высоковольтного разряда величины, при которой запасенная в накопителе 11 энергия достаточна для надежного инициирования ударно-волновой трубки 2, индикатор 13 выдает визуальный сигнал о готовности устройства к осуществлению акта инициирования.

В случае использования системы питания с пьезогенератором 15 (см. Фиг.3) при деформации пьезоэлемента ему сообщается механическая энергия, которая за счет возникающего в нем пьезоэлектрического эффекта преобразуется в электрическое переменное напряжение с амплитудой, необходимой для получения требуемой величины энергии высоковольтного инициирующего разряда. Затем переменное напряжение преобразуется выпрямителем 10 в высокое постоянное напряжение и далее работа системы питания осуществляется, как указано выше для системы питания с аккумулятором.

Через коммутатор высокого напряжения 14 напряжение с накопителя 11 подается на электроды 3 и 4 с образованием электрической дуги в искровом промежутке 5 а между внутренним электродом 4 и коническим наконечником За внешнего электрода 3, энергия которой создает фронт ударной волны вдоль продольной оси ударно-волновой трубки 2, приводящий к детонации взрывчатого вещества внутри канала ударно-волновой трубки 2. Продукты сгорания идут в сторону наименьшего сопротивления по направлению к внешнему электроду 3 вдоль его продольной оси. В зоне смыкания поверхности радиального среза на конце ударно-волновой трубки 2, зафиксированном на коническом наконечнике За, и поверхности внешнего электрода 3 образуется избыточное давление, в результате чего возникает реактивный эффект, под действием которого инициированный отрезок ударно-волновой трубки 2 снимается с конического наконечника За и выбрасывается из корпуса через отверстие 1а. Продукты сгорания, успевшие попасть во внутреннее пространство разрядника за время выброса инициированного отрезка ударно-волновой трубки 2, практически полностью выходят в окружающее пространство через отверстие 1б в корпусе 1.

Благодаря очень высокой скорости детонации взрывчатого вещества внутри канала 2а ударно-волновой трубки 2 инициированный отрезок выбрасывается из корпуса настолько быстро, что количество продуктов сгорания, попавших во внутреннее пространство корпуса и, следовательно, степень загрязнения искрового промежутка являются в значительной мере минимизированными, что существенно повышает ресурс работы устройства.

Ресурс работы устройства повышается также за счет того, что коническая форма наконечника За внешнего электрода 3 позволяет сформировать газовый поток с наименьшим сопротивлением, что приводит к наименьшему износу диэлектрического изолятора 5 и поверхности вершины малого диаметра конического наконечника За внешнего электрода, а высокая скорость продуктов сгорания обеспечивает очистку контактной поверхности внутреннего электрода 4.