БЕЗОПАСНЫЙ СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЗРЫВАНИЯ ЗАРЯДОВ ЖИДКИХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F42D1/45 

Изобретения относятся к способам и средствам для электрического взрывания зарядов и могут быть использованы для ведения взрывных работ в промышленности с помощью жидких взрывчатых веществ (ЖВВ) как индивидуальных, так и смесевых многокомпонентных, типа ВВЖИМИ.

Известен способ инициирования взрыва ЖВВ с помощью испаряющейся (взрывающейся) нити-проводника, реализованного в устройстве "Взрыватель высокой безопасности без ВВ".

Главный принцип, положенный в основу указанных способа и устройства (прототипов), состоит в том, что инициирование взрыва ЖВВ, в отличие от традиционных методов электрического взрывания зарядов, осуществляют без привлечения каких-либо инициирующих и вторичных ВВ или воспламеняющих составов.

Для осуществления способа два электрода соединяют тонкой нитью-проводником, укрепляют их в ажурном (перфорированном) корпусе с помощью изолирующей пробки и герметика и подсоединяют к проводам. Последние подключают к конденсаторному источнику высокого напряжения (2000 В). Затем активизируют полученное устройство. Эту операцию выполняют одним из трех способов, а именно:
устройство просто погружают в жидкое индивидуальное или активное (детонационноспособное) двухкомпонентное взрывчатое вещество, которое предварительно наливают в резервуар.

резервуар сначала заполняют одним из инертных компонентов двухкомпонентного ЖВВ, затем погружают в него устройство и после этого добавляют второй компонент, который, смешиваясь с первым, превращается содержимое резервуара в активное двухкомпонентное ЖВВ;
устройство помещают в пустой резервуар, а затем заполняют его либо индивидуальным, либо активным двухкомпонентным ЖВВ.

Смысл активизации состоит в том, что благодаря наличию отверстий ЖВВ проникает внутрь корпуса и окружает нить-проводник. После этого на нить-проводник подают от источника импульс высокого напряжения, что приводит к ее испарению (взрыву) и возбуждению непосредственно в подрываемом ЖВВ ударной волны, инициирующей взрыв заряда.

Более высокий уровень безопасности данного способа по сравнению с традиционными очевиден, так как во взрывателе первоначально не содержится какого-либо ВВ. Однако использование во взрывателе тонкой нити-проводника в качестве преобразователя электрической энергии в механическую и в тепловую является недостатком и не позволяет достичь ряда технических результатов.

Во-первых, в связи с тем, что тонкие нити-проводники обладают низкой механической прочностью, всегда существует достаточно высокая вероятность их разрывов как при изготовлении, так и при хранении, транспортировке и установке, а следовательно, увеличивается вероятность отказов.

Во-вторых, в силу того, что при подаче импульса напряжения нить-проводник испаряется, исключается возможность повторного использования устройства, если причиной отказа явилась недостаточная активизация устройства, например, вследствие плохого смешения компонентов, их утечки или недостаточного уровня ЖВВ в резервуаре (емкости, оболочке).

В-третьих, как было установлено экспериментальным путем, не достигается надежное инициирование зарядов некоторых активных ЖВВ типа ВВЖМИ, отличающихся существованием нестационарных режимов на начальной стадии развития детонации.

Заявляемые изобретения направлены на повышение безопасности и надежности электрического взрывания зарядов индивидуальных и многокомпонентных ЖВВ. При этом достигаются следующие технические результаты:
повышается механическая прочность преобразователя электрической энергии, что существенно уменьшает количество брака при изготовлении, эксплуатации, транспортировке и установке в заряды, а следовательно, уменьшается количество отказов и повышается надежность и безопасность взрывных работ;
создаются условия для повторного использования одного и того же взрывного устройства в случае отказов;
повышается надежность инициирования взрыва таких ЖВВ, в которых стационарная детонационная волна развивается через ряд переходных процессов.

Поставленные цели и требуемые технические результаты достигаются тем, что в отличие от прототипа преобразование электрической энергии в энергию ударной волны и тепловой импульс осуществляют с помощью полупроводящего разряда.

Полупроводящий разряд (в газе) использовался ранее только в качестве источника света при высокоскоростной киносъемке. Суть этого явления заключается в том, что если два электрода соединить между собой резистивным элементом, изготовленным из материалов с достаточно высоким сопротивлением (уголь, окись циркония или титана, пористый фарфор, пропитанный электролитом) и подать на него импульс высокого напряжения, то в промежутке между электродами по границе раздела окружающей среды и резистивного элемента возбудится полупроводящий разряд.

Экспериментальные исследования, выполненные нами, показали, что полупроводящий разряд можно получить не только в газообразных, но также в жидких и кристаллических средах, причем, процесс сопровождается выделением тепла и образованием ударной волны. Сам резистивный элемент может быть выполнен из различных материалов и даже из подручных средств, таких, например, как наполненный графитом полиэтилен, свежесрезанная веточка дерева, резистор типа МЛТ (ТУ 11. ОЖО. 46Т. 180 ТУ 85) и т.п. Качество поверхности элемента, его поперечные размеры, способы соединения с электродами (скрутка, спайка и т.п. ) существенного влияния на процесс не оказывают в интервале значений электрического сопротивления элемента от 10 до 1000000 Ом. Расстояние между электродами (при напряжении свыше 2500 В) также не является критическим для осуществления полупроводящего разряда.

Так, при длине разрядника от 2,5 мм до 150 мм, изготовленного из наполненного графитом полиэтилена сечением 2,5 мм•2,5 мм и удельным линейным сопротивлением 25 кОм/м, полупроводящий разряд возбуждается во всем указанном интервале длин при подаче импульса напряжения 3000 В от конденсаторного источника емкостью 1 мкФ.

С учетом широкого интервала допустимых характеристик резистивных элементов, обеспечивающих развитие полупроводящего разряда, всегда можно подобрать такие материал и конструкцию разрядника, которые способны обеспечить существенное увеличение его механической прочности по сравнению с нитями-проводниками. Диаметр таких проводников, определяемый допустимым электрическим сопротивлением, находится в пределах от 25 мкм (платина) до 100 мкм (медь, детонатор ЭДВ-1). В то же время такая наиболее тонкая деталь пригодного для осуществления полупроводящего разряда резистора МЛТ-0,125, как его ножка, имеет диаметр 700 мкм. В силу этого ее прочность на разрыв по сравнению с медной нитью диаметром 100 мкм увеличивается примерно в 50 раз.

Достигнутый технический результат позволяет увеличить эксплуатационную надежность устройства и снизить количество брака при изготовлении. Последнему также способствует отсутствие жестких требований к характеристикам резистивного элемента.

Еще одним из существенных признаков предлагаемых изобретений является возможность многократного возбуждения полупроводящего разряда с помощью одного и того же резистивного элемента. Дело в том, что в отличие от прототипа или от обычного электрического пробоя диэлектрика полупроводящий разряд развивается не в самом элементе, соединяющем электроды, а по границе раздела его поверхности с окружающей средой. Указанное обстоятельство при достаточной прочности резистивного элемента позволяет ему выдерживать значительное количество разрядов, что невозможно. Так например, разрядник, выполненный из резистора МЛТ-0,125 сопротивлением 30 Ом, выдерживает на воздухе не менее 25 разрядов, не разрушаясь при подаче электрических импульсов напряжением 3000 В от конденсатора емкостью 1 мкФ. Следствием достигаемого технического результата является возможность в случае отказа повторного использования уже установленного в заряде устройства. При этом повышается безопасность взрывных работ.

Как следует из информации, представленной в описании и в формуле изобретения прототипа, корпус (защитная рама), в который помещают электроды с испаряющейся нитью-проводником, выполняет функции электродов и проводника от механических повреждений. Вместе с тем, механизм инициирования взрыва некоторых ЖВВ включает в себя ряд переходных процессов таких, как горение, низкоскоростные режимы детонации и т.п. В течение этих процессов ЖВВ вместе с продуктами реакции может быть просто выброшено из зоны начавшейся реакции, что приведет к ее затуханию и отказу. По этой причине корпус устройства в предлагаемом изобретении предназначен прежде всего для предотвращения разлета ЖВВ от источника полупроводящего разряда на расстояния более критического диаметра детонации (D_кр) подрываемого ЖВВ от источника полупроводящего разряда. В итоге достигается надежное инициирование ЖВВ, отличающихся существованием нестационарных режимов на начальных стадиях процесса.

Для достижения технических результатов, изложенных выше, предлагаются способ и устройство для его реализации, основанные на использовании полупроводящего разряда.

Способ заключается в следующем.

Два электрода соединяют между собой резисторным элементом, способным генерировать полупроводящий разряд при подаче на него электрического импульса высокого напряжения. Далее их помещают в корпус, препятствующий разлету ЖВВ и продуктов реакции на начальной стадии процесса. Конструкция корпуса должна обеспечивать возможность свободного доступа ЖВВ к резистивному элементу. Электроды изолируют от корпуса и друг от друга и подсоединяют к проводам для последующего подключения к источнику напряжения.

Проникновение ЖВВ внутрь корпуса (активирование устройства взрывания) обеспечивается самотеком ЖВВ либо принудительно. В первом случае корпус вместе с находящимся в нем электродами и резистивным элементом помещают в пустую оболочку (резервуар, емкость, шпур и т.п.), после чего туда заливают индивидуальное либо многокомпонентоное ЖВВ. Компоненты последнего можно заливать по отдельности, обеспечивая при этом их смешение. Можно действовать в иной последовательности, то есть вначале заполнять пустой резервуар индивидуальным или многокомпонентным ЖВВ, или его компонентами по отдельности, и только после этого помещать в резервуар корпус с находящимися в нем электродами и резистивным элементом.

Следует иметь в виду, что в какой бы последовательности и каким бы образом не осуществлялись указанные операции, установившийся в резервуаре уровень ЖВВ должен обеспечить его проникновение внутрь корпуса самотеком, причем резистивный элемент в итоге должен быть полностью погружен в ЖВВ, например, как это показано на фиг. 1.

В том случае, если по каким-либо причинам самопроизвольное проникновение ЖВВ внутрь корпуса и полное погружение резистивного элемента в ЖВВ невозможно, осуществляют принудительное заполнение корпуса устройства, например, шприцем (фиг. 2). При этом необходимо принять меры, предотвращающие самопроизвольное вытекание ЖВВ из корпуса.

После выполнения подготовительных операций провода подключают к источнику высокого напряжения, например, к конденсатору емкостью от 0,5 до 1,5 мкФ, заряженному до напряжения более 2500 В, и подают электрический импульс на резистивный элемент для возбуждения полупроводящего разряда, чем инициируют взрыв ЖВВ.

Для осуществления способа можно использовать одно из устройств, показанных на фиг. 1 и 2.

Устройство состоит из резистивного элемента 1, соединяющего два электрода 2 и помещенного в корпусе 3, который предотвращает разлет ЖВВ и продуктов реакции на начальной стадии процесса. Для свободного доступа ЖВВ к резистивному элементу в корпусе имеются дренажные отверстия 4, формируемые при его сжатии у торцов с целью механического закрепления выводных изолированных проводов 5. Изоляторы 6 предотвращают контакт электродов с корпусом. Нижняя изолирующая пробка 7 (фиг. 2) предназначена также для исключения самопроизвольного вытекания ЖВВ в случае принудительного заполнения им через верхнее отверстие корпуса устройства.

С целью повышения надежности инициирования взрыва минимальное расстояние H от внутренней поверхности корпуса до поверхности резистивного элемента в любом сечении, перпендикулярном оси резистивного элемента, должно быть больше критического диаметра детонации D_кр используемого ЖВВ, т.е. H>D_кр. Положение резистивного элемента, равноудаленного от стенок корпуса и дренажных отверстий, фиксируется двумя изолирующими фиксаторами 8, имеющими прорези 9 для проникновения ЖВВ к элементу. При этом расстояние L от торцов элемента до минимального сечения корпуса должно составлять не менее 3 внутренних диаметров (d_вн), т.е. L>3d_вн.

Электрическое сопротивление элемента и характеристики соответствующего источника электроэнергии должны обеспечивать осуществление полупроводящего разряда. В частности, когда сопротивление элемента находится в интервале от 10 Ом до 1000000 Ом, можно использовать конденсаторный источник напряжения свыше 2000 В и емкостью от 0,5 до 1,5 мкФ.

В качестве резистивного элемента в устройстве предлагается применять резистор типа МЛТ (ТУ 11. ОЖО. 467. 18 ТУ 85). Однако это не единственное решение. Например, элемент может быть изготовлен из полиэтилена, наполненного графитом или другим электропроводящим наполнителем.

Использование: способы и средства для электрического взрывания зарядов жидких взрывчатых веществ (ЖВВ) при ведении взрывных работ в промышленности. Сущность изобретения: в способе электрического взрывания зарядов преобразование электрической энергии в тепловой импульс и энергию ударной волны в подрываемом веществе осуществляют с помощью полупроводящего разряда, возбуждаемого вдоль границы раздела ЖВВ и поверхности резистивного элемента. Устройство для его осуществления содержит резистивный элемент, соединяющий два электрода и помещенный в корпус, имеющий отверстия для доступа ЖВВ к резистивному элементу, который должен быть полностью погружен в ЖВВ. Резистивный элемент выполнен с сопротивлением от 10 Ом до 1000000 Ом. На резистивный элемент подают электрический импульс для возбуждения полупроводящего разряда, чем инициируют взрыв ЖВВ. При этом повышения надежности инициирования минимальное расстояние от внутренней поверхности корпуса до поверхности резистивного элемента в любом сечении должно быть больше критического диаметра детонации ЖВВ. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Безопасный способ электрического взрывания зарядов жидких взрывчатых веществ, заключающийся в преобразовании электрической энергии в тепловой импульс и энергию ударной волны в подрываемом жидком взрывчатом веществе, отличающийся тем, что преобразование электрической энергии осуществляют с помощью полупроводящего разряда, возбуждаемого вдоль границы раздела жидкого взрывчатого вещества и поверхности резистивного элемента. 2. Устройство для электрического взрывания зарядов жидких взрывчатых веществ (ЖВВ), состоящее из корпуса с отверстиями, обеспечивающими доступ ЖВВ внутрь корпуса, двух электродов, укрепленных в корпусе с помощью изолирующих пробок, и соединенного с электродами резистивного элемента, отличающееся тем, что резистивный элемент выполнен с сопротивлением 10 1000000 Ом. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что минимальное расстояние от любой точки поверхности резистивного элемента до внутренней поверхности корпуса должно быть больше критического диаметра детонации ЖВВ.