СПОСОБ РЕЗКИ КОНСТРУКЦИЙ И ГЕНЕРАТОР ВЗРЫВНОЙ ВОЛНЫ Российский патент 1998 года по МПК F42B1/00 

Изобретение относится к взрывной технике, в частности к способам и устройствам взрывной резки.

Известен способ разделения пластинчатых или стержневых предметов, например металлических плит, путем взрыва (пат. ФРГ N 2724036, F 42 B 1/02, опубл. 24.09.81 г. ). Способ состоит в том, что заряд взрывчатого вещества ВВ образуется полость. Под действием ударной волны, кумулятивной струи и продуктов детонации, возникающих при подрыве заряда ВВ, разрезаемой объект деформируется и разделяется.

Недостатками данной конструкции являются: низкая эффективность разрезания стальных плит, дороговизна в исполнении и ограниченность в применении (для резки конструкций под водой использование данного способа затруднено, так как требует применения дополнительных мер по исключению попадания воды внутрь полости).

Известен способ резки материалов, включающий в себя наложение двух зарядов бризантного ВВ на разрезанный объект и их подрыв (пат. США N 3435763 F 42 B 3/08, опубл. 01.04.69 г.). Один из зарядов ВВ обладает большей скоростью распространения фронта детонации, чем второй. При этом генерируется волна Маха, которая воздействует на линию отреза.

Недостатком данного способа является применение двух зарядов бризантного ВВ, имеющих различные скорости детонации, что может быть не выполнено в полевых условиях. При этом эффективность разрезки зависит от соотношения скоростей детонации и некоторых других параметров этой пары зарядов.

Известен способ резки конструкций, реализуемый режущим устройством по заявке EP 0043215, F 42 D 3/00, от 06.01.82 (42с), включающий размещение заряда ВВ на разрезаемой поверхности и его подрыв, при этом инициирование заряда ВВ производят встречнонаправленными импульсами, перпендикулярными разрезу. Этот способ принят за прототип. Недостатком данного способа является низкая эффективность разрезания стальных труб, ограниченность в применении, т. к. позволяет резать листовой материала. Известен генератор для формирования взрывной волны, представляющий собой гибкое устройство, содержащее пластину гибкого инвертного эластомера, имеющего форму матрицы и плоский лист гибкого ВВ, запрессованного в матрицу таким образом т.о. что образует решетку, состоящую из копланарных полос ВВ с общим для всех полос началом. Лист гибкого ВВ, включая общую для всех полос точку, располагается в толще пластины из эластомера между ее поверхностями. Полосы ВВ имеют одинаковую длину и от конца каждой из них отходит участок полосы, образующей выступ, расположенный под прямым углом к поверхности пластины из эластомера. Конец этого участка полосы располагается заподлицо с поверхностью эластомерной пластины. В результате получается ряд концевых участков, разнесенных равномерно по одной из поверхностей эластомерной пластины. Такой генератор инициирует заряд ВВ, на который он накладывается, одновременно в большом количестве точек. (патент. США N 343563, F 42 B 3/02).

Известен также генератор взрывной волны (режущее устройство по заявке EP 0043215, F 42 D 3/00, от 06.01.82), включающий заряд ВВ и источник инициирования, соединенные детонационными каналами. При этом концевые участки каналов, примыкающие к заряду ВВ, расположены по длине заряда с двух его сторон напротив друг друга. Это устройство выбрано в качестве прототипа. Недостатками устройств являются сложность в изготовлении и дороговизне (в первом устройстве) и низкая эффективность и оперативность разрезания массивных стальных конструкций при любых условиях.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является простота, удобство и оперативность разрезания массивных конструкций. Техническим результатом при использовании данного изобретения является упрощение, повышение эффективности и оперативности резки массивных стальных конструкций.

Технический результат в способе достигается тем, что в известном способе резки конструкций, включающем размещение заряда ВВ на разрезаемой поверхности и его инициирование встречнонаправленными импульсами, перпендикулярными разрезу, инициирование заряда ВВ, осуществляют одновременно по всей длине.

Технический результат в устройстве достигается тем, в генераторе взрывной волны, включающем заряд ВВ и источник инициирования, соединенные детонационными каналами, концевые участки которых, примыкающие к заряду ВВ, расположены по длине заряда с двух его сторон напротив друг друга, источник инициировния выполнен с возможностью одновременного задействования детонационных каналов по всей длине заряда.

Одновременное инициирование заряда ВВ с двух сторон с помощью детонационных каналов позволяет создать линейные детонационные волны либо встречнонаправленные импульсы, перпендикулярные резу.

Инициирование заряда ВВ встречнонаправленными детонационными волнами позволяет создавать в стальной цилиндрической конструкции ударные волны разрежения, распространяющиеся за ударными волнами сжатия. При их взаимодействии возникает область больших отрицательных давлений, в которой и происходит разрушение образца.

На чертеже изображен общий вид заявляемого устройства и генератора взрывной волны: 1 цилиндрическая конструкция, 2 заряд взрывчатого вещества, 3 источник инициирования.

Примером конкретного выполнения устройства резки служит устройство, включающее слой заряда взрывчатого вещества 2 с источником инициирования 3, размещенные на боковой поверхности цилиндрической конструкции 1. Стальной цилиндрический образец 1 выполнен на стали на основе α железа (марка стали сталь Ст.3) диаметром и толщиной 120 мм. В непосредственном контакте с образцом на его боковую цилиндрическую поверхность с помощью полиизобутиленового клея по всей окружности либо ее части (2/3 3/4) наклеивалась полоса пластического взрывчатого вещества (ПВВ). Ширина слоя ПВВ составляла 60 мм, а толщина 4 мм. На свободных границах полосы пластического ВВ по длине заряда с двух его сторон напротив друг друга наклеивались концы полосок из ВВ, имеющих одинаковую длину (в данном случае по пять полосок с каждой стороны). Противоположные концы полосок сводились в одну точку, в которой инициировать детонация. В этом случае при инициировании заряда ВВ создавались встречнонаправленные детонационные волны, перпендикулярные разрезу.

Устройство работают следующим образом. При подрыве заряда ВВ 2 с помощью источника инициирования 3, в стальной конструкции 1 при взаимодействии распространяющихся за ударными волнами сжатия волн разгрузки возникает область отрицательных давлений, в которой происходит разрушение образца. В стали Ст. 3 и других сталях на основе a железа наличие a = ε фазового перехода в железе приводит к образованию ударных волн разрежения, в результате чего большие отрицательные давления (≈ 20 ГПа) реализуются в очень узкой зоне (≈ ширины фронта УВ). Растягивающие напряжения приводят к образованию "гладкого" откола в той части образца, где давление в ударной волне сжатия превышало давление в точке фазового перехода (≈ 13 ГПа). Глубина откольного разрушения при взаимодействии ударной волны разрежения от толщины слоя пластического ВВ. Этот откол играет роль начальной трещины, которая далее распространяется к центру образца под действие простой волны разряжения в материале, не претерпевшем фазовый переход.

Таким образом, данный способ резки конструкций обладает большой эффективностью и простотой, не требует большого количества затрат взрывчатого вещества и длительной подготовки к проведению эксперимента в любых полевых условиях.

Так, например, для разрезания стальной конструкции диаметром ≈ 500 мм данным способом потребовалось 5 кг (4800 г) пластического ВВ ((ρ_o= 1,52 г/см³), D 7,8 км/с). Слой ПВВ шириной 90 мм был наклеен на 2/3 цилиндрической поверхности конструкции.

Для разрезания стального стержня диаметром 600 мм (см. Руководство по взрывным работам. Воен. изд. МО СССР, 1969) необходим заряд взрывчатого вещества (пластит-4) весом равным 210 кг (C 10 • D ³/4, где C - вес заряда, г, D диаметр стержня, см), если считать, что заряд ВВ был наклеен на 2/3 цилиндрической поверхности стержня.

Таким образом, для разрезания стальной конструкции диаметром ≈ 500 мм данным способом необходим заряд ВВ весом ≈ в 40 раз (210:5) меньше, чем указано в "Руководстве."
Выигрыш в весе заряда внушительный.

Конструкция, примененного в данном способе генератора взрывной волны, обладает простотой исполнения, так как не требует предварительного изготовления матрицы и листа гибкого ВВ, запрессованного в матрицу в виде решетки из полос одинаковой длины.

Использование: взрывная резка. Сущность изобретения: на боковую цилиндрическую поверхность конструкции 1 наклеивается полоса пластичного взрывчатого вещества 2. На свободных границах полосы по длине заряда с двух его сторон напротив друг другу наклеиваются концы полосок 3 из ВВ одинаковой длины. Противоположные концы полосок сводятся в одну точку, в которой инициируется детонация. При инициировании заряда взрывчатого вещества создаются встречно-направленные детонационные волны, перпендикулярные разрезу. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ резки конструкций, включающий размещение заряда взрывчатого вещества на разрезаемой поверхности и его инициирование встречно направленными импульсами, перпендикулярными разрезу, отличающийся тем, что инициирование заряда взрывчатого вещества осуществляют одновременно по всей длине. 2. Генератор взрывной волны, включающий заряд взрывчатого вещества и источник инициирования, соединенные детонационными каналами, концевые участки которых, примыкающие к заряду взрывчатого вещества, расположены по длине заряда с двух его сторон напротив друг друга, отличающийся тем, что источник инициирования выполнен с возможностью одновременного задействования детонационных каналов по всей длине заряда.