КУМУЛЯТИВНЫЙ ЗАРЯД Российский патент 1998 года по МПК F42B1/02 

Заявляемое изобретение относится к взрывным работам, а именно к разрывным зарядам для взрывных работ.

Изобретение может быть использовано в нефтегазодобывающей, горнодобывающей промышленности для перфорации нефтяных и газовых скважин, взрывного бурения шпуров, дробления негабаритов, прокладки горных выработок.

Известен кумулятивный заряд, описанный в патенте Российской Федерации N 2046286, МКИ F 42 D 3/00, F 42 B 1/02 под названием "Способ разрушения крупногабаритных затвердевших отходов доменного и сталеплавильного производства и устройство для его осуществления", содержащий корпус, выполненный из пластмассы, заряд взрывчатого вещества с выемкой и коническую воронку (облицовку), выполненную из металла. Недостатком этого технического решения является недостаточная эффективность из-за малого отбора энергии, расходуемой на образование кумулятивной струи, что приводит к снижению прибивной способности кумулятивного заряда. Это происходит потому, что корпус кумулятивного заряда выполнен из пластмассы, которая обладает низкой плотностью.

Ближайшим техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является кумулятивный заряд, описанный в авторском свидетельстве N 1810504 МКИ E 21 B 43/117, содержащий корпус, в котором размещена шашка взрывчатого вещества с профилированной полостью, покрытой облицовкой. Для увеличения отбора энергии, идущей на формирование и метание кумулятивной струи, шашку ВВ помещают в оболочку из высокоплотного материала, преимущественно из стали. Эффективность кумулятивного заряда тем выше, чем больше масса внешней оболочки шашки ВВ. Недостатками данной конструкции являются недостаточная эффективность зарядов, невозможность их применения на открытых поверхностях при проведении взрывных работ вблизи промышленных и гражданских объектов из-за большой дальности разлета осколков оболочки заряда.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание кумулятивного заряда с повышенной эффективностью действия за счет увеличения пробивной способности при одновременном уменьшении радиуса разлета осколков оболочки заряда, не превышающего радиуса опасной зоны по действию воздушной ударной волны.

Сущность изобретения заключается в том, что кумулятивный заряд, содержащий корпус, инициирующее устройство, шашку ВВ с кумулятивной выемкой, покрытой облицовкой, согласно изобретению, он снабжен оболочкой, выполненной в форме тела вращения из высокоплотного материала (например, сталь, чугун), расположенной в теле шашки ВВ открытой частью к кумулятивной выемке симметрично ей и разделяющей шашку ВВ на две части, при этом толщина слоя ВВ от торца шашки ВВ без выемки до вершины внешней поверхности оболочки и толщина слоя ВВ от вершины внутренней поверхности оболочки до вершины кумулятивной выемки находятся в соотношении
D ≥ L₁ ≥ 2L₂, (1)
где
D - диаметр заряда;
L₁ - толщина слоя ВВ от торца шашки ВВ без выемки до вершины внешней поверхности оболочки;
L₂ - толщина шашки ВВ от вершины внутренней поверхности оболочки до вершины кумулятивной выемки;
а толщина оболочки выбирается из соотношения
2δ≥h≥δ, (2)
где
h - толщина оболочки;
δ - максимальная толщина облицовки.

Кроме того, внутренняя оболочка выполнена в форме параболоида вращения.

Кроме того, части шашки ВВ, на которые ее разделила внутренняя оболочка, выполнены из различного состава ВВ.

Кроме того, основание внутренней оболочки расположено на основании облицовки или между облицовкой и корпусом заряда, или на корпусе заряда.

Технический результат выражается в том, что во время формирования кумулятивной струи продукты детонации шашки ВВ оказывают подпирающее действие на оболочку, что приводит к увеличению энергии и импульса, идущих на формирование кумулятивной струи, увеличивая ее пробивное действие и исключая разлет осколков оболочки в радиальном направлении.

Наличие признаков, отличающих заявляемое изобретение от прототипа, позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "новизна".

На фиг. 1 представлен общий вид кумулятивного заряда в разрезе, на фиг. 2 - кривая зависимости относительного пробития кумулятивного заряда от относительной толщины оболочки,
где
l - глубина пробития;
D - диаметр заряда;
h - толщина оболочки;
δ - максимальная толщина облицовки.

Кумулятивный заряд содержит (см. фиг. 1) инициирующее устройство 1, корпус 7, внутреннюю оболочку 3 толщиной h, разделяющую шашку ВВ на две части: шашку ВВ2 толщиной L₁ и шашку ВВ4 толщиной L₂ с кумулятивной выемкой 5 и кумулятивной облицовкой 6 толщиной h. Внутренняя оболочка 3 выполнена в форме тела вращения (параболоид) из высокоплотного материала (сталь). При этом толщины L₁ и L₂ частей шашки ВВ, разделенных внутренней оболочкой 3, находятся в соотношении
D ≥ L₁ ≥ 2L₂,
где
D - диаметр заряда.

Кроме того, толщина оболочки 3 - (h) выбирается из соотношения 2δ≥h≥δ, где δ - максимальная толщина облицовки 6.

Работает кумулятивный заряд следующим образом.

Инициирующим устройством 1 (КД, ЭД, ДШ) в шашке ВВ2 возбуждается детонационная волна, которая, достигнув внешней границы оболочки 3, вызывает в ней прохождение ударной волны. Ударная волна, достигнув внутренней границы оболочки 3, возбуждает детонацию в шашке ВВ4 с кумулятивной выемкой 5. В этом время внутренняя оболочка 3 обжимается под действием продуктов детонации шашки ВВ2 и создает кумулятивный эффект в продуктах детонации шашки 4. В результате этого происходит увеличение скорости потока продуктов детонации в направлении вершины кумулятивной струи, образующейся из облицовки 6. Во время формирования кумулятивной струи продукты детонации шашки ВВ2 оказывают подпирающее действие на внутреннюю оболочку 3, что приводит к увеличению энергии и импульса, идущих на формирование кумулятивной струи из облицовки 6, в результате чего увеличивается ее пробивное действие и уменьшается радиус разлета осколков оболочки 3.

Математические выражения необходимы для определения оптимальных параметров оболочки кумулятивного заряда.

Правильность данного соотношения (1) была проверена экспериментально на кумулятивном заряде диаметром 100 мм; с кумулятивной облицовкой 6 толщиной δ = 2,5 мм; внутренней оболочкой 3 толщиной h=5 мм. Результаты экспериментов представлены в таблице, где l - глубина пробивного канала в преграде.

Из таблицы видно, что по мере увеличения размера L₁ приращение глубины канала преграды l уменьшается и при L₁=2L₂ достигает максимального значения l=250 мм.

Кроме того, правильность соотношения (2) подтверждается графической зависимостью, представленной на фиг. 2, построенной по экспериментальным данным. В экспериментах использовались кумулятивные заряды различных диаметров, с облицовками и внутренними оболочками различной толщины. Поэтому для удобства обобщения результатов на графике данные эксперименты представлены в относительных величинах. Из графика (см. фиг. 2) видно, что при достижении соотношением h/δ значения 2, рост пробития практически прекращается.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность работы кумулятивного заряда, увеличив пробивную способность, уменьшить радиус разлета осколков оболочки заряда, не превышающий радиус опасной зоны по действию воздушной ударной волны. Это в свою очередь дает возможность применять данный заряд для взрывных работ на открытых поверхностях без применения повышенных мер безопасности.

Изобретение может быть использовано в нефтегазодобывающей, горнодобывающей промышленности для перфорации нефтяных и газовых скважин, для взрывного бурения шпуров, при дроблении негабаритов, при прокладке горных выработок. Кумулятивный заряд содержит корпус, инициирующее устройство, шашку ВВ с кумулятивной выемкой и облицовкой. Он снабжен оболочкой, выполненной в форме тела вращения из высокоплотного материала, делящей шашку ВВ на две части, толщины которых находятся в определенной математической зависимости. При этом повышается эффективность кумулятивного заряда. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Кумулятивный заряд, содержащий корпус, инициирующее устройство, шашку ВВ с кумулятивной выемкой, покрытой облицовкой, отличающийся тем, что он снабжен оболочкой, выполненной в форме тела вращения из высокоплотного материала (например, сталь, чугун), расположенной в теле шашки ВВ открытой частью к кумулятивной выемке симметрично ей и разделяющей шашку ВВ на две части, при этом толщина слоя ВВ от торца шашки ВВ без выемки до вершины внешней поверхности оболочки и толщины слоя ВВ от вершины внутренней поверхности оболочки до вершины кумулятивной выемки находятся в соотношении
D≥L₁≥2L₂,
где D - диаметр заряда;
L₁ - толщина слоя ВВ от торца шашки ВВ без выемки до вершины внешней поверхности оболочки;
L₂ - толщина шашки ВВ от вершины внутренней поверхности оболочки до вершины кумулятивной выемки, а толщина оболочки выбирается из соотношения 2δ≥h≥δ, где
h - толщина оболочки;
δ - максимальная толщина облицовки. 2. Кумулятивный заряд по п.1, отличающийся тем, что в нем внутренняя оболочка выполнена в форме параболоида вращения. 3. Кумулятивный заряд по п.1, отличающийся тем, что в нем части шашки ВВ, разделенные оболочкой, выполнены из различного состава ВВ. 4. Кумулятивный заряд по п.1, отличающийся тем, что основание внутренней оболочки расположено на основании облицовки, или между облицовкой и корпусом заряда, или на корпусе заряда.