ДЕТОНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО МЕХАНИЧЕСКОГО ВЗРЫВАТЕЛЯ Российский патент 2003 года по МПК F42C19/10 

Изобретение относится к взрывным работам, а точнее к взрывателям, срабатывающим от заданного механического усилия. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано при разработке конструкции детонирующего устройства ударного механического взрывателя.

Известно детонирующее устройство механического взрывателя (см. патент ФРГ 1209464, кл. 72 I 3/02, 1966). Устройство применяется для возбуждения взрыва зарядов боеприпасов и включает в себя размещенные в металлическом корпусе капсюль-детонатор накольного действия с инициирующим взрывчатым веществом (ВВ), передаточный заряд (обычно из низкоплотного бризантного ВВ) и детонатор (шашка из высокоплотного бризантного ВВ, способная надежно возбуждать детонацию заряда боеприпаса). Срабатывание детонирующего устройства происходит при наколе капсюля-детонатора жалом ударника с определенным усилием. От капсюля-детонатора взрыв передается в передаточный заряд и далее в детонатор.

Недостатком детонирующего устройства данной конструкции является повышенная опасность при проведении производственных операций, связанная с тем, что капсюль-детонатор содержит инициирующее ВВ, обладающее чрезвычайно высокой чувствительностью к различного рода внешним воздействиям (удару, вибрации, лучу огня и т.п.).

Из известных детонирующих устройств механического взрывателя наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является детонирующее устройство, описанное в патенте РФ 2083948, МПК 6 F 42 С 19/10, бюл. 19, 1997.

Это детонирующее устройство механического взрывателя применяется для подрыва кумулятивные перфораторов, спускаемых в нефтяные и газовые скважины на насосно-компрессорных трубах, содержит корпус с расположенными в нем последовательно капсюлем-детонатором, представляющим из себя шашку бризантного взрывчатого вещества, запрессованного в металлическую втулку, передаточным зарядом и детонатором. Между передаточным зарядом и капсюлем-детонатором в корпусе выполнен осевой канал, над капсюлем-детонатором расположен цилиндрический боек, между капсюлем-детонатором и бойком установлен деформируемый элемент из инертного материала (алюминиевой фольги), а между втулкой и гильзой помещена уплотнительная прокладка, при этом закрепление бойка во втулке осуществляется с помощью клея. Корпус детонирующего устройства выполнен в виде втулки и гильзы, скрепленных гайкой, торцевая поверхность которой расположена выше торцевой поверхности бойка, а в гильзе, в зоне расположения передаточного заряда, выполнены радиальные отверстия, заполненные легкоплавким сплавом.

Недостаток известной конструкции детонирующего устройства механического взрывателя заключается в том, что устройство обладает низкой надежностью срабатывания при установленной (регламентированной) величине минимальной механической энергии удара, необходимой для возбуждения взрывчатого превращения (подрыва) капсюля-детонатора. Это связано с тем, что закрепление бойка во втулке осуществляется с помощью клея (эпоксидного или типа БФ-2 и т.п.). Склейку производят путем нанесения вручную тонкого слоя клея на контактирующие поверхности бойка и втулки, установки бойка во втулку до касания поверхности бойка и деформируемого элемента из инертного материала, расположенного над шашкой ВВ капсюля-детонатора, и полимеризации (затвердевания) клея. При этом не исключается затекание клея в зазор на деформируемый элемент и шашку капсюля-детонатора, что приводит к увеличению площади склеивания и, как следствие, к увеличению прочности клеевого соединения на сдвиг. Подобный способ закрепления бойка во втулке определяет нестабильность величины сдвиговой прочности, которая может превышать величину механического усилия для сдвига бойка во втулке. Это приводит к увеличению энергии удара, необходимой для подрыва капсюля-детонатора. При работе в реальных условиях скважины, когда в связи с повышенной прочностью клеевого соединения бойка и втулки усилия ударного импульса недостаточно для начала процесса возбуждения взрывчатого превращения капсюля-детонатора, происходит отказ - несрабатывание детонирующего устройства при установленной минимальной энергии ударного механического импульса. Величина энергии удара задана конструкцией спускового механизма взрывной (инициирующей) головки и является величиной постоянной для данного типа головки (при этом снижение величины минимальной энергии удара, необходимой для срабатывания детонирующего устройства, позволяет расширить диапазон использования устройства и применять его в различных типах взрывных головок).

Другим недостатком известной конструкции детонирующего устройства механического взрывателя является то, что сборка устройства сопряжена с повышенной опасностью. Это связано с тем, что между капсюлем-детонатором и торцевой поверхностью гильзы устанавливается уплотнительная прокладка из алюминиевой фольги. При сборке устройства, а именно затягивании втулки с капсюлем-детонатором на гильзе с помощью гайки, происходит трение поверхности капсюля-детонатора по уплотнительной прокладке и сжатие последней. В случае попадания между данными поверхностями каких-либо твердых частиц (металлическая крошка, песчинки, стекло и т.п.) возможно возбуждение взрыва в капсюле-детонаторе.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение надежности срабатывания детонирующего устройства при установленной величине минимальной энергии удара и снижение величины энергии удара, необходимой для его задействования путем использования фиксирующего элемента, удерживающего боек во втулке в определенном положении - плотно на капсюле-детонаторе и закрепленного на наружной поверхности втулки с помощью эластичного термостойкого материала, а также повышение безопасности при сборке устройства за счет создания зазора между поверхностью капсюля-детонатора и торцевой поверхностью гильзы.

Для достижения поставленной задачи предлагается конструкция детонирующего устройства механического взрывателя на основе бризантного взрывчатого вещества, состоящая из расположенных в корпусе последовательно на одной оси цилиндрического бойка, установленного во втулку, капсюля-детонатора, находящегося во втулке и представляющего собой прессованную шашку из бризантного ВВ, осевого канала малого диаметра, не содержащего ВВ, передаточного заряда и детонатора, выполненных из бризантного ВВ, при этом корпус устройства выполнен в виде втулки и гильзы, скрепленных гайкой, торцевая поверхность которой расположена выше торцевой поверхности бойка, а в гильзе, в зоне расположения передаточного заряда, выполнены радиальные отверстия, заполненные легкоплавким сплавом, где в отличие от известной конструкции боек установлен во втулке на капсюль-детонатор свободно, без использования клея, сверху на боек установлен фиксирующий элемент в виде цилиндрического колпачка из твердого металла, например алюминия, а сам фиксирующий элемент закреплен на наружной цилиндрической поверхности втулки при помощи эластичного термостойкого материала, например герметика типа ВГО-I.

Кроме этого, в отличие от прототипа, в предлагаемой конструкции детонирующего устройства механического взрывателя для повышения безопасности при сборке устройства капсюль-детонатор запрессован во втулку с утопанием на глубину 0,10. ..0,15 мм относительно торцевой поверхности втулки со стороны гильзы. Полученный таким образом зазор обеспечивает гарантированное отсутствие трения между поверхностью капсюля-детонатора и гильзы при затягивании гайки на гильзе устройства. При такой конструкции детонирующего устройства исключается применение уплотнительной прокладки в форме диска из алюминиевой фольги толщиной 0,05 мм, которая устанавливается между втулкой и гильзой в прототипе.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "новизна".

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалиста в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемый чертеж.

Чертеж изображает детонирующее устройство механического взрывателя.

Корпус устройства состоит из гильзы 1 и втулки 2, скрепленных гайкой 3. В корпусе расположены последовательно на одной оси боек 4, установленный свободно, без использования клея, во втулке 2 на капсюль-датонатор 5, фиксирующий элемент 6 в виде цилиндрического колпачка из твердого металла, опирающийся на торцевую поверхность бойка 4 и закрепленный на наружной цилиндрической поверхности втулки 2 при помощи эластичного термостойкого материала 7, передаточный заряд 8 и детонатор 9. Капсюль-детонатор 5 установлен (запрессован) во втулке 2 с заглублением относительно торцевой поверхности втулки со стороны гильзы 1. Между капсюлем-детонатором и передаточным зарядом в гильзе имеется цилиндрический осевой канал 10, диаметр которого в 5...10 раз меньше диаметра бойка. В гильзе, в зоне расположения передаточного заряда, выполнены радиальные отверстия 11, заполненные легкоплавким сплавом. Диаметр передаточного заряда превышает критический диаметр детонации ВВ, а высота - длину преддетонационного участка.

Примером конкретного выполнения заявленной конструкции детонирующего устройства механического взрывателя является устройство на основе октогена, которое предназначено для использования в термобаростойкой взрывной головке кумулятивных перфораторов, спускаемых в нефтяные и газовые скважины на насосно-компрессорных трубах. В этом устройстве (см. чертеж) изготовленный из закаленной стали боек 4 имеет диаметр 3,5 мм. Капсюль-детонатор 5 представляет собой навеску штатного октогена массой 0,030 г, запрессованную в стальную втулку 2 до плотности 1,6 г/см³ с утопанием ее торцевой поверхности относительно торцевой поверхности втулки со стороны гильзы 1 на глубину 0,10. ..0,15 мм. Боек установлен во втулке свободно, без использования клея, с обеспечением радиального зазора между бойком и втулкой в пределах 0,01... 0,09 мм по диаметру и опирается торцевой частью на капсюль-детонатор. Обеспечение зазора между бойком и втулкой в пределах 0,01...0,09 мм по диаметру позволяет исключить применение вставки (деформируемого элемента в форме диска из алюминиевой фольги толщиной 0,1 мм), применяемой в прототипе для уплотнения кольцевого зазора в процессе нагружения капсюля-детонатора. Закрепление бойка во втулке в определенном положении осуществляется при помощи фиксирующего элемента 6 в виде цилиндрического колпачка из твердого металла алюминия (лента А5) толщиной 0,2...0,3 мм, диаметром 6,0 мм и высотой 5,1 мм. Фиксирующий элемент закрепляется на поверхности втулки при помощи эластичного термостойкого материала 7 - герметика кремнийорганического ВГО-I с рабочим диапазоном температур от - 60 до + 250^oС. Для этого герметик наносят на контактирующие поверхности втулки и колпачка, устанавливают боек на капсюль-детонатор (во втулку) и сверху на боек устанавливают фиксирующий элемент - колпачек. Вулканизация (затвердевание) герметика осуществляется при контакте с влагой воздуха при комнатной температуре. Поскольку геометрические размеры бойка, втулки, капсюля-детонатора и колпачка строго регламентированы, величина площади закрепления фиксирующего элемента на втулке (зона закрепления Н, см. чертеж) при сборке всегда остается величиной постоянной. Это гарантирует неизменность величины усилия сдвига фиксирующего элемента при механическом ударе по бойку. Диаметр и высота расположенного в стальной гильзе 1 передаточного заряда 8 составляют соответственно 4,0 и 41,0 мм. В качестве передаточного заряда использован штатный октоген с плотностью 1,30. . .1,33 г/см³. Просверленный в гильзе со стороны капсюля-детонатора канал 10 имеет диаметр 0,5 мм. Детонатором 9 служит заряд штатного октогена, запрессованного до плотности 1,6 г/см³ в алюминиевый колпачок с наружным диаметром 6,0 и высотой 4,4 мм, установленный в гильзе со стороны передаточного заряда. В гильзе со стороны осевого канала в зоне расположения передаточного заряда выполнены 4 радиальных отверстия 11 диаметром 2,5...3,0 мм, заполненные легкоплавким сплавом ПОССу 40-2.

Устройство работает следующим образом. При механическом ударе с определенной энергией по бойку 4 (см. чертеж), установленному во втулке 2 и закрепленному на капсюле-детонаторе 5 при помощи фиксирующего элемента 6, который, в свою очередь, закреплен на поверхности втулки 2 при помощи эластичного термостойкого материала 7, происходит сдвиг фиксирующего элемента по поверхности втулки соответственно бойка внутри втулки и кратковременное ударное воздействие бойка на капсюль-детонатор 5. Процесс ударного разрушения капсюля-детонатора сопровождается межкристаллическим трением и образованием очагов разогрева, в результате чего ВВ воспламеняется и продукты его горения через осевой канал 10 в гильзе 1 зажигают, в свою очередь, передаточный заряд 8. Горение передаточного заряда в условиях замкнутого объема при всевозрастающем давлении ускоряется и на некотором расстоянии (преддетонационный участок) переходит в нормальную детонацию, которая передается далее в детонатор 9. Детонатор 9 срабатывает и передает высокоскоростную детонацию далее во взрывную цепь перфоратора. Поскольку усилие сдвига, необходимое для разрушения эластичного соединения герметика ВГО-I, при сдвиге фиксирующего элемента значительно ниже усилия, необходимого для разрушения клеевого соединения ("боек втулка") клея БФ-2 или эпоксидного клея (величина усилия сдвига составляет соответственно 4...10, 27...33 и 55...65 кг), и является величиной постоянной для данного типа герметика, то соответственно снижается и величина минимальной энергии удара, требующейся для приведения в действие детонирующего устройства. При этом обеспечивается гарантированная надежность срабатывания устройства за счет исключения влияния различной прочности клеевого соединения "боек втулка" на величину воздействующего ударного импульса.

Предложенное детонирующее устройство механического взрывателя по сравнению с лучшими образцами аналогичного оборудования позволяет использовать его в составе термобаростойкой взрывной головки для подрыва кумулятивных перфораторов, спускаемых в нефтяные и газовые скважины на насосно-компрессорных трубах.

Выполнение детонирующего устройства механического взрывателя описанным выше образом обеспечивает:
1. Повышение надежности срабатывания устройства при установленной величине минимальной энергии удара за счет исключения влияния прочности клеевого соединения "боек втулка" (при нестабильности величины площади склеивания).

2. Гарантированную и постоянную величину ударной энергии воздействия бойка на капсюль-детонатср за счет постоянства величины усилия сдвига эластичного термостойкого материала.

3. Снижение величины минимальной энергии инициирующего механического импульса за счет того, что предел прочности на сдвиг эластичного герметика типа ВГО-I, значительно ниже, чем предел прочности на сдвиг клеевого соединения эпоксидного клея (или клея БФ-2 и т.п.), используемого для закрепления бойка во втулке в прототипе.

4. Герметичность соединения бойка и капсюля-детонатора во втулке, исключающую попадание в кольцевой зазор "боек втулка" влаги, пыли, порошкообразных частиц и т.п. при снаряжении перфораторов детонирующими устройствами в производственных условиях (на скважинах).

5. Повышенную безопасность при сборке устройства за счет заглубления капсюля-детонатора во втулке и образования, таким образом, зазора, гарантирующего отсутствие трения между поверхностью шашки ВВ капсюля-детонатора и поверхностью металлической гильзы в момент стягивания втулки и гильзы соединительной гайкой.

Работоспособность и надежность срабатывания предложенного детонирующего устройства механического взрывателя подтверждена экспериментально на промышленных образцах изделия при их испытаниях на вертикальном копре K-44-11, предназначенном для определения чувствительности к удару взрывчатых веществ.

Использование: взрывные работы, взрыватели, срабатывающие от заданного механического усилия, конструкция детонирующего устройства ударного механического взрывателя. Сущность изобретения: в корпусе, состоящем из втулки и гильзы, скрепленных гайкой, расположены последовательно боек, свободно установленный во втулке на капсюль-детонатор, передаточный заряд, детонатор и осевой канал, выполненный в гильзе между капсюлем-детонатором и передаточным зарядом. Закрепление бойка во втулке осуществляется с помощью фиксирующего элемента в виде цилиндрического колпачка из твердого металла, опирающегося на боек и закрепленного на наружной поверхности втулки при помощи эластичного термостойкого материала. Для повышения безопасности при сборке устройства торцевая поверхность капсюля-детонатора выполнена с зазором относительно торцевой поверхности гильзы. Изобретение повышает надежность срабатывания устройства, снижает величину минимальной энергии удара, необходимой для его срабатывания, и повышает безопасность при сборке устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Детонирующее устройство механического взрывателя, содержащее корпус с расположенными в нем последовательно капсюлем-детонатором, выполненным из бризантного взрывчатого вещества, передаточным зарядом и детонатором, осевым каналом, выполненным в корпусе между передаточным зарядом и капсюлем-детонатором, и цилиндрическим бойком, расположенным над капсюлем-детонатором, при этом корпус выполнен в виде втулки и гильзы, скрепленных гайкой, торцевая поверхность которой расположена выше торцевой поверхности бойка, а в гильзе, в зоне расположения передаточного заряда, выполнены радиальные отверстия, заполненные легкоплавким сплавом, отличающееся тем, что устройство снабжено фиксирующим элементом в виде цилиндрического колпачка из твердого металла, закрепленным на наружной поверхности втулки и опирающимся на боек, свободно установленный во втулке на капсюль-детонатор. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что закрепление фиксирующего элемента на поверхности втулки осуществляется при помощи эластичного термостойкого материала. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что торцевая поверхность капсюля-детонатора выполнена с зазором относительно торцевой поверхности гильзы.