ДЕТОНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО МЕХАНИЧЕСКОГО ВЗРЫВАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК F42C19/10 

Изобретение относится к взрывным работам, а точнее к взрывателям, срабатывающим от заданного механического усилия. Изобретение 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, 1962 г.). 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 шашка-детонатор (шашка из высокоплотного бризантного ВВ, способная надежно возбуждать детонацию зарядов боеприпасов). Срабатывание детонирующего устройства происходит при наколе капсюля-детонатора жалом ударника с определенным усилием. От капсюля-детонатора взрыв распространяется в передаточный заряд и далее в шашку-детонатор.

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

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, (фиг.1), бюл. №19, 1997 г.

Это детонирующее устройство механического взрывателя применяется для инициирования взрывной цепи кумулятивных перфораторов, спускаемых в нефтяные и газовые скважины на насосно-компрессорных трубах (НКТ), и содержит корпус с расположенным в нем последовательно капсюлем-детонатором, представляющим собой шашку бризантного ВВ, запрессованного в верхнее отверстие корпуса, передаточным зарядом и шашкой-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). При этом закрепление бойка в отверстии корпуса осуществляется с помощью клея.

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 подрыва капсюля-детонатора. Это связано с тем, что закрепление бойка в отверстии корпуса осуществляется с помощью клея. Фиксацию производят путем нанесения вручную тонкого слоя клея на боковые поверхности бойка и отверстия, установки бойка в отверстие корпуса до касания поверхностей бойка и деформируемого элемента из инертного материала, расположенного над шашкой ВВ капсюля-детонатора, и полимеризации клея. При этом не исключается затекание клея на деформируемый элемент и капсюль-детонатор, что приводит к увеличению площади склеивания и, как следствие, к увеличению прочности клеевого соединения на сдвиг. Подобный способ закрепления бойка в отверстии корпуса определяет нестабильность величины сдвиговой прочности, которая может превышать нормированную минимальную величину механического усилия сдвига бойка в отверстии, а значит приводит к увеличению энергии удара, необходимого для подрыва капсюля-детонатора.

При работе в условиях скважины, в связи с повышенной прочностью клеевого соединения бойка и корпуса, усилия ударного импульса недостаточно для начала процесса возбуждения взрывчатого превращения капсюля-детонатора, что приводит к отказу – несрабатыванию детонационного устройства при установленной минимальной величине энергии ударного импульса. Минимальная величина энергии удара, заданная конструкцией спускового механизма взрывной (инициирующей) головки, является величиной постоянной для данного типа головки.

Другим недостатком известной конструкции детонирующего устройства механического взрывателя является низкая плотность передаточного заряда (не более 1,33 г/см³), состоящего из порошкообразного бризантного ВВ - октогена. Учитывая реальные условия эксплуатации устройства в скважине (механические удары, вибрация и т.д.), не исключается возможность уплотнения передаточного заряда и появления воздушного зазора между осевым каналом и поверхностью передаточного заряда. Это приводит к замедлению возрастания давления в процессе горения передаточного заряда и перехода этого горения в стабильную детонацию. При дальнейшем возрастании давления его величина может превышать сдвиговое усилие клеевого соединения системы колпачок шашки-детонатора - стенка корпуса, вследствие чего происходит выгорание ВВ, выталкивание газовой струи и разрушение шашки-приемника первого модуля перфоратора без детонации. Кроме того, плоская ударная волна при нормированном воздушном зазоре между шашкой-детонатором устройства и шашкой-приемником первого модуля перфоратора при указанных выше недостатках отличается нестабильностью параметров, что может привести к прерыванию детонации на данном участке.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности срабатывания детонирующего устройства при установленной величине минимальной энергии удара, снижение минимальной величины энергии удара, необходимой для задействования устройства путем использования цилиндрического ступенчатого бойка без применения клея, что позволит расширить диапазон использования устройства и применять его в различных типах взрывных головок, повышение надежности передачи детонации через нормированный воздушный зазор шашке-приемнику взрывной цепи первого модуля перфоратора путем использования шашки-детонатора с кумулятивной выемкой, облицованной металлической фольгой, а также улучшение технологичности и повышение безопасности при сборке устройства, путем использования передаточного заряда и шашки-детонатора в виде готовой сборки, фиксируемой гайкой.

Для достижения поставленной задачи предлагается конструкция детонирующего устройства механического взрывателя на основе бризантного ВВ, состоящая из расположенных в корпусе последовательно на одной оси цилиндрического бойка, установленного в отверстии корпуса, деформируемого элемента, капсюля-детонатора, представляющего собой прессованную шашку из бризантного ВВ, осевого канала малого диаметра, не содержащего ВВ, передаточного заряда и шашки-детонатора, выполненных из бризантного ВВ. Цилиндрический боек, в отличии от известной конструкции, выполнен ступенчатым и установлен большим диаметром на капсюль-детонатор через деформируемый элемент свободно, без использования клея, а его фиксация в отверстии корпуса осуществлена перегородкой гайки, имеющей отверстие диаметром, равным малому диаметру бойка. Для повышения безопасности устройства гайка выполнена таким образом, что боек не выступает за габариты устройства.

Кроме того, в отличие от известной конструкции передаточный заряд и шашка-детонатор выполнены в виде отдельной сборки. В алюминиевый колпачок запрессована на ¹/₂ высоты колпачка навеска порошка бризантного ВВ октогена, представляющая собой передаточный заряд. Шашка-детонатор, отпрессованная из термопластичного бризантного ВВ с кумулятивной выемкой, облицованной металлической фольгой, вставлена в алюминиевый колпачок до контакта с передаточным зарядом. С другой стороны шашка-детонатор также закрыта алюминиевым колпачком. Фиксация сборки передаточный заряд - шашка-детонатор в нижнем отверстии корпуса устройства осуществлена гайкой, в перегородке которой выполнено отверстие диаметром, меньше диаметра алюминиевого колпачка шашки-детонатора.

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. соответствие 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.

На чертеже изображено детонирующее устройство механического взрывателя.

Устройство состоит из корпуса 1, содержащего последовательно на одной оси ступенчатый цилиндрический боек 2, деформируемый элемент 4, капсюль-детонатор 5, осевой канал 6, передаточный заряд 8 и шашку-детонатор 10, кумулятивную выемку 11, и двух гаек 3 и 12.

Боек 2 фиксируется гайкой 3, наворачиваемой на корпус 1 устройства и имеющей в перегородке отверстие, диаметр которого равен меньшему диаметру ступенчатого бойка 2.

Между капсюлем-детонатором 5 и передаточным зарядом 8 в корпусе 1 имеется осевой канал 6. Передаточный заряд 8 и шашка-детонатор 10 выполнены в виде отдельной сборки. В алюминиевый колпачок 7 запрессована на ¹/₂ высоты колпачка навеска порошка бризантного ВВ октогена, представляющая собой передаточный заряд 8. Шашка-детонатор 10, отпрессованная из термопластичного бризантного ВВ с кумулятивной выемкой 11, облицованной металлической фольгой 13, вставлена в алюминиевый колпачок 7 до контакта с передаточным зарядом 8. Нижний конец шашки-детонатора 10 помещен в алюминиевый колпачок 9. Фиксация сборки передаточный заряд 8 - шашка-детонатор 10 в корпусе 1 осуществляется гайкой 12. Во избежание выпадения сборки в перегородке гайки 12 выполнено отверстие диаметром, меньшим на 1 мм диаметра алюминиевого колпачка 9. Для улучшения восприимчивости передаточного заряда 8 к лучу огня от капсюля-детонатора 5 через осевой канал 6 в донышке колпачка 7 выполнено отверстие, соосное с осевым каналом 6.

Примером конкретного выполнения заявленной конструкции детонирующего устройства механического взрывателя является устройство на основе бризантного ВВ октогена и термопластичного бризантного ВВ по ТУ 84-760-78, которое предназначено для использования в термобаростойкой взрывной головке кумулятивных перфораторов, спускаемых в нефтяные и газовые скважины на НКТ. В этом устройстве изготовленный из закаленной стали боек 2 имеет ступенчатую форму - больший диаметр на длине 5 мм равен 3,2 мм, меньший диаметр на длине 3 мм равен 2,8 мм. Капсюль-детонатор 5 представляет собой навеску бризантного ВВ октогена массой ~0,020 г, запрессованную в верхнее отверстие корпуса 1 устройства до плотности ~1,6 г/см³.

Боек 2 установлен в отверстие большим диаметром свободно, без использования клея, с обеспечением радиального зазора между бойком и отверстием в пределах 0,01...0,09 мм по диаметру и опирается торцевой частью на капсюль-детонатор 5 через деформируемый элемент 4 из алюминиевой фольги толщиной 0,1 мм.

Закрепление бойка 2 в отверстии корпуса 1 осуществлено гайкой 3, наворачиваемой на корпус 1 и имеющей перегородку толщиной 0,5...1 мм и отверстие диаметром 2,8^+0,1 мм, плечики отверстия перегородки плотно прижимают боек 2 к поверхности деформируемого элемента 4. Диаметр осевого канала 6 в 5...10 раз меньше диаметра отверстия, в котором установлен боек 2. Соотношение между диаметрами отверстия и осевого канала 6 обусловлено давлением выдавливания ВВ через осевой канал 6. Для стабильного возбуждения детонации бризантного ВВ значение давления выдавливания должно превышать критическое давление (Унксов Е.П. Инженерная теория пластичности. - М.: Машгиз, 1959). На резьбу корпуса 1 устройства на высоту накручивания гайки 3 нанесен тонкий слой эпоксидного клея для фиксации конечного положения гайки 3.

Диаметры передаточного заряда 8 и шашки-детонатора 10 составляют 6 мм, высоты 7 и 23 мм соответственно. Высоты алюминиевых колпачков 7 и 9 выбраны таким образом, чтобы передаточный заряд 8 и шашка-детонатор 10 находились в плотном контакте друг с другом. Передаточный заряд 8 из бризантного ВВ октогена, запрессованный в алюминиевый колпачок 7 имеет плотность 1,5...1,6 г/см³, а плотность шашки-детонатора 10 из термопластичного бризантного ВВ по ТУ 84-760-78 составляет 1,8 г/см³.

Кумулятивная выемка 11 шашки-детонатора 10 облицована медной фольгой 13 толщиной 0,3 мм и закрыта алюминиевым колпачком 9.

Сборка передаточный заряд - шашка-детонатор вставлена в нижнее отверстие корпуса 1 устройства и зафиксирована гайкой 12, диаметр отверстия в перегородке гайки 12 равен 6 мм.

Резьба гайки 12 также зафиксирована от раскручивания эпоксидным клеем.

Устройство работает следующим образом. При механическом ударе определенной энергии по бойку 2, установленному в отверстии корпуса 1 и закрепленному на деформируемом элементе 4 при помощи плечиков отверстия перегородки гайки 3, происходит сдвиг бойка внутри отверстия корпуса 1 и воздействие бойка 2 на капсюль-детонатор 5 через деформируемый элемент 4. В процессе уплотнения капсюля-детонатора 5 и перетекания ВВ в осевой канал 6 происходит образование очагов разогрева, в результате чего ВВ воспламеняется и продуктами горения через осевой канал 6 и отверстие в алюминиевом колпачке 7 зажигает передаточный заряд 8.

Горение передаточного заряда 8 в условиях замкнутого объема и, как следствие, быстрого возрастания давления переходит в нормальную детонацию, которая передается шашке-детонатору 10.

Шашка-детонатор 10 срабатывает и скумулированная с помощью кумулятивной выемки энергия взрыва шашки-детонатора 10, пробивая отверстие в донышке колпачка 9 и проходя через осевое отверстие гайки 12 и воздушный зазор, вызывает детонацию шашки-приемника взрывной цепи первого модуля перфоратора.

Поскольку ступенчатый боек 2 находится в свободном состоянии, энергия механического удара в полной мере передается капсюлю-детонатору через деформируемый элемент. В результате этого снижается величина минимальной энергии удара, необходимой для приведения в действие детонирующего устройства. При этом обеспечивается гарантированная надежность срабатывания устройства за счет исключения влияния клеевого соединения в системе боек - отверстие корпуса, используемой в прототипе.

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

Выполнение детонирующего устройства механического взрывателя описанным выше образом обеспечивает следующее.

1. Повышение надежности срабатывания устройства при установленной величине минимальной энергии удара за счет исключения влияния клеевого соединения боек - отверстие корпуса.

2. Гарантированную и постоянную величину ударной энергии воздействия бойка на капсюль-детонатор.

3. Снижение величины минимальной энергии инициирующего механического импульса за счет свободного положения бойка.

4. Повышение надежности передачи детонации от устройства механического взрывателя через воздушный зазор шашке-приемнику взрывной цепи первого модуля перфоратора за счет использования шашки-детонатора с кумулятивной выемкой, облицованной металлической фольгой.

5. Повышение технологичности и безопасности при сборке устройства за счет уменьшения количества сборочных единиц и использования передаточного заряда и шашки-детонатора в виде готовой сборки.

Работоспособность и надежность срабатывания предложенного детонирующего механического взрывателя подтверждена экспериментально на промышленных образцах изделия при их испытаниях на копровой установке К-44-II.

Использование: в конструкциях детонирующих устройств ударного механического взрывателя, срабатывающих от заданного механического усилия, используемых при взрывных работах в нефтегазодобывающей промышленности. Сущность технического решения: в корпусе устройства, содержащем последовательно боек, деформируемый элемент, капсюль-детонатор, осевой канал, передаточный заряд, шашку-детонатор, боек выполнен ступенчатым, установлен свободно и зафиксирован на поверхности деформируемого элемента гайкой, наворачиваемой на корпус и имеющей перегородку с отверстием, диаметр которого равен меньшему диаметру ступенчатого цилиндрического бойка. Передаточный заряд и шашка-детонатор выполнены отдельной сборкой, содержащей алюминиевый колпачок с запрессованной в нем навеской порошка бризантного ВВ на ¹/₂ его высоты, вставленную вплотную к шашке-детонатору из термопластичного бризантного ВВ и имеющую в нижней части кумулятивную выемку, облицованную металлической фольгой и закрытую алюминиевым колпачком. Фиксация сборки передаточный заряд - шашка-детонатор осуществлена гайкой, в перегородке которой выполнено отверстие диаметром, меньше диаметра алюминиевого колпачка, закрывающего шашку-детонатор. Технический результат: повышение надежности срабатывания устройства, снижение величины минимальной энергии удара, необходимой для его срабатывания, улучшения технологичности и повышение безопасности при сборке устройства. 3 з.п. ф-лы., 1 ил.

1. Детонирующее устройство механического взрывателя, содержащее корпус с расположенными в нем последовательно цилиндрическим бойком, деформируемым элементом, капсюлем-детонатором, выполненным из бризантного взрывчатого вещества, осевым каналом, передаточным зарядом и шашкой-детонатором, отличающееся тем, что цилиндрический боек выполнен ступенчатым, а его фиксация на поверхности деформируемого элемента осуществлена гайкой, наворачиваемой на корпус устройства и имеющей перегородку с отверстием, диаметр которого равен меньшему диаметру ступенчатого цилиндрического бойка.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передаточный заряд и шашка-детонатор выполнены в виде отдельной законченной сборки, содержащей цилиндрический алюминиевый колпачок с запрессованной в нем на ¹/₂ высоты навески порошка бризантного ВВ и вставленной вплотную к шашке-детонатору из термопластичного бризантного ВВ, закрытой снизу также алюминиевым цилиндрическим колпачком.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что алюминиевый колпачок с передаточным зарядом из бризантного ВВ имеет в донышке отверстие, соосное с осевым каналом корпуса устройства, а шашка-детонатор выполнена с кумулятивной выемкой, облицованной металлической фольгой.4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что сборка передаточный заряд - шашка-детонатор зафиксирована в нижнем отверстии корпуса устройства гайкой, в перегородке которой выполнено отверстие, диаметр которого меньше диаметра алюминиевого колпачка шашки-детонатора.