ВЗРЫВНАЯ КАМЕРА ДЛЯ СИНТЕЗА ДЕТОНАЦИОННЫХ НАНОАЛМАЗОВ Российский патент 2008 года по МПК B01J3/08 C01B31/06 B21D26/06 B82B3/00 

Область техники

Изобретение относится к обработке материалов давлением, а именно к взрывным камерам, предназначенным для локализации взрывов при переработке взрывчатых материалов с целью промышленного производства детонационных наноалмазов.

Предшествующий уровень техники

Известны различные конструкции взрывных камер для синтеза сверхтвердых материалов (см. книгу В.В. Даниленко «Синтез и спекание алмазов взрывом», М.: Энергоатомиздат, 2003, 272 с.). Они представляют собой прочные стальные емкости, внутри которых размещают заряд взрывчатого вещества и обрабатываемый материал. При взрыве заряда внутри камеры нагрузки на стенки камеры определяются амплитудой давления и импульсом ударной волны на стенках. Для обеспечения запаса прочности стенок при многократных взрывах амплитуда давления должна быть в 4-5 раз меньше предела текучести используемой стали, а импульс нейтрализуется массой стенок камеры. В зависимости от материалов и конструкции камеры на каждый килограмм взрываемого заряда необходимо от 2 до 10 м³ внутреннего объема камеры. Давление продуктов взрыва на поверхности заряда примерно на два порядка превышает предел текучести лучших марок стали. Поэтому любые детали или части камеры, расположенные вблизи взрываемого заряда, будут быстро разрушаться.

Обычно для исследовательских и технологических целей используются более простые в изготовлении цилиндрические взрывные камеры, у которых при взрыве наибольшие нагрузки испытывают центральное сечение (в котором взрывается заряд), центры днищ и стыки днищ с стенками камеры.

Для промышленного производства детонационных наноалмазов необходимо взрывать в камере заряды взрывчатого вещества большой массы (20 кг и более). Для надежной локализации многократных взрывов таких зарядов стальная камера должна иметь большой объем (более 100 м³) и вес (более 100 тонн), что удорожает камеру, и иметь большой объем (более 100 м³) и вес (более 100 тонн), что удорожает камеру и затрудняет ее транспортировку и монтаж.

Известна камера для взрывной обработки металлов (см. авт. свид. СССР №875706, кл. В21D 26/06, 1985), содержащая корпус, состоящий из центральной части, выполненной в виде концентрично установленных с зазором цилиндров и примыкающих к ним днища и крышки, фиксируемой замком, причем внутренний цилиндр установлен свободно и с зазором относительно крышки, а на торцах наружного цилиндра выполнены охватывающие торцы внутреннего цилиндра выступы, центрирующие последний вдоль оси. В днище укреплен предметный стол для размещения на нем обрабатываемого взрывом изделия. Это техническое решение принимаем за аналог заявляемого изобретения. К недостаткам аналога относятся ограниченные эксплуатационные возможности, так как камеры такого типа необходимо вскрывать после каждого взрыва для извлечения обрабатываемого материала и чистки ее внутренней полости.

Известна взрывная камера KB - 2 (спроектирована и изготовлена в ОКБ ГИТ СО АН СССР), позволяющая сохранять газообразные и конденсированные продукты детонации зарядов массой до 2 кг (Новые материалы и технологии. Экстремальные технологические процессы. Новосибирск, «Наука», Сибирское отделение АН, 1992, стр.63-69), выбранная в качестве прототипа, поскольку она также может использоваться для синтеза детонационных наноалмазов.

Камера - прототип объемом 2,14 м³ состоит из стального вертикального цилиндрического корпуса с двумя полусферическими днищами. На специальной раме закреплена верхняя неподвижная крышка камеры, а нижняя крышка в днище открывается с помощью гидравлики после выдвижения корпуса камеры из рамы. Заряд с электродетонатором подвешивается на проволоке в центре камеры в положении камеры вне рамы и затем корпус вдвигается в раму и закрывается верхняя крышка. Производится подрыв.

Недостатки прототипа:

- камера не рассчитана на использование воды в качестве охлаждающей среды;

- камера не приспособлена для взрывов зарядов большой массы, что ограничивает ее производительность;

- в процессе работы тяжелая камера должна перемещаться.

Раскрытие изобретения

Технический результатом настоящего изобретения является создание конструкции взрывной камеры для синтеза детонационных наноалмазов с широкими эксплуатационными возможностями, обусловленными повышением производительности камеры, безопасности и удобства ее эксплуатации, с возможностью проведения многократных взрывов зарядов взрывчатого вещества большой массы (20 кг и более) без изготовления массивных охлаждающих оболочек и без входа персонала внутрь камеры для установки зарядов в камере и выгрузки из камеры получаемых наноалмазов, а также со снижением взрывных нагрузок на конструкцию камеры.

Это достигается за счет того, что предлагаемая конструкция взрывной камеры для синтеза детонационных наноалмазов, содержащая вертикальный цилиндрический корпус с днищами, люк для доступа внутрь камеры и средства крепления внутри камеры заряда взрывчатого вещества, изготовлена из облицованного сталью железобетона, в стенках камеры равномерно по всей ее внутренней поверхности установлены трубы, оси которых направлены в центр камеры, причем трубы соединены с герметичными баками с водой, которые с помощью электромагнитных клапанов соединены с ресивером со сжатым воздухом, в центре каждого конического днища камеры установлен расширитель в виде цилиндра или многогранника, на боковой поверхности которого имеется люк для транспортировки заряда внутрь камеры и для выгрузки твердых продуктов взрыва, а средства крепления заряда взрывчатого вещества выполнены в виде проходящего по оси камеры стального троса, способного передвигаться, поднимать и удерживать заряд с помощью электротельфера, установленного на днище верхнего расширителя, и отрезка проволоки, один конец которого укреплен на тросе, а второй - на заряде.

Сопоставительный анализ изобретения с прототипом показывает, что заявленная камера имеет новые признаки, обеспечивающие повышение производительности камеры для производства детонационных наноалмазов, безопасность и удобство ее эксплуатации.

Заявленные задачи данного изобретения достигаются следующим образом. Повышение производительности синтеза наноалмазов в камере обеспечивается использованием зарядов большой массы (20 кг и более), механизацией технологических операций, в частности, установки зарядов в центре камеры и выгрузки наноалмазов из камеры.

Безопасность и удобство эксплуатации камеры обеспечивается механизацией технологических операций, не требующих вхождения персонала внутрь камеры с вредной атмосферой, применением устройств, уменьшающих взрывные нагрузки на камеру.

Для уменьшения нагрузок на камеру и упрочнения предлагаемой конструкции камеры применяются следующие способы: создаваемое в камере перед взрывом множество водяных струй, направленных в центр камеры на заряд и частично нейтрализующих энергию продуктов взрыва, движущихся от заряда к стенкам камеры, а также расширители, снижающие нагрузку на днища камеры.

Долговременность эксплуатации камеры также определяется тем, что камера не имеет частей, близко расположенных к заряду и поэтому быстро разрушающихся.

Заявленные задачи решены. Камеру можно использовать многократно для промышленного производства детонационных наноалмазов с механизацией основных технологических операций без входа персонала внутрь камеры.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлено продольное сечение взрывной камеры. Взрывная камера изготовлена из облицованного сталью железобетона и состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с коническими днищами 2. В стенках камеры установлены трубы 3, равномерно распределенные по всей внутренней поверхности камеры, причем оси труб направлены к центру камеры. Трубы 3 соединены с герметичными баками с водой 4, которые соединены с помощью электромагнитных клапанов 5 с ресивером 6 со сжатым воздухом. В центре каждого конического днища 2 расположен расширитель 7 в виде цилиндра или многогранника, на боковой поверхности которого имеется люк 8 для транспортировки в камеру заряда и для выгрузки из камеры твердых продуктов взрыва. Заряд 9 подвешивается в центре камеры на тросе 10 и на проволоке 11 с помощью электротельфера 12, установленного на днище верхнего расширителя.

Взрывная камера работает следующим образом.

Баки 4 заполняются водой, а ресивер 6 - сжатым воздухом. Открывается люк 8 нижнего расширителя 7. Заряд 9 устанавливается на днище нижнего расширителя 7. С помощью проволоки 11 заряд 9 подвешивается на тросе 10 и с помощью электротельфера 12 поднимается в центр камеры. Открываются клапаны 5 в магистрали сжатого воздуха, который подается в баки 4 и вытесняет воду из баков в камеру через трубы 3. В камере создается множество струй воды, движущихся от стенок камеры к ее центру, где подвешен заряд 9. Производится подрыв заряда 9. Интервал времени между открытием клапанов 5 и подрывом заряда 9 для каждой данной камеры определяется экспериментально. Одновременно с подрывом заряда 9 закрываются клапаны 5. Полученная водная суспензия детонационного наноалмаза с помощью насоса откачивается из камеры, после чего открывается люк 8 и из камеры выгружаются твердые продукты взрыва. Затем в камере подвешивается новый заряд 9 и рабочий цикл повторяется.

Промышленная применимость

Данное изобретение найдет применение в производстве детонационных наноалмазов. Для производства до 5 тонн в год детонационных наноалмазов взрывом зарядов из сплава тротил - гексоген ТГ40/60 массой 20 кг заявляемая взрывная камера из облицованного сталью железобетона должна иметь внутренний диаметр 8 м, внутренний диаметр расширителей - 2,5 м, высоту цилиндрического корпуса - 6 м, высоту между днищами расширителей внутри камеры - 14 м, толщину стенок камеры - 0,4 м.

Изобретение относится к обработке материалов давлением, в частности к взрывным камерам, предназначенным для локализации взрывов при переработке взрывчатых веществ с целью промышленного производства детонационных наноалмазов. Взрывная камера содержит вертикальный цилиндрический корпус с днищами, люк для доступа внутрь камеры и средства крепления внутри камеры заряда взрывчатого вещества. Камера изготовлена из облицованного сталью железобетона, в стенках камеры равномерно по всей ее внутренней поверхности установлены трубы, оси которых направлены в центр камеры, причем трубы соединены с герметичными баками с водой, которые с помощью электромагнитных клапанов соединены с ресивером со сжатым воздухом, при этом днища камеры выполнены коническими, в центре каждого днища установлен расширитель в виде цилиндра или многогранника, на боковой поверхности которого расположен люк для транспортировки заряда внутрь камеры и для выгрузки твердых продуктов взрыва. Средства крепления заряда взрывчатого вещества выполнены в виде проходящего по оси камеры стального троса, способного передвигаться, поднимать и удерживать заряд с помощью электротельфера, установленного на днище верхнего расширителя, и отрезка проволоки, один конец которого укреплен на тросе, а второй - на заряде. Технический результат заключается в повышении производительности камеры, безопасности и удобстве ее эксплуатации без вхождения персонала внутрь камеры. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Взрывная камера для синтеза детонационных наноалмазов, содержащая вертикальный цилиндрический корпус с днищами, люк для доступа внутрь камеры и средства крепления внутри камеры заряда взрывчатого вещества, отличающаяся тем, что камера изготовлена из облицованного сталью железобетона, в стенках камеры равномерно по всей ее внутренней поверхности установлены трубы, оси которых направлены в центр камеры, причем трубы соединены с герметичными баками с водой, которые с помощью электромагнитных клапанов соединены с ресивером со сжатым воздухом, при этом днища камеры выполнены коническими, в центре каждого днища установлен расширитель в виде цилиндра или многогранника, на боковой поверхности которого расположен люк для транспортировки заряда внутрь камеры и для выгрузки твердых продуктов взрыва.2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что средства крепления заряда взрывчатого вещества выполнены в виде проходящего по оси камеры стального троса, способного передвигаться, поднимать и удерживать заряд с помощью электротельфера, установленного на днище верхнего расширителя, и отрезка проволоки, один конец которого укреплен на тросе, а второй - на заряде.