ДЕТОНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С ЗАМЕДЛЕНИЕМ Российский патент 2009 года по МПК F42B3/10 F42C19/08 

Изобретение относится к средствам инициирования, в частности к конструкции детонаторов, вырабатывающих детонационный импульс по истечении заданного промежутка времени за счет включения в конструкцию замедлительного состава, и может быть применено при взрывных работах.

Известен детонатор без инициирующего взрывчатого вещества (ВВ) с замедлением (патент России №2156945, опубликован 27.09.2000 г.), включающий в себя корпус, в котором последовательно установлены основной заряд бризантного ВВ высокой плотности, заряд бризантного ВВ малой плотности, воспламенительный состав, зажигательный состав, отделенные друг от друга неразрушаемой мембраной, замедлительный состав и воспламенитель, в качестве которого может быть использован в том числе и электровоспламенитель. Бризантное ВВ размещают в каналах, разных по диаметру, что вместе с их различной плотностью улучшает условия перехода горения в детонацию.

Недостаток вышеуказанного детонатора заключается в том, что из-за наличия неразрушаемой мембраны передача тепла через нее увеличивает энергоемкость данного процесса и приводит к увеличению навесок зажигательного и воспламенительного составов, что приводит к увеличению габаритов.

Известно другое детонирующее устройство с замедлением, частично устраняющее недостаток вышеописанного устройства и выбранное в качестве прототипа к заявляемому изобретению по наибольшему количеству сходных признаков (патент России №2148239, опубликован 37.04.2000 г.).

Данное детонирующее устройство включает в себя корпус в виде гильзы, в котором последовательно размещены: основной заряд бризантного взрывчатого вещества (ВВ), колпак с преобразователем горения в детонацию, вставка с замедлительным составом, взаимодействующим с преобразователем горения в детонацию, и электровоспламенитель с воспламенительным составом, который установлен с зазором относительно вставки с замедлительным составом. В колпаке с преобразователем горения в детонацию используется инициирующее взрывчатое вещество. Вставка выполнена в виде колпачка, который заполнен плотным инертным материалом. В этом материале, в качестве которого применен прессованный железный порошок на связующем, сформирован канал малого сечения (диаметром 2…2,5 мм) для размещения замедлительного состава.

Недостатками этого детонирующего устройства являются использование в преобразователе горения в детонацию инициирующего взрывчатого вещества, что делает его опасным как в производстве, так и в эксплуатации особенно в аварийных ситуациях, например, при пожаре. Следует также отметить, что в известном устройстве имеет место пониженная надежность срабатывания и нестабильность времени замедления из-за наличия воздушного зазора между электровоспламенителем и вставкой с замедлительным составом, уменьшенной массой воспламенительного состава в электровоспламенителе, а также пониженной массы замедлительного состава в канале замедлителя. Малые размеры канала позволяют использовать только быстрогорящие (скорость горения порядка 100 мм/с) замедлительные составы. Медленногорящие замедлительные составы (скорость горения порядка 1 мм/с) имеют критический диаметр более 2,5 мм, поэтому их применение в подобном устройстве невозможно. Для увеличения времени замедления, что необходимо при решении определенных задач, потребуется существенно увеличить габариты данной конструкции.

Задача, решаемая изобретением, состоит в создании детонирующего устройства с увеличенным и стабильным временем замедления, не содержащего в своем составе инициирующих взрывчатых веществ, срабатывающего с высокой надежностью, компактного и безопасного как в производстве, так и в эксплуатации.

Техническим результатом, который может быть достигнут при использовании предлагаемого изобретения, является повышение стабильности времени замедления, увеличение времени замедления при сохранении требуемой надежности срабатывания без увеличения габаритов детонирующего устройства. Дополнительным техническим результатом, который может быть получен при использовании заявляемого изобретения, является повышение безопасности детонирующего устройства за счет исключения из конструкции детонирующего устройства инициирующих взрывчатых веществ, в частности применения в качестве преобразователя горения в детонацию заряда бризантного взрывчатого вещества.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в детонирующем устройстве с замедлением, включающем гильзу, в которой последовательно размещены основной заряд бризантного взрывчатого вещества, втулка с преобразователем горения в детонацию, вставка с замедлительным составом и воспламенитель, между воспламенителем и вставкой размещен зажигательный состав, а между вставкой и втулкой установлена диафрагма с двухступенчатым сквозным отверстием, заполненным воспламенительным составом и меньшим диаметром обращенным в сторону вставки, которая выполнена в виде стальной трубки с фланцами на торцах, обеспечивающими образование кольцевой полости между внутренней стенкой гильзы и наружной стенкой вставки, при этом между фланцами вставки и гильзой сформирован гарантированный зазор.

В качестве преобразователя горения в детонацию используют заряд бризантного взрывчатого вещества.

Размещение зажигательного состава между воспламенителем и вставкой обеспечивает гарантированное зажигание замедлительного состава, а использование высококалорийного медленногорящего замедлительного состава дает возможность повысить надежность передачи огневого импульса далее по цепи детонирующего устройства и одновременно увеличить время замедления при небольших габаритах детонирующего устройства.

Размещение диафрагмы между преобразователем горения в детонацию и вставкой с замедлительным составом и выполнение сквозного двухступенчатого отверстия в диафрагме, меньшим диаметром обращенным в сторону вставки и заполненного воспламенительным составом, позволяет уменьшить отток продуктов горения газогенерирующего заряда, создать улучшенные условия перехода горения в детонацию, тем самым уменьшить длину преддетонационного участка в преобразователе, что позволяет сократить размеры детонирующего устройства в зоне размещения диафрагмы и увеличить надежность срабатывания детонатора. Уменьшение габаритов устройства в зоне размещения диафрагмы позволяет увеличить длину зоны размещения замедлительного состава, что при подборе подходящего состава, оптимального для решаемой данным изобретением задачи, в конечном итоге приводит к стабилизации времени замедления.

Выполнение вставки в виде стальной тонкостенной трубки с фланцами на торцах, обеспечивающими образование кольцевой полости между внутренней стенкой гильзы и наружной стенкой вставки, позволяет создать оптимальные условия горения замедлительного состава, при которых достигается его полное выгорание. Горение замедлительного состава благодаря наличию кольцевого зазора происходит в условиях пониженного теплоотвода во внешнюю среду, что позволяет увеличить время горения и добиться его стабилизации без существенного увеличения габаритов детонирующего устройства.

Наличие гарантированного зазора между фланцами вставки и гильзой позволяет уменьшить давление газов, образующихся при горении замедлительного состава, за счет их проникания в кольцевую полость через гарантированный зазор, что стабилизирует процесс горения, особенно медленногорящих составов и дает возможность существенно не увеличивать размеры детонирующего устройства, стабилизировать время горения и повысить эффективность работы детонирующего устройства.

Использование в качестве преобразователя горения в детонацию заряда бризантного взрывчатого вещества позволяет повысить безопасность детонирующего устройства как в производстве, так и в эксплуатации.

На фиг. изображен общий вид заявляемого детонирующего устройства, где

1 - гильза;

2 - основной заряд бризантного ВВ;

3 - преобразователь горения в детонацию;

4 - вставка с замедлительным составом;

5 - воспламенитель;

6 - замедлительный состав;

7 - зажигательный состав;

8 - диафрагма;

9 - мембрана;

10 - газогенерирующий заряд;

11 - втулка;

12 - корпус воспламенителя;

13 - клей.

Примером конкретного выполнения заявляемого детонирующего устройства может служить низковольтное детонирующего устройство, срабатывающее с заданной задержкой по времени, определяемой временем горения замедлительного состава. В конструкцию детонирующего устройства входит стальная тонкостенная гильза, на дно которой под давлением прессуют основной заряд бризантного ВВ. После этого в гильзу устанавливают втулку с запрессованными в нее газогенерирующим зарядом и преобразователем горения в детонацию. Втулка выполнена в форме трех полых соосных цилиндров, внутренние диаметры которых составляют 3,6 мм, 2 мм и 3,6 мм. Газогенерирующий заряд отделен от преобразователя горения в детонацию разрушаемой мембраной. На втулку устанавливают диафрагму, в которой выполнено сквозное двухступенчатое отверстие (диаметрами 1 и 3,6 мм) с предварительно запрессованным пиротехническим воспламенительным составом. Диафрагму устанавливают таким образом, что она отверстием меньшего диаметра обращена в сторону вставки с замедлительным составом, которую размещают в гильзе после установки диафрагмы. Вставку выполняют в виде стальной тонкостенной трубки, наружный диаметр которой составляет 5,7 мм и снабженной на торцах фланцами с наружным диаметром 6,35 мм, при этом диафрагма и торец трубки установлены относительно друг друга с осевым зазором не менее 0,1 мм для обеспечения плотного прилегания замедлительного состава к диафрагме. Фланцы (диаметр 6,35 мм) обеспечивают образование кольцевой полости между наружной стенкой трубки (диаметр 5,7 мм) и внутренней стенкой гильзы (диаметр 6,4 мм). Диаметр фланцев меньше внутреннего диаметра гильзы, что обеспечивает гарантированный радиальный зазор не менее 0,1 мм. В качестве замедлительного состава может быть использован состав, известный из описания к патенту России №2225385 (опубликованное 10.03.2004 г.). Далее устанавливают корпус с зажигательным составом и воспламенителем, торец гильзы завальцовывают и заливают клеем.

Работа детонационного устройства осуществляется следующим образом. После подачи импульса тока на задействование воспламенителя 5 происходит его срабатывание и воспламенение зажигательного состава 7, при сгорании которого происходит гарантированное зажигание замедлительного состава 6, который размещен во вставке 4. Горение замедлительного состава происходит в условиях пониженного теплоотвода из зоны горения из-за наличия изоляционного зазора между внутренней стенкой гильзы 1 и наружной стенкой вставки 4.

При горении замедлительного состава 6 порядка 16 с давление образующихся газов уменьшается за счет проникновения их в изолирующий зазор между наружной стенкой вставки 4 и внутренней стенкой гильзы 1 через радиальный зазор между фланцем вставки и гильзой 1 и стык между корпусом электровоспламенителя 12 и вставкой, при этом скорость горения замедлительного состава 6 снижается и стабилизируется, что позволяет использовать замедляющие составы с малой скоростью горения (≤1 мм/с). Далее огневой импульс передастся воспламенительному составу, размещенному в диафрагме 8 и далее зарядам ВВ газогенератора 10 и преобразователя 3. Поскольку воспламенительный состав размещен в двухступенчатом отверстии диафрагмы 8, меньшим диаметром обращенным в сторону вставки 4, то значительно уменьшается отток газов, образующихся при сгорании заряда ВВ газогенератора 10 в сторону сгоревшего замедлительного состава. Выполнение двухступенчатого отверстия диафрагмы 8 со стороны втулки 11 большим диаметром позволяет зажечь заряд ВВ газогенератора 10 по всей поверхности одновременно, тем самым уменьшить время его горения и обострить создаваемый при этом импульс давления. Продукты сгорания заряда ВВ газогенератора 10, размещенного в верхней части втулки 11 и отделенного от заряда ВВ преобразователя 3 мембраной 9, прорывают ее и зажигают заряд ВВ преобразователя 3, в котором за счет высокой скорости и температуры продуктов горения заряда ВВ газогенератора возникает конвективный режим горения, быстро переходящий в детонацию. Детонационный импульс далее усиливается основным зарядом ВВ 2.

Предлагаемая конструкция детонационного устройства является безопасной в обращении, имеет высокую надежность срабатывания и малые габариты (⌀7,2; длина - 45 мм) даже при больших временах замедления. Время замедления составляет ~16 с, (в прототипе ~100 мс). Экспериментально подтверждено, что при заданной температуре окружающей среды и времени замедления ~16 с среднеквадратичное отклонение не превышает 1 с.

Устройство с замедлением относится к средствам инициирования, вырабатывающим детонационный импульс по истечении заданного промежутка времени. Устройство включает гильзу, в которой последовательно размещены основной заряд бризантного взрывчатого вещества (ВВ), втулка со сквозным отверстием для размещения преобразователя горения в детонацию на основе бризантного ВВ, вставка с замедлительным составом и воспламенитель. Между воспламенителем и вставкой размещен зажигательный состав, а между вставкой и втулкой установлена диафрагма со сквозным двухступенчатым отверстием, заполненным воспламенительным составом и обращенным меньшим диаметром в сторону вставки. Вставка с замедлительным составом выполнена в виде стальной трубки с фланцами на торцах, обеспечивающими образование кольцевой полости между внутренней стенкой гильзы и наружной стенкой трубки, при этом между фланцами и гильзой сформирован гарантированный зазор. Повышается стабильность и безопасность детонационного устройства в производстве и эксплуатации при сохранении надежности работы и без увеличения габаритов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Детонирующее устройство с замедлением, включающее гильзу, в которой последовательно размещены основной заряд бризантного взрывчатого вещества, втулка с преобразователем горения в детонацию, вставка с замедлительным составом и воспламенитель, отличающееся тем, что между воспламенителем и вставкой размещен зажигательный состав, а между вставкой и втулкой установлена диафрагма с двухступенчатым сквозным отверстием, заполненным воспламенительным составом и меньшим диаметром обращенным в сторону вставки, которая выполнена в виде стальной трубки с фланцами на торцах, с образованием гарантированного зазора относительно гильзы и кольцевой полости между внутренней стенкой гильзы и наружной стенкой вставки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве преобразователя горения в детонацию используют заряд бризантного взрывчатого вещества.