СПОСОБ ОБРАЩЕНИЯ С ИЗДЕЛИЯМИ, СОДЕРЖАЩИМИ ЗАРЯД ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА, И ВЗРЫВНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2011 года по МПК F42B1/00 F42D1/04 

Изобретение относится к области взрывных работ, в частности к способам и устройствам взрывания зарядов взрывчатого вещества (ВВ), а также обеспечения безопасности при обращении с изделиями, содержащими заряд ВВ, на всем протяжении их жизненного цикла, вплоть до штатного срабатывания, и может быть использовано, например, при создании систем инициирования зарядов малочувствительных, в том числе промышленных ВВ.

Одной из актуальных задач, стоящих в рассматриваемой области техники, является создание надежного способа формирования детонационной волны в заряде ВВ при обеспечении безопасности обращения с изделием.

Известны решения данной задачи из предшествующего уровня техники, например способ формирования взрывной волны в заряде ВВ (патент РФ №2150659, МПК⁸: F42B 1/00, дата публикации 10.06.2000 г.), включающий передачу начального детонационного импульса допороговой интенсивности для ВВ основного заряда на инертную вставку дополнительного заряда ВВ, локально усиливающую ударно-волновое воздействие на основной заряд ВВ путем перераспределения энергии начального детонационного импульса. Начальный импульс формируют путем подрыва дополнительного заряда ВВ. Устройство, обеспечивающее формирование взрывной волны по запатентованному способу, включает основной заряд ВВ, дополнительный заряд ВВ с инертной вставкой и генератор ударной волны, являющийся средством инициирования дополнительного заряда ВВ. Передача детонационного импульса на инертную вставку позволяет получить взаимодействующие ударные волны и отраженную волну по оси вставки. Давление в отраженной волне при соответствующем выборе параметров вставки будет выше давления падающей на вставку детонационной волны, т.о. энергия детонационной волны концентрируется в области вставки.

Недостатком данного решения является то, что габаритно-массовые характеристики устройства невозможно оптимизировать из-за относительно большой длины преддетонационного участка, необходимого для выхода на стационарный режим детонации, поскольку на параметры усиленного ударного импульса под инертной вставкой влияют параметры вставки. Следует также отметить, что данный способ формирования взрывной волны не исключает опасность взрыва основного заряда ВВ при возникновении нештатной ситуации.

Наиболее близкими к заявляемому решению являются способ обращения с изделиями, содержащими заряд ВВ, и взрывное устройство, осуществляющее данный способ, известные из описания к патенту РФ №2238517, МПК⁸: F42D 5/00, F42B 3/00, дата публикации 20.10.2004 г., которые выбраны в качестве прототипа. Известный способ обращения с изделиями, включающими заряд ВВ, обеспечивает безопасность при обращении с изделиями на протяжении всего их жизненного цикла, например, при транспортировке, хранении, подготовке к использованию и т.д. вплоть до штатного срабатывания. Способ включает как операции по формированию взрывной волны в заряде ВВ путем ударно-волнового воздействия и повышения чувствительности заряда к детонационному импульсу при штатном срабатывании, так и операции по исключению несанкционированного подрыва заряда ВВ при возникновении нештатной ситуации. Операции по исключению несанкционированного подрыва заключаются в размещении инертной вставки в зазоре изделия в непосредственном контакте с зарядом ВВ, что позволяет исключить его подрыв, и при возникновении в генераторе ударной волны несанкционированного ударного импульса его через основной заряд передают на инертную вставку, препятствующую смыканию зазора. Операции по формированию детонационной волны включают извлечение инертной вставки механическим перемещением из зазора непосредственно перед штатным подрывом и передачу начального импульса от генератора ударной волны на основной заряд ВВ. Ударная волна проходит по заряду и выходит в зазор, в заряд ВВ возвращается волна разгрузки, растет ударно-волновая чувствительность заряда ВВ и при смыкании зазора ударная волна отражается в заряд ВВ, формируя детонационную. Взрывное устройство, осуществляющее данный способ, включает генератор ударной волны и основной заряд ВВ, снабженный системой, обеспечивающей режим срабатывания при штатном подрыве устройства и режим, исключающий подрыв при возникновении нештатной ситуации. Данная система представляет собой инертную вставку из пенопласта, размещенную в зазоре между стальной пластиной и зарядом ВВ и контактирующую с ними. Стальная пластина размещена с противоположной генератору ударной волны стороны.

Недостатком прототипа является наличие операций по установке и извлечению вставки, что усложняет конструкцию, обслуживание, увеличивает время приведения в рабочее состояние, а также не позволяет достаточно оптимизировать габаритно-массовые характеристики.

Техническим результатом, который может быть достигнут при использовании заявляемого решения, является упрощение организации работ по обращению с изделиями, увеличение быстродействия перевода из одного режима в другой.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ обращения с изделиями, содержащими заряд взрывчатого вещества, включает общие признаки с прототипом, а именно: операции по формированию детонационной волны в заряде путем ударно-волнового воздействия и повышения чувствительности заряда к ударному импульсу при штатном срабатывании и операции по исключению несанкционированного подрыва заряда, также включает отличительные от прототипа признаки, а именно весь заряд или его слой помещают между электропроводящими обкладками, являющимися элементами электрической цепи, к которым до ударно-волнового воздействия на заряд прилагают постоянную разность потенциалов, формируют однородное электрическое поле напряженностью, меньшей, чем электрическая прочность взрывчатого вещества, помещенного между обкладками, причем при формировании детонационной волны к обкладке, расположенной первой по направлению ударно-волнового воздействия, прикладывают положительный потенциал, а при предотвращении несанкционированного подрыва либо цепь оставляют разомкнутой, либо понижают чувствительность заряда к детонационному импульсу путем приложения положительного потенциала к противоположной обкладке.

Взрывное устройство, включающее общие признаки с прототипом, а именно: генератор ударной волны и основной заряд ВВ, снабженный системой, обеспечивающей режим срабатывания при штатном подрыве устройства и режим, исключающий несанкционированный подрыв, включает отличительные признаки, а именно: система, обеспечивающая режим срабатывания при штатном подрыве устройства, и режим, исключающий несанкционированный подрыв, представляет собой конденсатор, между обкладками которого размещен основной заряд ВВ или его слой, к которым подсоединен высоковольтный источник постоянного напряжения с возможностью разъединения или переключения полярности, причем толщину слоя ВВ, заключенного между обкладками, выбирают большей, чем глубина возбуждения детонации данного ВВ при нагружении его генератором ударной волны.

Размер обкладки, расположенной со стороны генератора ударной волны, может быть подобран так, чтобы площадь поверхности, которой она обращена к нему, была меньше площади соответствующей поверхности генератора.

Размещение заряда или его слоя между электропроводящими обкладками, являющимися элементами электрической цепи, обеспечивает увеличение быстродействия и упрощение процесса перевода ВВ в различные состояния по отношению к ударно-волновой чувствительности, т.к. электрическая конструкция проще в обслуживании по сравнению с механической и время приведения ее в тот или иной режим, по крайней мере, на порядок меньше.

Приложение постоянной разности потенциалов к обкладкам конденсатора до ударно-волнового воздействия позволяет к моменту инициирования ВВ сформировать постоянное электрическое поле за микросекунды, воздействуя которым на ВВ, можно влиять на процесс возбуждения детонации без использования дополнительных механических элементов.

Сформированное однородное электрическое поле с постоянными характеристиками, воздействуя на ВВ, позволяет упростить возможность и уменьшить время на достижение равномерности свойств по всему объему заряда, что в свою очередь позволяет добиться либо однородности фронта взрывной волны в заряде при штатном подрыве, либо гарантированного снижения чувствительности заряда.

Выбор величины напряженности электрического поля, меньшей, чем электрическая прочность ВВ, связан с тем, что получаемые при этом характеристики поля обеспечивают быстрое переключение чувствительности (увеличение и уменьшение) без электрического пробоя, что устраняет дополнительные электрические требования к материалу основного заряда ВВ.

При формировании взрывной волны в штатном режиме срабатывания необходимо к обкладке, расположенной первой по ходу движения ударной волны, прикладывать положительный потенциал, что позволяет повысить чувствительность ВВ, а для предотвращения несанкционированного подрыва положительный потенциал необходимо прикладывать к противоположной обкладке, что позволяет снизить чувствительность ВВ до уровня ниже начальной (типового паспортного значения) чувствительности. Данные операции выполняют за микросекунды, и они не требуют сложных устройств, обеспечивающих перемещение дополнительных элементов (как в прототипе). Для предотвращения несанкционированного подрыва также возможно оставлять цепь разомкнутой. Безопасность при этом гарантируется низкой чувствительностью основного заряда ВВ.

Выбор устройства в виде конденсатора позволяет создать в ВВ электрическое поле.

Помещение между обкладками конденсатора основного заряда ВВ или его части позволяет создавать на глубине, большей, чем глубина возбуждения детонации, постоянное электрическое поле, что позволяет либо быстро сформировать необходимый режим и надежно инициировать ВВ, либо исключить подрыв.

Высоковольтный источник постоянного напряжения обеспечивает формирование в ВВ однородного электрического поля, влияющего на чувствительность ВВ и формирующего требуемые режимы в микросекундный диапазон времени.

Возможность разъединения или переключения полярности источника напряжения позволяет повышать ударно-волновую чувствительность заряда ВВ в режиме штатного подрыва или снижать чувствительность при возникновении нештатной ситуации, что дает возможность оперативно обеспечить перевод с одного режима на другой одним электрическим сигналом.

Выбор размера обкладки, расположенной со стороны генератора ударной волны, такого, чтобы площадь поверхности, которой она обращена к нему, была меньше площади соответствующей поверхности генератора, необходим для снижения требований по электрической прочности ВВ и упрощения конструкции в целом.

На чертеже представлен пример конкретного исполнения заявляемого устройства, которое также поясняет заявляемый способ, где:

1 - генератор ударной волны;

2 - заряд ВВ;

3 - электропроводящая обкладка конденсатора, размещенная первой по ходу ударно-волнового воздействия конденсатора;

4 - вторая электропроводящая обкладка;

5 - высоковольтный источник постоянного напряжения.

Примером конкретного исполнения заявляемого устройства, которое также поясняет заявляемый способ, может служить устройство формирования взрывной волны, включающее основной заряд ВВ, помещенный между электропроводящими обкладками, выполненными из алюминиевой фольги толщиной 0,05 мм и соединенными с высоковольтным источником постоянного напряжения, генератор ударной волны, представляющий собой многоточечную систему инициирования с подслоем из ВВ. Подслой приклеен на обкладку, размещенную первой по направлению ударно-волнового воздействия. Основной заряд ВВ представляет собой шашку. Обкладки, приклеенные к шашке, и сама шашка являются конденсатором. Многоточечная система инициирования представляет собой пенопластовое основание с каналами, снаряженными ВВ, и подслой (не показаны), которые задействуют одним импульсом от электродетонатора (не показан). Пенопластовое основание наклеено на подслой. Высоковольтный источник постоянного напряжения подключен к обкладкам и выполнен с возможностью переключения полярности.

Способ обращения с зарядом из ВВ при формировании взрывной волны в штатном режиме срабатывания включает следующие операции. До ударно-волнового воздействия на основной заряд 2 первую обкладку 3 конденсатора подключают к положительной клемме источника постоянного напряжения 5, а обкладку 4 подключают к отрицательной клемме. На обкладки подают напряжение и формируют в шашке ВВ однородное электрическое поле, напряженностью которое повышает чувствительность ВВ к детонационному импульсу. Операция по повышению чувствительности заряда ВВ выполняется за микросекундный интервал времени в автоматическом режиме, при этом исполнительные устройства не содержат механических элементов, что упрощает управление процессом. Далее инициирующий импульс от электродетонатора передают на многоточечный распределитель 1, концевые участки каналов которого инициируют подслой, формируя плоскую ударную волну. В результате предварительного повышения чувствительности заряда ВВ снижаются требования по мощности генератора ударной волны, что позволяет либо уменьшить количество используемого ВВ, либо расширить его выбор. Ударная волна через первую обкладку 3 конденсатора воздействует на заряд ВВ 2, который срабатывает в штатном режиме, обеспечивая заданные выходные характеристики.

Способ обращения с зарядом из ВВ для исключения несанкционированного подрыва включает следующие операции. Переключают полярность высоковольтного источника постоянного напряжения 5, при этом первую обкладку 3 конденсатора подключают к отрицательной клемме источника постоянного напряжения 5, а обкладку 4 подключают к положительной клемме, что приводит к снижению чувствительности основного заряда ВВ 2, при этом при несанкционированном срабатывании генератора ударной волны 1 заряд 2 не подрывается. При несанкционированном внешнем ударно-волновом воздействии на основной заряд ВВ 2 снижение его чувствительности ниже типового значения гарантирует его повышенную взрывобезопасность.

При разомкнутой цепи при попытке подрыва или внешнем ударно-волновом воздействии мощность генератора ударной волны 1 недостаточна для подрыва основного заряда ВВ 2, т.к. мощность генератора 1 подобрана на работу с ВВ, обладающим повышенной чувствительностью, а чувствительности основного заряда ВВ 2 недостаточно для подрыва.

Т.о. с помощью предлагаемого способа упрощается организация работ по обращению с изделиями, содержащими заряд ВВ, увеличивается быстродействие перевода изделия из режима штатного срабатывания в режим исключения несанкционированного подрыва.

Способ обращения с изделиями, содержащими заряд взрывчатого вещества (ВВ), и взрывное устройство относятся к области взрывных работ. Способ заключается в том, что весь заряд или его слой помещают между электропроводящими обкладками, являющимися элементами электрической цепи, к которым до ударно-волнового воздействия на заряд прилагают постоянную разность потенциалов, формируют однородное электрическое поле напряженностью, меньшей, чем электрическая прочность ВВ, помещенного между обкладок. При формировании детонационной волны в заряде ВВ к обкладке, расположенной первой по направлению ударно-волнового воздействия, прикладывают положительный потенциал, а при осуществлении операций по предотвращению несанкционированного подрыва цепь оставляют разомкнутой либо понижают чувствительность заряда к детонационному импульсу путем приложения положительного потенциала к противоположной обкладке. Взрывное устройство включает генератор ударной волны и конденсатор, между обкладками которого размещен основной заряд взрывчатого вещества или его слой и к которым подсоединен высоковольтный источник постоянного напряжения с возможностью разъединения или переключения полярности. Толщину слоя ВВ, заключенного между обкладками, выбирают большей, чем глубина возбуждения детонации данного взрывчатого вещества при нагружении его генератором ударной волны. Увеличивается быстродействие перевода устройства из одного режима в другой. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обращения с изделиями, содержащими заряд взрывчатого вещества, включающий операции по формированию в заряде детонационной волны путем ударно-волнового воздействия и повышения чувствительности заряда к детонационному импульсу при штатном срабатывании и операции по исключению несанкционированного подрыва заряда, отличающийся тем, что весь заряд или его слой помещают между электропроводящими обкладками, являющимися элементами электрической цепи, и к которым до ударно-волнового воздействия на заряд прилагают постоянную разность потенциалов, формируют однородное электрическое поле напряженностью меньшей, чем электрическая прочность взрывчатого вещества, помещенного между обкладками, причем при формировании детонационной волны к обкладке, расположенной первой по направлению ударно-волнового воздействия, прикладывают положительный потенциал, а при осуществлении операций по предотвращению несанкционированного подрыва либо цепь оставляют разомкнутой, либо понижают чувствительность заряда к детонационному импульсу путем приложения положительного потенциала к противоположной обкладке.

2. Взрывное устройство, включающее генератор ударной волны и основной заряд взрывчатого вещества, снабженный системой, обеспечивающей режим срабатывания при штатном подрыве устройства и режим, исключающий подрыв, отличающееся тем, что данная система представляет собой конденсатор, между обкладками которого размещен основной заряд взрывчатого вещества или его слой, и к которым подсоединен высоковольтный источник постоянного напряжения с возможностью разъединения или переключения полярности, причем толщину слоя взрывчатого вещества, заключенного между обкладками, выбирают большей, чем глубина возбуждения детонации данного взрывчатого вещества при нагружении его генератором ударной волны.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что размер обкладки, расположенной со стороны генератора ударной волны, подбирают так, чтобы площадь поверхности, которой она обращена к нему, была меньше площади соответствующей поверхности генератора.