ВЗРЫВНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ Российский патент 2016 года по МПК F42B3/10 F42D1/04 

Изобретение относится к области взрывной техники, в частности к конструкции взрывных устройств, предназначенных для создания ударных волн, и способам их сборки, и может быть использовано в различных отраслях, где применяются взрывные работы.

Одной из актуальных задач, стоящих в данной области техники, является создание надежных взрывных устройств, обладающих повышенным уровнем безопасности в условиях высокотемпературного теплового воздействия. При этом при разработке таких устройств необходимо учитывать, что применение защитного контура, например, над зарядом взрывчатого вещества (ВВ), может, с одной стороны, привести к значительному увеличению массовых и габаритных характеристик, а с другой - снизить рабочие характеристики устройств. Поэтому задача создания защиты заряда ВВ от неблагоприятных, в частности тепловых, воздействий должна решаться с учетом выполнения требований как по рабочим характеристикам устройств, так и по обеспечению требований по взрыво- и пожаробезопасности при заданных массовых и габаритных характеристиках.

Известно взрывное устройство (патент US 3430563 НКИ: 102-22), которое содержит источник инициирования, основной заряд взрывчатого вещества (ВВ), пластину гибкого инертного эластомера в форме матрицы с детонационными каналами, имеющими общее начало. Пластина расположена на основном заряде ВВ. Торец концевого участка каждого канала расположен заподлицо с поверхностью матрицы, примыкающей к основному заряду ВВ, а концевые участки разнесены равномерно по ее поверхности. При подаче детонационного импульса на общее начало заряд ВВ детонирует одновременно в большом количестве точек, при этом детонационные волны, распространяющиеся по основному заряду ВВ от концевых участков, сталкиваются в нем между проекциями концевых участков.

Недостатком известного устройства является то, что торец концевого участка каждого канала расположен заподлицо с поверхностью матрицы, примыкающей к основному заряду ВВ, т.е концевые участки расположены по поверхности заряда ВВ, что снижает уровень безопасности устройства.

Известно другое взрывное устройство (патент RU 2135935, описание опубликовано 27.08.1999 г.), содержащее источник инициирования, детонационную разводку с разветвленными концевыми участками, выполненную из сублимированного ВВ, основной заряд ВВ и промежуточный детонатор, выполненный из более чувствительного пластичного ВВ в виде слоя, размещенного на основном заряде ВВ. Разводка выполнена без применения инертной матрицы и размещена на промежуточном детонаторе, при этом детонация, распространяясь по ней, через концевые участки задействует промежуточный детонатор, в котором детонационные волны сталкиваются друг с другом в зонах между проекциями концевых участков, что позволяет усилить инициирующий импульс, передаваемый на основной заряд ВВ.

Недостаток данного устройства связан с тем, что при отсутствии инертной матрицы подрыв детонационной разводки оказывает бризантный эффект на слой чувствительного ВВ, что снижает уровень безопасности устройства.

Также известно взрывное устройство (патент RU 2238517, описание опубликовано 20.10.2004), включающее заряд ВВ, а в зазоре изделия, в непосредственном контакте с зарядом ВВ, размещена инертная вставка, с возможностью удаления перед штатным подрывом, при этом заряд ВВ нагружают генератором ударной волны. В качестве заряда ВВ используют низкочувствительное ВВ, а в качестве инертной вставки - пенопласт или жидкость. Данная конструкция позволяет повысить безопасность обращения с изделием на протяжение всего его жизненного цикла, вплоть до штатного подрыва, и в то же время сохранить возможность оперативного приведения его в рабочее состояние, а при необходимости - вновь в безопасное состояние.

Недостаток данного известного устройства связан с необходимостью удаления инертной вставки перед штатным срабатыванием, что требует применения специальных устройств, обеспечивающих оперативное приведение их в действие.

Известно взрывное устройство (заявка DD 301394, описание опубликовано 17.12.1992), включающее заряд ВВ, установленный в корпус с зазором. При штатном срабатывании подрыв заряда ВВ осуществляют от инициатора, вырабатывающего инициирующий импульс. Для безопасного обращения с взрывным устройством при транспортировке и хранении, в зазоре, в непосредственном контакте с зарядом ВВ, размещают инертную вставку, которая остается в конструкции изделия при штатном срабатывании и которая служит для ослабления ударного импульса, воздействующего на взрывное устройство, при возникновении нештатной ситуации, например падение, пулеосколочное воздействие, удар и т.д. Однако такая вставка не обеспечивает высокий уровень безопасности в условиях высокотемпературного теплового воздействия.

Известно взрывное устройство направленного действия (патент RU 2406967, описание опубликовано 20.12.2010), включающее заряд ВВ, помещенный в двухслойный корпус, между слоями которого размещена тепловая зашита из диэлектрического термостойкого пористого материала с низкой теплопроводностью.

Способ сборки данного устройства включает заливку термостойкого пористого материала между слоями корпуса с последующим его отверждением и снаряжение корпуса ВВ. В качестве огнеупорного наполнителя материала тепловой зашиты используют кремнийсодержащие микросферы из золы-уноса тепловых станций (патент RU 2285680 «Теплоизоляционный состав», описание опубликовано 20.10.2006 г.). Действие тепловой защиты заключается в том, что при тепловом воздействии поля пожара или электрической дуги слой, выполненный из диэлектрического термостойкого пористого и обладающего низкой теплопроводностью материала, предотвращает или задерживает указанные воздействия, обеспечивая тем самым защиту заряда ВВ.

Данная тепловая зашита рассчитана на использование в определенных конструкциях взрывных устройств, где сформирован замкнутый объем, кроме того, для достижения высокого уровня безопасности взрывного устройства в условиях высокотемпературного теплового воздействия толщина такой защиты должна быть существенной, что негативно сказывается на рабочих характеристиках.

Известно еще одно взрывное устройство, принятое в качестве ближайшего аналога заявляемому устройству (патент RU 2282818, описание опубликовано 27.08.2006), включающее корпус с основным зарядом ВВ, к которому примыкает матрица из инертного материала с сеткой каналов и отверстий, заполненных ВВ и задействуемых от источника инициирования, при этом поверхность матрицы, с противоположной стороны заряда ВВ, покрыта защитной оболочкой из сополимера со сквозными отверстиями над выступающими элементами из ВВ, толщина которой превышает величину выступания ВВ над матрицей, т.о. защитная оболочка является подкорпусным слоем.

Способ сборки данного устройства наиболее близок к заявляемому способу сборки и включает следующие операции: формирование основного заряда ВВ путем снаряжения корпуса малочувствительным ВВ, соединение основного заряда ВВ с предварительно снаряженной пенопластовой матрицей путем приклеивания ее клеем на основе эпоксидных смол и пластификаторов к основному заряду, соединение матрицы с оболочкой из сополимера путем склеивания тем же клеем под давлением.

Покрытие матрицы оболочкой из сополимера со сквозными отверстиями над выступающими элементами матрицы и толщиной, превышающей величину выступания, обеспечивает защиту ВВ, размещенного в каналах и отверстиях, от механических, ударно-волновых, пулеосколочных и инерционных воздействий за счет того, что возникающие при этом нагрузки воспринимаются матрицей и таким образом повышается взрывобезопасность взрывного устройства, однако данная оболочка не обеспечивает защиту заряда ВВ в условиях высокотемпературного теплового воздействия, а следовательно, не обеспечивает высокий уровень безопасности.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение безопасности обращения с устройством путем повышения его пожаробезопасности при сохранении рабочих характеристик.

Указанный технический результат достигается за счет того, что во взрывном устройстве для динамического нагружения, включающем основной заряд ВВ, матрицу из инертного материала с сетью разветвленных детонационных каналов, задействуемых от источника инициирования, и защитный слой из сополимера, новым является то, что защитный слой примыкает к основному заряду ВВ и выполнен из фторопласта толщиной δ, которую выбирают из следующего соотношения:

δ(0,098-0,12)Δ,

где Δ - толщина матрицы в мм.

В конструкцию может быть включен подкорпусный слой, который также выполняют из фторопласта.

А в способе сборки взрывного устройства, включающем формирование основного заряда путем снаряжения корпуса взрывчатым веществом, размещение матрицы с сетью разветвленных детонационных каналов и вклейку в конструкцию защитного слоя из сополимера с помощью клея на основе эпоксидных смол и пластификаторов, новым является то, что защитный слой выполняют из фторопласта и клеят его на основной заряд взрывчатого вещества, при этом осуществляют предварительную химическую обработку склеиваемых поверхностей защитного сдоя кислым раствором калия марганцовокислого и хлорной кислоты, приготовленным путем растворения в подогретой до 50-60°С воде указанных компонентов, при следующем их соотношении (%):

калий марганцовокислый 10-12 хлорная кислота 3-4 вода остальное

Выполнение защитного слоя из фторопласта и размещение его на основном заряде ВВ позволяет обеспечить тепловую защиту основного заряда ВВ в условиях высокотемпературного воздействия, т.к. энергия активации фторопласта выше в 1,8 раза энергии активации ВВ основного заряда, что дает возможность энергии, реализующейся при горении ВВ детонационных каналов, затрачиваться на активацию защитного слоя из фторопласта без последующей передачи ВВ основного заряда. Кроме того, фторопласт обладает повышенными акустическими свойствами, что позволяет сдерживать ударную волну и волну горения при небольших толщинах.

Выбор толщины защитного слоя δ из указанного выше соотношения связан с обеспечением требуемого уровня безопасности и необходимостью создания оптимальных условий взаимодействия детонационных воля для увеличения амплитуды давления передаваемого основному заряду ВВ инициирующего импульса. Указанное соотношение получено экспериментальным путем.

Выполнение подкорпусного слоя из фторопласта позволяет обеспечить не только защиту от механических воздействий ВВ детонационных каналов, но и от воздействий теплового поля пожара или электрической дуги, возникающей при контакте проводов, проложенных в слое и находящихся, под напряжением, с наружным корпусом.

Осуществление предварительной химической обработки склеиваемых поверхностей защитного слоя кислым раствором калия марганцовокислого и хлорной кислоты повышает адгезионные свойства склеиваемых поверхностей, следовательно, повышает прочность на отрыв склеиваемых с ним элементов конструкции. Кроме того, формируемая в конструкции, так называемая «слойка», которая образуется в результате обработки поверхностей защитного слоя из фторопласта и нанесения на них клея, способствует усилению теплозащитных свойств конструкции.

Приготовление раствора в подогретой до 50-60°С воде с указанным выше соотношением компонентов позволяет обеспечить безопасность персонала при обращении с этим раствором без снижения его положительных свойств, способствующих усилению теплозащитных свойств конструкции.

Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежом, на котором представлен общий вид одного из вариантов выполнения заявляемого устройства.

Предложенное устройство включает в себя корпус 1, подкорпусный защитный слой 2, матрицу 3 из инертного материала, подслой 4, защитный слой 5, основной заряд ВВ 6. Матрица 3 содержит сеть разветвленных детонационных каналов, которые отходят от общего входного участка и расходятся до концевых участков. Каналы и концевые участки заполняют пластичным ВВ.

Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить импульсное взрывное устройство для динамического нагружения, используемое для исследования поведения веществ под воздействием нагрузок. Устройство включает в себя корпус из алюминиевого сплава, подкорпусный защитный слой толщиной 4 мм, матрицу из сополимера толщиной 5 мм, подслой, выполненный в виде слоя из пластичного ВВ толщиной 2 мм и основной заряд взрывчатого вещества. Детонационные каналы матрицы выполнены шириной 1,2 мм, глубиной 1 мм, отходят от общего участка, выполненного диаметром 3 мм, глубиной 1.2 мм. Каналы снаряжены тем же ВВ, что и подслой и заканчиваются концевыми участками, расположенными под углом 90° к поверхности матрицы (угол может быть и меньше). Между подслоем и основным зарядом вклеен защитный слой, который выполнен толщиной 0,5 мм. Подкорпусный защитный слой и защитный слой выполнены из фторопласта.

Способ сборки взрывного устройства включает формирование заряда ВВ путем снаряжение корпуса взрывчатым веществом. Перед вклейкой в конструкцию защитного слоя осуществляют предварительную химическую обработку склеиваемых поверхностей защитного слоя кислым раствором калия марганцовокислого и хлорной кислоты. Раствор получают путем растворения в воде указанных материалов при следующем соотношении компонентов на 100 г воды: калий марганцовокислый - 9.0 г, хлорная кислота (57%) - 22 г, что соответствует следующему содержанию в %; калий марганцовокислый - 11; хлорная кислота - 4; вода - 85.

Готовят предлагаемый раствор для обработки защитного слоя из фторопласта следующим образом:

- отвешивают компоненты в необходимых количествах согласно указанной рецептуре;

- наливают воду в стальную эмалированную емкость, ставят на электроплитку и нагревают до температуры 50°С;

- добавляют в воду калий марганцовокислый и перемешивают до полного растворения;

- вливают хлорную кислоту и перемешивают;

- нагревают раствор до рабочей температуры 80°С;

- осуществляют химическую обработку защитного слоя в горячем растворе в течение 15-20 мин;

- промывают и сушат защитную оболочку.

Далее с помощью клея ЭЛ-20 осуществляют вклейку в конструкцию защитного слоя из сополимера, устанавливая его между основным зарядом ВВ и подслоем. Средняя предельная прочность сборки составила 286 кгс/см². Затем размещают в корпус предварительно снаряженную матрицу с сетью разветвленных детонационных каналов, на которую приклеивают подкорпусный слой.

Предложенное устройство работает следующим образом. При инициировании шашки детонационный импульс по детонационным каналам распространяется к концевым участкам матрицы 3 и возбуждает детонацию в подслое. Детонационные волны в объединенных частях сталкиваются друг с другом в зонах между проекциями участков, подводящих к ним детонационные импульсы, увеличивая амплитуду давления воздействующего импульса. Усиленный импульс передается на подслой и, соответственно на основной заряд ВВ 6, при этом защитный слой 5 выполнен определенной толщиной (0,5 мм) и не оказывает влияния на газодинамические характеристики устройства.

При возникновении нештатной ситуации, при которой имеет место высокотемпературное тепловое воздействие на конструкцию, подкорпусный и защитный слои из фторопласта предотвращают или задерживают указанные воздействия, обеспечивая тем самым защиту ВВ как детонационных каналов, так и основного заряда.

При механических, ударно-волновых, пулеосколочных и инерционных воздействиях подкорпусный слой обеспечивает прохождение нагрузок по корпусу матрицы, тем самым снимая нагрузки с ВВ детонационных каналов матрицы, а защитный слой служит механической защитой основного заряда ВВ.

Экспериментами установлено, что пожаробезопасность заявляемого устройства выше, чем в ближайшем аналоге. Описанное техническое преимущество направлено на то, чтобы использовать предложенное взрывное устройство в конструкциях систем с повышенными взрывобезопасностью и пожаробезопасностью. По предложенному техническому решению разработаны рабочие чертежи на опытный образец устройства.

Изобретение относится к области взрывной техники, к конструкции взрывных устройств. Устройство включает основной заряд взрывчатого вещества (ВВ), матрицу из инертного материала с сетью разветвленных детонационных каналов, задействуемых от источника инициирования, и защитный слой из сополимера, который примыкает к основному заряду ВВ и выполнен из фторопласта толщиной δ, которую выбирают из следующего соотношения: δ=(0,098-0,12)Δ, где Δ - толщина матрицы в мм. Способ сборки включает формирование основного заряда путем снаряжения корпуса взрывчатым веществом, размещение матрицы с сетью разветвленных детонационных канатов и приклеивание на основной заряд ВВ зашитого слоя из сополимера с помощью клея на основе эпоксидных смол и пластификаторов, при этом перед склеиванием осуществляют предварительную химическую обработку склеиваемых поверхностей защитного слоя кислым раствором калия марганцовокислого и хлорной кислоты, приготовленным путем растворения в подогретой до 50-60°С воде указанных компонентов, при следующем их соотношении (%); калий марганцовокислый - 10-12; хлорная кислота - 3-4; вода - остальное. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение безопасности обращения с устройством путем повышения его пожаробезопасности при сохранении рабочих характеристик. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Взрывное устройство, включающее основной заряд взрывчатого вещества (ВВ), матрицу из инертного материала с сетью разветвленных детонационных каналов, задействуемых от источника инициирования, и защитный слой из сополимера, отличающееся тем, что защитный слой примыкает к основному заряду ВВ и выполнен из фторопласта толщиной δ, которую выбирают из следующего соотношения:
δ=(0.098-0,12)Δ,
где Δ - толщина матрицы в мм.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что при включении в конструкцию иодкорпусного слоя его также выполняют из фторопласта.

3. Способ сборки взрывного устройства, включающий формирование основного заряда путем снаряжения корпуса взрывчатым веществом, размещение матрицы с сетью разветвленных детонационных каналов и вклейку в конструкцию защитного слоя из сополимера с помощью клея на основе эпоксидных смол и пластификаторов, отличающийся тем, что защитный слой выполняют из фторопласта и вклеивают его на основной заряд взрывчатого вещества, при этом осуществляют предварительную химическую обработку склеиваемых поверхностей защитного слоя кислым раствором калия марганцовокислого и хлорной кислоты, приготовленным путем растворения в подогретой до 50-60°C воде указанных компонентов, при следующем их массовом соотношений (%):
калий марганцовокислый 10-12 хлорная кислота 3-4 вода остальное