ВЗРЫВНОЕ КОНДЕНСАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2024 года по МПК F42D1/45 

Устройство относится к области производства взрывных работ, к устройствам для электрического инициирования зарядов, и предназначено для выдачи высокочастотного электрического пульса переменного или постоянного тока в электровзрывной цепи, для инициирования патронов взрывных предохранительного действия нечувствительных, электродетонаторов, и патронов взрывных при проведении прострелочно-взрывных работ в нефтяных и газовых скважинах, взрывных работ в шахтах и рудниках не опасных по газу и пыли, а также на открытых горных работах, промышленности и в лабораторных исследованиях.

Из уровня техники, патент № 220499 с приоритетом от 26.05.2023 г., известна конденсаторная подрывная машинка батарейного питания известная из включающая герметичный корпус с размещенными в нем блоком управления, включающим вычислительный микроконтроллер и средства индикации и управления, контактными клеммами для подключения внешней электрической цепи, модулем беспроводной передачи и приема данных, соединенным с вычислительным микроконтроллером блока управления, и платами электронных схем измерения омического сопротивления внешней цепи, измерения напряжения заряда конденсаторов и генерации, накопления и коммутации высоковольтного импульса большого тока, при этом схема измерения омического сопротивления внешней цепи включает канал аналого-цифрового преобразователя на входе, соединенный с внешней цепью, через резистивный делитель измерения сопротивления внешней цепи с диодным ограничителем для защиты от высокого напряжения во время генерации высоковольтного импульса и на выходе - с вычислительным микроконтроллером блока управления, схема измерения напряжения заряда конденсаторов включает второй канал аналого-цифрового преобразователя на входе через резистивный делитель напряжения заряда конденсаторов, соединенный с коммутатором резистивного делителя для подключения напряжения заряда конденсаторов и на выходе с вычислительным микроконтроллером блока управления, схема генерации, накопления и коммутации высоковольтного импульса большого тока включает двухключевую схему управления питанием первичной обмотки, соединенной на входе с вычислительным микроконтроллером и со схемой повышающего импульсного стабилизатора питающего напряжения, а на выходе - с повышающим импульсным трансформатором, соединенным на выходе с диодным делителем переменного напряжения для распределения заряда на три конденсатора, один из которых выполнен с возможностью заряда от отрицательной полуволны, второй – от положительной полуволны, а третий – от отрицательной и положительной полуволн, соединены с аналоговым высоковольтным коммутатором, выполненным с возможностью соединения трех заряженных конденсаторов в последовательную цепь и подключения этой цепи к контактным клеммам для разряда на внешнюю электрическую цепь, при этом конденсаторная подрывная машинка содержит разъем внешнего питания, соединенный с электронной схемой зарядного устройства аккумуляторных батарей с контролем зарядного тока и напряжения, соединенной с элементом питания, установленным в батарейный отсек и соединенным с повышающим импульсным стабилизатором питающего напряжения.

Но данное устройство не способно производить инициацию с помощью выбора постоянного или переменного тока.

Самым близким по своей технической сущности является взрывной конденсаторный прибор известный из патента № 2571461 с приоритетом от 17.11.2014, содержащий корпус с выходными зажимами для подключения взрывной цепи, размещенные в корпусе источник питания, ключ питания с магнитоуправляемым контактом, преобразователь напряжения, к которому подключен конденсатор-накопитель, электронно-управляемые ключи формирования взрывного импульса, узлы контроля сопротивления взрывной цепи и напряжения на конденсаторе-накопителе и блок управления, и по меньшей мере один размещаемый в соответствующем гнезде на корпусе прибора съемный ключ, содержащий упругий элемент, закрепленный на корпусе ключа и отжимающий установленный в гнезде ключ от корпуса прибора, и размещенный в корпусе ключа постоянный магнит, воздействующий на магнитоуправляемый контакт ключа питания при прижатии установленного в гнезде съемного ключа к корпусу прибора с силой, превышающей силу упругого элемента, отличающийся тем, что съемный ключ снабжен микропроцессором, в памяти которого зашит код программы работы прибора, при этом микропроцессор выполнен с возможностью соединения с блоком управления прибора посредством беспроводного канала связи и с возможностью бесконтактного питания от индуктивного источника питания, размещенного в корпусе прибора и соединенного с блоком управления.

Но данное устройство вследствие применяемого схемотехнического решения не предназначено для выдачи высокочастотного электрического пульса переменного или постоянного тока в электровзрывной цепи, для инициирования патронов взрывных предохранительного действия нечувствительных, электродетонаторов, и патронов взрывных при проведении прострелочно-взрывных работ в нефтяных и газовых скважинах, взрывных работ в шахтах и рудниках не опасных по газу и пыли, а также на открытых горных работах, промышленности и в лабораторных исследованиях.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение выдачи высокочастотного электрического импульса переменного или постоянного тока в электровзрывной цепи для инициирования патронов взрывных, нечувствительных патронов взрывных предохранительного действия, а также электродетонаторов при проведении прострелочно-взрывных работ в нефтяных и газовых скважинах.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что взрывное конденсаторное устройство содержащее корпус с выходными клеммами для подключения электровзрывной цепи ЭВЦ, с клеммами для подключения внешнего источника питания, панель управления, и размещенные в корпусе управляющий и силовой блоки, кроме того содержит дисплей, выполняющий функцию отображения текущей информации соединенный с вычислительным микроконтроллером управляющего блока. Панель управления подключенная к управляющему блоку и содержащая содержит дисплей, выполняющий функцию отображения текущей информации соединенный с вычислительным микроконтроллером управляющего блока, панель управления подключенную к управляющему блоку и содержащую кнопку выдачи импульса в ЭВЦ, электрический ключ переключения этапов работы устройства, кнопку аварийного отключения устройства, переключатель выбора рода тока, переключатель полярности на клеммах ЭВЦ. Управляющий блок содержит микроконтроллер U2 STM32F401RET6 и его обвязку состоящую из кварцевых резонаторов G3 с частотой 32,768 кГц и G4 с частотой 8 МГц, а также биполярные транзисторы VT1 – VT3, VT7 – VT13 2N2222, при этом электрические сигналы с панели управления поступают на микроконтроллер U2 STM32F401RET6. Силовой блок посредством электрических проводников соединен с управляющим блоком и в свою очередь содержит реле K1 – K13 с двумя переключающимися контактами выполняющие функции коммутации, высоковольтный трансформатор T1, полумостовую схему управления на базе двух транзисторов VT5, VT6 IRF4310, защитные диоды D3, D4 1n4007, драйвера ключей сдвоенного нижнего уровня DD1 IR4427, снаббера C21, R57, высоковольтную батарею накопительных конденсаторов C6, C7, C15, C16 330 uF 300 V включенной по схеме умножителя, содержащей выпрямительные диоды VD8, VD9, VD11, VD14 10A10, низковольтную батарею накопительных конденсаторов C17 – C21 10000 uF 80 V, повышающий преобразователь напряжения U7, а к выходам силового блока присоединены клеммы для подключения электровзрывной цепи. Высокочастотный импульс переменного тока частотой 15 кГц применяется для инициирования защищенных патронов типа ПГН и ПВПД-Н или аналогов. Импульс постоянного тока применяется для инициирования патронов типа ТОР-200 или аналогов.

Суть технического решения поясняется схематическим изображением и принципиальными схемами, где на фигуре 1 схематично представлен общий вид устройства, корпус 1, клеммы подключения электровзрывной цепи ЭВЦ 2, кнопка 3 выдачи импульса в ЭВЦ, электрический ключ 4, кнопка аварийного отключения устройства 5, переключатель выбора рода тока 6, разъем сервисного обслуживания 7, светодиодные индикаторы 8, клеммы подключения внешнего источника питания 9, сетевой разъем 10, разъем для карты памяти 11, переключатель полярности 12, дисплей 13. На фигуре 2 изображена принципиальная схема MCU управляющий блок содержащий микроконтроллер U2 STM32F401RET6 и его обвязку, состоящую из кварцевых резонаторов G3 с частотой 32,768 кГц и G4 с частотой 8 МГц, а также биполярные транзисторы VT1 – VT3, VT7 – VT13 2N2222. На фигуре 3 изображена принципиальная схема силового блока содержащего 13 реле K1 – K13 с двумя переключающимися контактами выполняющие функции коммутации, высоковольтный трансформатор T1; полумостовую схему управления на базе двух транзисторов VT5, VT6 IRF4310, защитные диоды D3, D4 1n4007, драйвера ключей сдвоенного нижнего уровня DD1 IR4427, снаббера C21, R57; высоковольтную батарею накопительных конденсаторов C6, C7, C15, C16 330 uF 300 V включенной по схеме умножителя, содержащей выпрямительные диоды VD8, VD9, VD11, VD14 10A10; низковольтную батарею накопительных конденсаторов C17 – C21 10000 uF 80 V; повышающий преобразователь напряжения U7.

Взрывное конденсаторное устройство работает следующим образом. К выходному разъёму ЭВЦ 2 подключаются кабель, идущий от коллектора геофизического подъемника, и при необходимости подключения внешнего источника питания используются клеммы 9 или разъем 10 для подключения электропитания от сети. При повороте ключа 4 (фиг. 1), что соответствует на схеме P10 Key (фиг. 2) из нулевого положения (0) в первое (ВКЛ) сигнал с вывода KEY ON ключа поступает на реле K2 RT424012 (фиг. 3), которое в свою очередь включает электропитание устройства. С вывода PC13 микроконтроллера U2 (фиг. 2) поступает высокий уровень управляющего сигнала на оптрон D1 4N33 (фиг. 3) тем самым блокируя реле K2 (фиг. 3) в установившемся включенном состоянии. Одновременно с этим происходит инициализация дисплея 13 (фиг. 1) устройства, с выводом на экран информации об инициализации устройства. При повороте ключа 4, P10 Key (фиг. 2) из первого положения (ВКЛ) во второе (ИЗМЕРЕНИЕ) сигнал с вывода ключа 4, KEY MEAS поступает на вывод PB9 микроконтроллера U2 (фиг. 2) запуская алгоритм измерения сопротивления нагрузки подключенной на клеммы ЭВЦ 2 (фиг. 1), срабатывает реле K9 (фиг.3) по высокому уровню сигнала Line_Relay_1, подключая клеммы ЭВЦ 2 к выходам силового блока (X6 Линия) (фиг. 3), одновременно с этим срабатывает реле K8 (фиг. 3) высокому уровню сигнала Meas_Relay_1, собирающее измерительную цепь, состоящую из делителя напряжения R52, R55 (фиг. 3). Сигнал с делителя напряжения Line_Resistance_ADC_1 поступает на вывод PA1 микроконтроллера U2 (фиг. 2), который является входом аналого-цифрового преобразователя. По завершении процесса измерения реле K9, K10 (фиг. 3) отключаются. Подсчет и интерпретация результатов при измерении сопротивления, а также вывод результатов измерения на дисплей 13 устройства выполняется микроконтроллером U2 (фиг. 2). Допустимое сопротивление линии, подключенной к клеммам ЭВЦ 2, от 10 Ом – 510 Ом. Если сопротивление линии подключенной к клеммам ЭВЦ 2, больше 510 Ом, то на дисплее 13 отобразится диалоговое меню с предупреждением и возможностью продолжить работу устройства. Если сопротивление линии подключенной к клеммам ЭВЦ 2, меньше 10 Ом, что соответствует замыканию в цепи, то на дисплее 13 отобразится информация с предупреждением, о том, что продолжить работу устройства нельзя. При повороте ключа 4 (фиг. 1), на схеме P10 Key (фиг. 2), из второго положения (ИЗМЕРЕНИЕ) в третье (ВЗВОД) на дисплее 13 отобразится сообщение: «выберите род тока», если переключатель выбора рода тока 6, на схеме P12 Switch (фиг.2) изначально установлен в среднее положение (0). Если переключатель выбора рода тока 6, P12 Switch не был предустановлен в среднее положение (0), то на дисплее 13 отобразится сообщение: «установите переключатель в среднее положение», затем после установки оператором переключателя выбора рода тока 6, P12 Switch в среднее положение (0) на дисплее 13 отобразится сообщение: «выберите род тока». При переводе переключателя 6, P12 Switch в положение, соответствующее выбору постоянного тока (ПОСТ) на вывод PC2 микроконтроллера U2 (фиг. 2) по линии DC SWITCH поступает сигнал низкого уровня. На дисплее 13 отобразится меню с возможностью выбора полярности на клеммах ЭВЦ 2, затем с помощью переключателя полярности 12 выбирают полярность импульса. В зависимости от выбранной полярности срабатывают реле K6 (фиг. 3) – при выборе прямой полярности, K8 (фиг. 3) – при выборе обратной полярности. Одновременно с этим срабатывает реле K4 (фиг. 3) по высокому уровню на линии DC_Chrg_Relay_1, срабатывает реле K7 (фиг. 3) по высокому уровню на линии AC&DC_Chrg_Relay_1. На среднюю точку первичной обмотки повышающего трансформатора T1 (фиг. 3) поступает + 12 В с линии питания, подключается полумостовая схема управления на базе двух транзисторов VT5, VT6 IRF4310 (фиг. 3), защитных диодов D3, D4 1n4007 (фиг. 3), драйвера ключей сдвоенного нижнего уровня DD1 IR4427 (фиг. 3), снаббера C21, R57 (фиг. 3). Происходит зарядка высоковольтной батареи накопительных конденсаторов C6, C7, C15, C16 330 uF 300 V (фиг. 3) включенной по схеме умножителя. По окончании процесса заряда на дисплее 13 отобразится сообщение: «конденсаторы заряжены готов к подрыву», микроконтроллер U2 (фиг. 2) переходит в режим ожидания нажатия на кнопку 3 (ИМПУЛЬС) (фиг. 1), соответственно на схеме P13 DTN (фиг. 2) в течение 20 секунд. При нажатии на кнопку 3, P13 DTN отключаются реле K4, K7 (фиг. 3), срабатывают реле K12, K11 (фиг. 3). При переводе переключателя 6, P12 Switch (фиг. 2) в положение, соответствующее выбору переменного тока (ПЕР) на вывод PC0 микроконтроллера U2 (фиг. 2) по линии AC SWITCH, поступает сигнал низкого уровня. Срабатывает реле K5 (фиг.3) подключая питание DC-DC повышающего преобразователя напряжения U7 (фиг. 3) к линии питания + 12 В. Начинается процесс заряда низковольтной батареи накопительных конденсаторов C17 – C21 10000 uF 80 V (фиг.3). По окончании процесса заряда на дисплее 13 отобразится сообщение: «конденсаторы заряжены готов к подрыву», микроконтроллер U2 (фиг. 2) переходит в режим ожидания нажатия на кнопку 3 (ИМПУЛЬС), P13 DTN в течение 20 секунд, в течение которых необходимо нажать кнопку 3 (ИМПУЛЬС) для инициации взрыва, в противном случае устройство отключится по истечении времени ожидания в целях обеспечения безопасности. При нажатии на кнопку 3(ИМПУЛЬС), соответственно на схеме P13 DTN (фиг. 2) отключаются реле K5, K7 (фиг. 3), срабатывают реле K13, K11 (фиг. 3). В обоих случаях, постоянный/переменный род тока, по окончании выдачи импульса тока на клеммы ЭВЦ 2 отключаются все реле задействованные в алгоритме коммутации цепей выдачи импульса соответствующего рода тока, срабатывает реле K9, K11 (фиг. 3), запускается алгоритм измерения сопротивления линии описанный ранее, в результате которого на дисплее 13 появляется сообщение об успешности инициирования. При необходимости записи в разъем 11 устанавливается карты памяти. Светодиодные индикаторы 8 сообщают об успешности выполнения этапов работы заявленного устройства. При нажатии кнопки 5 происходит аварийное отключение устройства.

Изобретение относится к области производства взрывных работ. Техническим результатом является обеспечение выдачи высокочастотного электрического импульса переменного или постоянного тока в электровзрывной цепи для инициирования патронов взрывных, нечувствительных патронов взрывных предохранительного действия, а также электродетонаторов при проведении прострелочно-взрывных работ в нефтяных и газовых скважинах. Он достигается за счет того, что взрывное конденсаторное устройство, содержащее корпус с выходными клеммами для подключения электровзрывной цепи ЭВЦ, с клеммами для подключения внешнего источника питания, панель управления, управляющий и силовой блоки, кроме того, содержит дисплей, выполняющий функцию отображения текущей информации, соединенный с вычислительным микроконтроллером управляющего блока, панель управления, подключенную к управляющему блоку и содержащую кнопку выдачи импульса в ЭВЦ, электрический ключ переключения этапов работы устройства, кнопку аварийного отключения устройства, переключатель выбора рода тока, переключатель полярности на клеммах ЭВЦ. 3 ил.

Взрывное конденсаторное устройство, содержащее корпус с выходными клеммами для подключения электровзрывной цепи ЭВЦ, с клеммами для подключения внешнего источника питания, панель управления, и размещенные в корпусе управляющий блок и силовой блок, отличающееся тем, что содержит дисплей, выполняющий функцию отображения текущей информации, соединенный с вычислительным микроконтроллером управляющего блока, панель управления, подключенную к управляющему блоку и содержащую кнопку выдачи импульса в ЭВЦ, электрический ключ переключения этапов работы устройства, кнопку аварийного отключения устройства, переключатель выбора рода тока, переключатель полярности на клеммах ЭВЦ; управляющий блок, содержащий микроконтроллер U2 STM32F401RET6 и его обвязку, состоящую из кварцевых резонаторов G3 с частотой 32,768 кГц и G4 с частотой 8 МГц, а также биполярные транзисторы VT1 – VT3, VT7 – VT13 2N2222, при этом электрические сигналы с панели управления поступают на микроконтроллер U2 STM32F401RET6; силовой блок посредством электрических проводников соединен с управляющим блоком и в свою очередь содержит реле K1 – K13 с двумя переключающимися контактами, выполняющие функции коммутации, высоковольтный трансформатор T1, полумостовую схему управления на базе двух транзисторов VT5, VT6 IRF4310, защитные диоды D3, D4 1n4007, драйверы ключей сдвоенного нижнего уровня DD1 IR4427, снабберы C21, R57, высоковольтную батарею накопительных конденсаторов C6, C7, C15, C16 330 uF 300 V, включенную по схеме умножителя, содержащей выпрямительные диоды VD8, VD9, VD11, VD14 10A10, низковольтную батарею накопительных конденсаторов C17 – C21 10000 uF 80 V, повышающий преобразователь напряжения U7, а к выходам силового блока присоединены клеммы для подключения электровзрывной цепи.