UA64034C2 - Детонатор (варіанти), спосіб запалювання стиснутого основного заряду в детонаторі та ініціюючий елемент для використання в детонаторі - Google Patents

Abstract

Винахід відноситься до ініціюючого елемента для використання в детонаторі з можливістю збудження детонації основного заряду, розташованого в детонаторі. Ініціюючий елемент містить ініціюючий заряд, що запалюється, який при запалюванні виділяє газоподібні продукти згоряння, за допомогою яких збуджується детонація основного заряду. Ініціюючий елемент містить засіб стиснення, який виконаний з можливістю під дією вказаних газоподібних продуктів згоряння переміщатися у напрямі до основного заряду для його стиснення. Винахід, крім того, відноситься до способу запалювання стиснутого основного заряду в детонаторі, при якому під час фази запалювання основний заряд додатково стискають до збільшеної щільності. Крім того, винахід відноситься до детонатора, забезпеченого основним зарядом, який в момент детонації має збільшену щільність.

Description

детонація вказаного основного заряду.

Винахід також відноситься до ініціюючого елемента, в якому вищезазначені газоподібні продукти згоряння використовують для нагріву і стиснення нещільно спресованої вторинної вибухової речовини для збудження її детонації в той же час, як стиснутий основний заряд зазнає дії зусилля, яка створюється від ініціюючого заряду, що горить, і яка додатково збільшує щільність основного заряду, так, що, принаймні, деяка частина основного заряду досягає по суті кристалічного стану. Переважно, щоб нещільно спресована вторинна вибухова речовина була вже нагріта до запалення, коли починається здійснення її стиснення.

Згідно з винаходом, основний заряд в детонаторі, який стиснутий при виготовленні детонатора, таким чином, збуджують до детонації за допомогою ініціюючого заряду за допомогою способу, при якому тиск, який створюється при згорянні ініціюючого заряду, використовують для додаткового стиснення основного заряду перед його детонацією.

Згідно з переважним варіантом здійснення винаходу, ініціюючий елемент містить вторинну вибухову речовину, яка розташована для збудження детонації основного заряду в детонаторі.

В особливо переважному варіанті виконання ініціюючого елемента згідно з винаходом вторинна вибухова речовина ініціюючого елемента збуджує детонацію основного заряду за допомогою нагріву до запалення і стиснення вказаної вторинної вибухової речовини газоподібними продуктами згоряння, які виділяються при згорянні ініціюючого заряду, розташованого в ініціюючому елементі.

У одному варіанті виконання детонатора згідно з винаходом, таким чином, може міститися ініціюючий елемент, що має камеру, яка з'єднана з основним зарядом і містить порівняно нещільно спресовану або необмежену вторинну вибухову речовину. Під час фази ініціювання, тобто при згорянні ініціюючого заряду зменшується об'єм вказаної камери, що призводить до підвищення тиску у вказаній камері. Одночасно згоряння ініціюючого заряду призводить до додаткового стиснення основного заряду, який, таким чином, досягає по суті кристалічного або, принаймні, дуже стиснутого стану. Запалення основного заряду забезпечується газоподібними продуктами згоряння в ініціюючому заряді, що проходять у вказану камеру, за допомогою чого вибухова речовина в цій камері нагрівається до запалення. Коли вибухова речовина в камері нагріта до запалення, збільшуються тиск і, таким чином, енергія в камері, так що ця вибухова речовина, зрештою, досягає детонації, за допомогою чого збуджується детонація основного заряду.

У переважних варіантах здійснення винаходу підвищення тиску у вказаній камері забезпечується позитивним тиском, який викликано ініціюючим зарядом і який проштовхує рухомо розташований поршень в камеру, так що зменшується її об'єм. Товщина поршня переважно більше, ніж 0,15мм, і менше, ніж 1,0мм.

Діаметр вищезазначеної камери переважно більше, ніж критичний детонаційний діаметр вибухової речовини, який призначений для приміщення в камеру. Критичний детонаційний діаметр для пентаеритритолтетранітрату складає, наприклад, близько 1мм. Крім того, як встановлено, довжина камери (її протяжність в осьовому напрямі) з користю більше, ніж її діаметр, але менше розміру, що приблизно в десять разів переміщує її діаметр.

Крім того, в переважному варіанті здійснення винаходу застосовується засіб стиснення у вигляді поршня відповідної форми для забезпечення вказаного додаткового стиснення, а вищезазначена камера виконана в засобі стиснення як переважно осьовий канал. Як встановлено, корисно, щоб діаметр засобу стиснення був, принаймні, в 1,1 рази більше, ніж діаметр такого каналу. Він переважніше, принаймні, в 1,5 рази більше, а найбільш переважно - приблизно в 2 рази більше, ніж діаметр каналу.

Даний винахід дає можливість виготовляти ініціюючі елементи, що мають загальну довжину 9-10мм, яка порівнянна з довжиною заряду з первинної вибухової речовини в детонаторах згідно з попереднім рівнем техніки, в яких довжина колонки первинної вибухової речовини в ініціюючому заряді звичайно складає близько б-7мм.

Перелік фігур креслень

Різні відмітні ознаки і функції винаходу будуть очевидні з нижчеприведеного опису ряду переважних варіантів здійснення винаходу. У цьому описі посилання робиться на супроводжуючі креслення, на яких фіг.1 схематично показує в розрізі детонатор згідно з винаходом, фіг.2 схематично показує в розрізі детонатор згідно з винаходом під час фази ініціювання, і фіг.3-9 схематично показують різні варіанти виконання ініціюючих елементів згідно з винаходом.

Необхідно зазначити, що деталі або частини, що мають на фігурах однакове або схоже зображення або призначення, позначені однаковими позиціями.

Опис переважних варіантів здійснення винаходу

Тепер з посиланням на фіг.1 буде детальніше описаний переважний варіант виконання детонатора згідно з винаходом. Згідно з цим варіантом здійснення винаходу, детонатор містить гільзу 1, яка має відкритий кінець і закритий кінець, при цьому зовнішній діаметр гільзи дорівнює близько 6б,5мм. Основний заряд 2 з вторинної вибухової речовини запресований до закритого кінця гільзи (до щільності близько 1,5-1,55г/см), а на відкритому кінці гільзи за допомогою ущільнення 4 розміщений засіб З запалення, в цьому випадку трубка «НОНЕЛ» (зареєстроване найменування). Всередині гільзи 1 поблизу вказаного основного заряду 2 розташований ініціюючий елемент 5, який передає імпульс запалення від трубки З «НОНЕЛ» до основного заряду 2 для збудження його детонації. Ініціюючий елемент є по суті циліндричним і одним з своїх кінців звернений до трубки З «НОНЕЛ», а іншим кінцем - до основного заряду 2. На кінці ініціюючого елемента 5, зверненому до трубки З «НОНЕЛ», виконаний отвір 6. В ініціюючому елементі 5 поблизу вказаного отвору 6 і послідовно з повторною вибуховою речовиною 10 розташований піротехнічний заряд 9. Піротехнічний заряд і вторинна вибухова речовина разом утворюють ініціюючий заряд. Нижче детальніше описується піротехнічний заряд. Вторинна вибухова речовина 10 розташована поблизу ініціатора, який містить перший і другий поршні відповідно 7 і 8. Одна торцева поверхня першого поршня 7 спирається на стиснутий основний заряд 2 і, отже, може переміщатися насилу, і тому цей перший поршень називається статичним. Однак, зрозуміло, що під час фази ініціювання статичний поршень 7 в більшості випадків буде переміщатися на коротку відстань у напрямі до основного заряду. У цьому поршні 7 утворений центральний циліндричний канал 11, який тягнеться вздовж центральної подовжньої осі статичного поршня 7 і на одному кінці з'єднаний зі стиснутим основним зарядом 2, а на іншому кінці обмежений рухомо розташованим другим поршнем 8. Так як другий поршень 8 може переміщатися значно більше, ніж перший статичний поршень, то цей поршень 8 називається динамічним поршнем. Канал 11 містить вторинну вибухову речовину 12, яким в цьому випадку є пентаеритритолтетранітрат, циклотетраметилентетранітрамін, флегматизований гексоген (циклотриметилентринітрамін) або суміш однієї або більшого числа цих вторинних вибухових речовин в необмеженому або нещільно спресованому стані (що має щільність близько 0,8-1 4г/сму). Таким чином, канал 11 містить деяку кількість повітря (або, можливо, деяку іншу суміш газів).

Типовий детонатор має зовнішній діаметр 7,5мм і довжину близько б5мм. Гільза детонатора має товщину стінки близько 0,дмм, а оболонка циліндричного ініціюючого елемента має зовнішній діаметр близько 5,5мм і товщину стінки близько 0,4мм. Циліндричний статичний поршень, розташований в ініціюючому елементі, має зовнішній діаметр близько 5,1мм і довжину близько 5мм. Канал, який зроблений в статичному поршні, також є по суті циліндричним і має діаметр близько Змм і довжину близько 5мм. Таким чином, ініціюючий елемент має статичний поршень із зовнішнім діаметром, який приблизно в 1,7 рази більше, ніж діаметр каналу, який утворений в статичному поршні. Таким чином, канал складає близько 3595 загальної площі поперечного перетину статичного поршня.

У цьому випадку динамічний поршень 8 має товщину близько 0,4мм і діаметр, який по суті відповідає діаметру каналу. Загальна довжина ініціюючого елемента складає близько 10мм. Тепер з посиланням на фіг.2 буде описаний процес запалення детонатора згідно з винаходом. При випущенні імпульсу запалення засобом

З запалення, яким в цьому випадку с трубка «НОНЕЛ», запалюється піротехнічний заряд 9, після чого запалюється вторинна вибухова речовина 10 при короткому періоді збудження. При згорянні ініціюючого заряду створюється високий тиск, діючий на поршні 7 і 8. Статичний поршень 7 в такому випадку чинить сильний тиск на основний заряд 2, який досягає по суті кристалічного або, принаймні, дуже стиснутого стану з високою щільністю, принаймні, поблизу поршня. Так званий статичний поршень в цьому випадку буде переміщатися на коротку відстань 5 у напрямі до основного заряду, навіть якщо він залишається по суті статичним. Ініціатор має таку конструкцію, що газоподібні продукти згоряння ініціюючого заряду проникають в канал 11 за динамічним поршнем 8, що призводить до нагріву вибухової речовини 12 в каналі до запалення.

Поршень 8 вдавлюється в канал 11 статичного поршня, що призводить до підвищення тиску в каналі. Через тертя динамічного поршня 8 об стінки каналу і/або через його масу, тобто його інерції він рухається не так швидко, як газоподібні продукти згоряння, і, отже, вибухова речовина 12 в каналі 11 вже нагріта до запалення до того, як помітно підвищиться тиск в каналі. Енергія в каналі збільшується з підвищенням температури і тиску в каналі 11, і коли енергія досягає певної величини, вторинна вибухова речовина в каналі 11 детонує по суті вмить у всьому каналі завдяки тому факту, що вторинна вибухова речовина нещільно спресована і, таким чином, досягає критичної енергії по суті одночасно у всьому каналі. Цей процес запалення дає порівняно швидку детонацію, яка розповсюджується до основного заряду 2, який внаслідок свого сильного стиснення зазнає дуже швидкого процесу детонації.

Вищезазначений процес запалення дає можливість основному заряду в момент детонації знаходитися в по суті кристалічному стані, тобто мати дуже високу щільність. Шляхом підбору відповідної маси і розміру поршнів і підбору відповідних розмірів каналу 11 і відповідної щільності вибухової речовини 12, розташованого в ньому, можна для кожної даної вибухової речовини забезпечити найбільшу можливу швидкість детонації в основному заряді детонатора.

Фахівець в цій області зробить ці відповідні підбори звичайним чином за допомогою випробувань і дослідних вибухів.

Само собою зрозуміло, що навіть якщо на фіг.1 і 2 показаний детонатор, в якому засобом 3 запалення с трубка «НОНЕЛ», можуть бути також використані інші засоби запалення, як наприклад, електрозапальник.

На фіг.3-9 показані приклади різних варіантів виконання ініцюючих елементів 5 згідно з винаходом.

Оболонка ініціюючих елементів 5 може бути виготовлена з практично будь-якого матеріалу, хоча вважається за краще використати міцний матеріал, як наприклад, сталь, бронзу або латунь. При використанні міцного матеріалу стінки оболонки можуть бути тонкими, що тим самим дозволить мати ініціатор з діаметром, який майже дорівнює внутрішньому діаметру гільзи 1 і, таким чином, також і діаметру основного заряду 2, за допомогою чого під час фази ініціювання забезпечується стискаюча дія на велику частину поперечної поверхні основного заряду 2.

Поршнева система 7, 8, 13-18 ініціюючого елемента може містити множину поршнів або навіть може бути спочатку виготовлена як єдина складальна деталь. Однак, під час фази ініціювання існують або виникають, принаймні, один статичний поршень, який збільшує стиснення в основному заряді, і, принаймні, один динамічний поршень, який забезпечує стиснення нещільно укладеної вибухової речовини 12 в камері 11. У тих випадках, коли поршнева система утворена як єдина складальна деталь, важливо, щоб динамічний поршень відділявся б від єдиної складальної деталі під час фази ініціювання (наприклад, за допомогою тиску від згоряння ініціюючого заряду) і, таким чином, ставав рухомим в каналі статичного поршня. Матеріал поршнів варіюється від випадку до випадку; однак, як встановлено, корисно, щоб матеріал мав модуль пружності, який по суті такий же, як модуль пружності стиснутого основного заряду, або більше його.

У деяких переважних варіантах здійснення винаходу статичний поршень 7 має декілька конічну зовнішню форму, при цьому вузький кінець звернений до ініціюючого заряду і, отже, легко виходить з оболонки ініціюючого елемента під час фази ініціювання, наприклад, завдяки незначному розширенню оболонки ініціюючого елемента під дією тиску. У той же самий час конічна форма полегшує запресування статичного поршня 7 в оболонку ініціюючого елемента. Як тільки статичний поршень відділяється від внутрішньої стінки оболонки ініціюючого елемента, додається більше стискуюче зусилля для стиснення основного заряду.

На фіг.3 показаний ініціюючий елемент, аналогічний тому, який використовується в детонаторі на фіг.1. У цьому випадку динамічний поршень 8 і статичний поршень 7 є окремими складальними деталями.

Поперечний перетин динамічного поршня, який в цьому випадку виконаний круглим, по суті відповідає поперечному перетину каналу 11, який виконаний в статичному поршні. Канал 11 має діаметр Змм і довжину 5 мм. Зовнішній діаметр статичного поршня 7 приблизно в 1,7 рази більше, ніж діаметр динамічного поршня 8 (Її, таким чином, також приблизно в 1,7 рази більше, ніж діаметр каналу 11).

На фіг.4 показаний ініціюючий елемент, який містить два статичних поршні 13, 14, тоді як на фіг.5 показаний ініціюючий елемент, в якому поршнева система замість цього має два динамічних поршні 8, 15.

На фіг.б показаний ініцюючий елемент, в якому поршнева система спочатку складається з єдиної складальної деталі 7, 16. Під час фази ініціювання тиск, що викликається згорянням ініціюючого заряду, буде приводити до відділення частини 16 від єдиної складальної деталі, і ця частина буде являти собою динамічний поршень, відповідний динамічному поршню 8, показаному на фіг.3.

Винахід охоплює також інше компонування поршневої системи. Наприклад, на фіг.7 показаний ініціюючий елемент з ініціатором, який складається з двох частин: одна частина є статичним поршнем, відповідним статичному поршню 7, показаному на фіг.3, а інша частина має форму диска 17, який розташований попереду статичного поршня 7 і, таким чином, закриває канал 11 статичного поршня. Відповідно до вищевикладеного, частина диска 17 буде відділятися під час фази ініціювання і діяти як динамічний поршень. Для забезпечення правильного відділення частини в поршневій системі яка повинна утворювати динамічний поршень, відповідно до варіантів, описаних з посиланням на фіг. 6 і 7, можуть бути виконані виточки або лінії розриву 19 в місцях, в яких, як вважають, відбудеться відділення. Це як приклад показане на фіг.8. На фіг.8 розміри вказаних виточек або ліній розриву вибрані тільки в ілюстративних цілях. У реальних ініціюючих елементах згідно з винаходом ці виточки або лінії розриву, звичайно, будуть мати розміри відповідно до іншої частини ініціюючого елемента, яка відрізняється від тієї, що показана на кресленні.

На фіг.9 показаний ще один варіант виконання ініціюючого елемента згідно з винаходом. У цьому випадку статична частина поршневої системи складається з двох поршнів, що мають однаковий зовнішній діаметр і однаковий діаметр каналу 11. Між цими двома поршневими частинами розташований диск, від якого під час фази ініціювання вищеописаним чином відділяється динамічний поршень.

Ініціатор може бути розташований цілком всередині оболонки ініціюючого елемента 5 (так, як показано на фіг.3-6), частково всередині оболонки (фіг.7) або тільки спиратися (будучи притиснутим) на оболонку (фіг.8, 9).

Переважно, щоб канал 11 і, отже, динамічний поршень 8 були круглими в поперечному перетині, але винахід не обмежується ніякою особливою конфігурацією каналу. Вибір геометричної форми в певному випадку - це питання зручності, яке вирішується фахівцем в цій області, і вона може бути вільно вибрана в межах винаходу і відповідно до винахідницької ідеї.

Опис ініціюючого заряду

Піротехнічний заряд 9 ініціюючого заряду має швидкість згоряння, яка переважно вище, ніж 5м/с, більш переважно вище, ніж 10м/с, і найбільш переважно вище, ніж 20м/с. Перехід від дефлаграції до детонації в ініціюючому елементі не повинен займати більше, ніж близько 0,5мс, і, отже, швидкість згоряння піротехнічного заряду не повинна бути дуже низькою. У той же самий час вельми бажано, щоб вторинна вибухова речовина ініціюючого заряду виявляла б по суті плоский фронт згоряння, який дає можливість поршням поршневої системи діяти синхронно. Крім того, період збудження вказаної вторинної вибухової речовини повинен бути таким, щоб відхилення детонаторів миттєвої дії не перевищувало 50,1мс. Дія ініціатора згідно з даним винаходом залежить від утворення досить високого тиску при згорянні ініціюючого заряду. На практиці це означає, що температура в піротехнічному заряді, що запалюється, переважно вище, ніж 2000"С, більш переважно вище, ніж 2500"С, і найбільш переважно вище, ніж 3300"С. Завдяки високій температурі згоряння піротехнічного заряду забезпечується також швидке і надійне запалення вторинної вибухової речовини ініціюючого заряду. Відповідними піротехнічними речовинами для цієї мети є так звані «терміти», які містять металевий порошок (наприклад, МО, АЇ, Ті, 2), який служить як паливо, і окиси металів, які служать як окислювачі. Наприклад, можуть бути використані піротехнічні суміші, як наприклад, (30-40)95

АІ-(70-60)95ЕРегОз і (20-40)95ті4(80-60)958і2Оз, які викликають детонацію в основному заряді в межах 0,1-0,5мо.

Таким чином, час переходу від дефлаграції до детонації еквівалентний цьому часу у детонаторів, в яких використовується первинна вибухова речовина.

Опис випробувань

Нижче будуть описані два різних випробування, які підтверджують високу швидкість детонації у детонаторів згідно з даним винаходом.

Приклад 1

Порівнювали швидкості детонації у детонаторів трьох різних типів. Швидкість детонації (тобто вибухова дія) порівнювали загальноприйнятим способом, при якому детонатор встановлювали з приміщенням його кінця проти свинцевої пластини товщиною 5мм, при цьому як мірило вибухової дії детонатора (швидкості детонації) приймали діаметр отвору, який проривається при детонації детонатора.

Висаджували десять детонаторів трьох різних типів: детонатори першого типу з первинною вибуховою речовиною згідно з попереднім рівнем техніки; детонатори другого типу без якої-небудь первинної вибухової речовини згідно з попереднім рівнем техніки і детонатори третього типу згідно з даним винаходом. Всі детонатори містили в рівній кількості вибухову речовину, а саме, 470мг циклотриметилентринітраміну і 180мг пентаеритритолтетранітрату. Детонатори згідно з попереднім рівнем техніки як з первинною вибуховою речовиною, так і без неї дали по суті однаковий результат. Діаметр прорваних отворів був в межах 9-10мм.

Детонатори згідно з даним винаходом мали значно більш високу швидкість детонації і утворювали отвори, що мають діаметр від 12,0мм до 12,1мм.

Приклад 2

Як і в прикладі 1, порівнювали детонатори тих же самих трьох типів. Порівнювали за загальноприйнятим способом, названим «Прайер». Як показали випробування, детонатори обох типів згідно з попереднім рівнем техніки відповідали детонатору Ме11!7, в той час як детонатори згідно з даним винаходом відповідали детонатору Ме13,5.

Вищеописані приклади показують, що даний винахід забезпечує в детонаторах значно збільшену швидкість детонації в порівнянні з детонаторами згідно з попереднім рівнем техніки. Завдяки використанню ініціюючого елемента і способу запалення згідно з винаходом можна було досягнути посиленої вибухової дії без збільшення кількості вибухової речовини в основному заряді. то 11 7 з 4 7 Й я 182

ДЕ сн й ' в 7

Фіг. 1 з 4 7 8 що 2 й Ге 5535 од» - «ше: : ж б 5

Фіг.7 рі тей ША ЧК вет лінк ШК о і ХЕ ши НИЖ шк х с» ш- опару Ми НК

Фіг. 3 з плення нама і МУКУ : Ін Е

ЛИШ

ДН или ; МАМО

Й осо плині арбітри дин у МІЙ,

Фіг. 4 пет мини мих» ; же с.

Ж іш ; Мол

Й ОКО

6 МВА ТИ ХУ ля лі дае

Фіг. 5 ш ше ШИ

Фіг. 6 17 7 7 ; ІГ. . Це Фіг. 8 19

Фіг, 9