CC BY
126
X Ü в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 12(128)
УДК 662.435
Е.А. Кожевников, A.A. Гидаспов, С.И. Постнов, В.А. Рекшинский, Е.В. Юртаев Самарский государственный технический университет, Самара Россия
КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРОДЕТОНАТОРА ПОВЫШЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
The design of high-safety instant-action non-primary explosive blasting cap is offered. The principle of operation is based on deflagration-to-detonation transaction of the secondary explosive in the confinement. The efficiency of the operation of the offered blasting cap is shown.
Предложена конструкция электродетонатора мгновенного действия повышенной безопасности, не содержащего инициирующих взрывчатых веществ, действие которого основано на режиме перехода горения бризантного взрывчатого вещества, помещенного в оболочку, в детонацию. Показана эффективность действия предложенного электродетонатора.
Традиционно электродетонаторы (ЭД) по ГОСТ 9089-75 для народнохозяйственного применения [1, 2] снаряжаются инициирующими взрывчатыми веществами (ИВВ) - азидом свинца (АС) или гремучей ртутью (ГР). Недостатком таких ЭД является высокая опасность в обращении при производстве, хранении, транспортировке и применении из-за использования АС или ГР.
ЭД повышенной безопасности для народно-хозяйственного применения разрабатываются с 80-х гг XX в. Основная идея их создания заключается в замене или исключении используемого в ЭД ИВВ. По первому направлению для замены АС (ГР) предлагаются бысгрогорящие псевдо-ИВВ. Например, в США предлагается заменить ИВВ на вещество CP (перхлорат пенгаамин (5-циано-2Н-тетразолато-Ы2)кобальта (Ш)), а для средств инициирования, основанных на лазерном задействовании, предлагается перхлорат тетраамин-цис-бис(5-нитро-2Н-тетразолато-Ы2) кобальта (Ш) [3]. В России для КД, возбуждаемых ударно-волновыми трубками (УВТ), предлагается использовать вещество НКТ (перхлорат(5-нитротетразолато-N2) пентаамин-кобальта (Ш)), а в системе СИНВ - вещество «Циркон» (перхлорат трис(карбогидразид) кадмия (П)) [4-6]. Однако, замена ИВВ на псевдо-ИВВ вряд ли приведет к кардинальному повышению безопасности ЭД, хотя может быть оправдана при возбуждении КД УВТ.
По второму направлению предлагаются ЭД в которых не применяются ИВВ и псевдо-ИВВ. Были разработаны [2] ЭД марок ЭДВ-1 и ЭДВ-2, в которых используется принцип «взрывающейся проволочки». Для их срабатывания необходим источник тока высокого напряжения, равного 15 кВ при емкости конденсатора 0,47 мкФ и длине соединяющего кабеля до 20 м. Эти ЭД снаряжаются только бризантным взрывчатым веществом (БВВ) - улырадисперсным ТЭНом (тетранитратом пентаэритрита). Использование таких ЭД сдерживается необходимостью применения специальных подрывных машинок, генерирующих высокие напряжения.
Опубликовано значительное число патентов на конструкции ЭД, действие которых основано на бысгропротекающем режиме перехода горения БВВ в детонацию (111Д). В таких ЭД заряд БВВ делится на инициирующую и основную части. Инициирующая часть заряда помещается в различные металлические оболочки для обеспечения ускоренного перехода горения БВВ в детонацию. В качестве
С й 6 X и в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. N012 (128)
БВВ, применяемых в инициирующих зарядах, предлагаются гексоген (1,3,5-тринитро-1,3,5-триазациклогексан), ТЭН, вещество «Н» (бисгринитроэтилен-динитрамин) и смеси этих веществ с алюминием. Например, в патентах [7,8] БВВ, используемое в качестве инициирующего заряда, предлагается помещать в сравнительно тонкостенные цилиндрические оболочки. В патенте [9] инициирующее БВВ предлагается помещать в оболочку со ступенчатым переменным диаметром (три ступени). Однако, такие перспективные ЭД с повышенной технологической безопасностью, обусловленной отсутствием в их конструкции высокочувствительных ИВВ и псевдо-ИВВ, не нашли практического применения, что, по нашему мнению, связано с низкой надежностью срабатывания, обусловленной конструкцией оболочки.
6 5 4-32 1
Рис. 1 - Конструкция ЭД-ПБ:1 -ЭВ, 2 - гильза, 3 - воспламенительный состав, 4 - инициирующий заряд ТЭНа, 5 - МЦО (В2=6,4 мм, с!2=2,9 мм), 6 - основной заряд БВВ.
Нами проанализированы фундаментальные работы по изучению перехода горения в детонацию БВВ в металлических цилиндрических оболочках с осевым каналом (МЦО) [10,11]. Обнаружено, что, наряду с прочностными характеристиками материала МЦО, основной величиной, влияющей на возможность режима перехода ПГД и длину преддетонационнош участка БВВ в оболочке, является Оо=/) с! - отношение внешнего (О) и внутреннего (с!) диаметров МЦО. Величина ао определяет толщину стенки, а следовательно, прочностные характеристики МЦО. В [9] показано, что в длинных МЦО из стали 45, имеющих наружный диаметр I)/ от 39 до 11 мм и внутренний диаметр ¿//=5мм (т.е. 7,8<ао<2,2), происходит надежный ПГД ТЭНа при его плотности 1,45 г/см3 на участке /=15 мм вне зависимости от Д?. При уменьшении Д?<11 мм (ао<2,2) увеличивается длина / до 25 мм, а при I)/ 7мм (ао<1,4) процесс развивается до низкоскоростной детонации и не переходит в нормальную детонацию. При уменьшении Д?<6 мм (ао<1,2) горение полностью затухает. Нами было выдвинуто предположение о том, что если прочности оболочки с Д?=11 мм и б//=5 мм достаточно для обеспечения ПГД при минимальной длине /=15 мм, то оболочка с меньшими диаметрами (Д? и ¿А), но с тем же их соотношением, будет обладать достаточной прочностью для обеспечения надежного ПГД. Для МЦО с ао=2,2, помещаемой в гильзу КД№8 (внутренний диаметр гильзы /Л=6,4 мм), получаем ¿¡2=02/ Оо=6,4/2,2=2,9 мм.
С учетом отмеченного нами предложена [12] основанная на принципе ПГД конструкция ЭД мгновенного действия повышенной безопасности (ЭД-ПБ), приведенная на рис.1, в которой инициирующий заряд БВВ помещен в МЦО с 4
X U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 12(128)
мм и di=2,9 мм.
1
J
х
\\wvc-
/ / / / / / / / / /
Рис. 2 - Схема установки для испытания ЭД-ПБ:1 - подрывная кабина, 2 - ЭД-ПБ, 3 - электропровода, 4 - свинцовая пластина, 5 - отрезок трубы, 6 - устройство для подачи
электрического импульса на ЭВ.
При срабатывании электровоспламенителя (ЭВ) огневой импульс от ЭВ зажигает воспламенительный состав, горение которого вызывает горение ТЭНа (вещества «Н» и др.) в МЦО (из сталей СтЗ, Ст45, А12 и др., длиной 20 мм). Горение БВВ в МЦО переходит в детонацию, которая возбуждает детонацию основного заряда БВВ (гексогена, ТЭНа и др.).
Рис. 3. Внешний вид свинцовой пластины: а — до испытаний, б — при положительном результате испытаний ((!„,„> 11 мм)
Эксперименты по эффективности действия ЭД-ПБ проводились по стандартной методике [13,14], основанной на пробитии свинцовой пластины. Схема испытаний ЭД-ПБ приведена на рис.2.
0 it & I U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 12 (128)
При взрыве ЭД-ПБ в свинцовой пластине образуется отверстие диаметром dome >11 мм (см. рис.3). Такой же диаметр пробития свинцовой пластины дает штатный ЭД-8Ж [1] (ИВВ-азид свинца, БВВ - гексоген).
При срабатывании ЭД-ПБ наблюдается характерное разрушение МЦО. Участок МЦО со стороны ЭВ, имеющий длину 10-12 мм, остается целым, оставшаяся часть разрушается на мелкие фрагменты. Это свидетельствует о том, что на целом участке МЦО развиваются процессы послойного горения, конвективного горения, низкоскоростные режимы со скоростью ниже скорости звука и формирование детонационной волны с давлением Ркр во фронте (Ркр - критическое давление инициирования детонации ВВ). На втором разрушающемся участке (/=8-10 мм) происходит развитие детонации до стационарной скорости и детонация.
Дополнительно надежность процесса ПГД в БВВ (ТЭН, вещество «Н», и др.), находящемся в МЦО ЭД-ПБ, подтверждается следующими экспериментами. При замене БВВ в основном заряде ЭД-ПБ инертным материалом (NaCl) наблюдалось разрушение МЦО, аналогичное вышеописанному: участок МЦО со стороны ЭВ, имеющий длину 10-12 мм, остается целым, оставшаяся часть разрушается на мелкие фрагменты. Это свидетельствует о том, что разрушение МЦО осуществляется за счет режима ПГД БВВ в МЦО, а не за счет взрыва основного заряда БВВ в ЭД-ПБ.
Библиографические ссылки
1. ГОСТ 9089-75. Электродетонаторы мгновенного действия. Технические требования. Введ. 1978-01-01. -М. : Изд-во стандартов, 1975. -40с.
2. Щукин Ю.Г., Лютиков Г.Г., Поздняков З.Г. Средства инициирования промышленных взрывчатых веществ: Учеб. для техникумов. М.: Недра. 1996.-155 с.
3. Данилов Ю.Н., Илюшин М.А., Целинский И.В. Промышленные взрывчатые вещества. Часть 1. Инициирующие взрывчатые вещества. Текст лекций. СПб. СПБГТЩТУ). 2004. - 113 с.
4. Патент РФ №2104466, приоритет 01.12.1996, опубл. 02.10.1998.
5. Патент РФ №2138760, приоритет 12.01.1998, опубл. 27.09.1999.
6. Патент РФ № 2089828, приоритет 30.01.1995, опубл. 10.09.1997.
7. Патент СССР №1521291, приоритет 22.04.1986, опубл. 11.07.1989.
8. Патент РФ №2122704, приоритет 27.05.1997, опубл. 27.11.1998.
9. Патент РФ №2120101, приоритет 13.12.1994, опубл. 10.10.1998.
10. Беляев АФ., Боболев В.К., Корогюв А.И., Сулимов A.A., Чуйко C.B. Переход горения конденсированных систем во взрыв. М. : «Наука», 1973,- 292 с.
11. Афонина Л.В., Бабайцев И.В., Кондриков Б.Н. Взрывное дело. № 68/25. М.: «Недра», 1978. С.149-158.
12. Патент РФ № 2413166, приоритет 07.09.2009, опубл. 27.02.2011.
13. Баум Ф.А., Орленко Л.П., Станюкович К.П., Челышев В.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва. М.: «Наука».-1975.-704 с.
14. Аванесов Д.С. Практикум по физико-химическим испытаниям взрывчатых веществ: Учебное пособие. М.: Государственное издательство оборонной промышленности,- 1959.-167 с.
