ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНО-ДЕТОНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
PROTECTIVE AND DETONATING DEVICE

Изобретение относится к области взрывных технологий, применяемых в горнодобывающей и нефтегазовой промышленности, а также военной технике, и может быть использовано в устройствах предохранения от несанкционированного подрыва и в логических системах взрывной автоматики.
Известно устройство с использованием взрывной логической схемы, в частности взрывного логического элемента «И», содержащего два входа и один выход, выполненного в виде детонационных каналов в пенопластовом материале, согласно изобретению по авторскому свидетельству СССР №1778491, F42B 3/10, опубл. 30.11.1992, БИ №44. Известный логический элемент снабжен инертной перегородкой и приемным зарядом ВВ, размещенным за инертной перегородкой перед выходом, при этом длина L приемного заряда ВВ определяется из соотношения L=2D×Δτ, где D - скорость детонации заряда ВВ, Δτ - допустимая разновременность инициирования входов, обеспечивающая прохождение взрывного сигнала к выходу. Известный логический элемент выполняет функцию логического элемента «И» только при одновременном высокоточном инициировании двух входов.
Причиной, препятствующей достижению указанного ниже технического результата, является сложность обеспечения синхронности поступления команд на оба входа для надежного инициирования устройства. Это требует применения специальных средств инициирования или устройств синхронизации, что увеличивает габариты и ограничивает область использования известного устройства. Недостатком устройства является также использование материалов, имеющих низкую термостойкость.
В качестве прототипа заявляемого устройства, как наиболее близкого по технической сущности, выбрано устройство с использованием взрывной логической схемы по патенту РФ №2247923, F42B 3/10, опубликованному 10.03.2005, БИ №7. Известное устройство содержит плату с двумя входами и одним выходом, связанными между собой детонационными прутками, образующими между первым входом и выходом длинную и короткую ветви с подстыковкой второго входа к короткой ветви, при этом на стыках длинной и короткой ветвей и короткой ветви и второго входа установлены исполнительные элементы, разрушающие детонационную связь. Детонационные прутки из осажденного ВВ размещены на обеих сторонах платы, а в плате выполнены сквозные отверстия, в которых установлены исполнительные элементы, разрушающие детонационную связь, выполненные в виде приемного заряда из осажденного ВВ и примыкающей к нему инертной преграды, размещенной со стороны разрушаемого детонационного прутка с возможностью перемещения под действием продуктов взрыва приемного заряда.
Причинами, препятствующими достижению указанного ниже технического результата, являются: недостаточная надежность функционирования взрывной логической схемы, обусловленная низкой механической прочностью миниатюрных детонационных прутков при длительных вибрационных и ударных воздействиях, имеющих место при реальной эксплуатации подобных зарядов; низкая технологичность изготовления и сборки логической схемы вследствие необходимости точной установки и крепления инертной преграды в отверстиях платы; низкая термостойкость инертной преграды, выполненной из полиметилметакрилата (оргстекла), приводящая к изменению прочности и геометрических размеров при температурах более 100°С.
Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности функционирования устройства за счет повышения механической прочности к воздействию ударов, вибраций и механических перемещений с одновременным повышением термостойкости устройства.
При использовании настоящего изобретения достигнут следующий технический результат:
- повышена надежность срабатывания устройства;
- повышена термостойкость устройства до 220°С;
- обеспечена механическая прочность и стойкость к воздействию ударов и вибраций;
- обеспечена высокая технологичность устройства;
- реализована возможность использования энергии окружающей среды для задействования устройства.
3
Для решения указанной задачи и достижения технического результата в предохранительно-детонирующем устройстве, содержащем корпус, по крайней мере, с одним входом и выходом, связанными между собой детонационным каналом, заполненным вторичным ВВ, и средство возбуждения детонации, согласно изобретению детонационный канал заполнен октогеном β-модификации, имеющим возможность перехода в δ-модификацию, при этом, по крайней мере, часть канала выполнена с поперечным размером меньше критического диаметра взрывчатого вещества, а корпус выполнен из термостойкого материала с плотностью 2,1-2,5 г/см. Длина части канала с поперечным размером меньше критического диаметра ВВ, составляет не менее 8 его поперечных размеров. Для перехода октогена β-модификации в δ-модификацию предусмотрено средство для нагрева его до 180-200°С. Для этого на участке минимального сечения детонационного канала может быть установлен нагревательный элемент или средством для нагрева октогена может быть окружающая среда, например, в нефтяной скважине.
3
3
В заявляемом устройстве в отличие от прототипа корпус (плата) выполнен из термостойкого инертного материала, сохраняющего свои свойства до 250°С, плотностью 2,1-2,5 г/см, в котором выполнен детонационный канал, содержащий участок с поперечным размером меньше критического диаметра передачи детонации. В качестве взрывчатого вещества используется кристаллическое бризантное термостойкое вещество октоген (циклотетраметилентетранитрамин, НМХ), изначально находящееся в стабильной кристаллической β-модификации. Кроме термостойкости октоген обладает свойством полиморфизма, т.е. способен при изменении температуры (нагревании) менять свою кристаллическую структуру, в частности β-модификация октогена при нагревании от исходной температуры до температуры 170°С и выше (до 200°С) переходит в δ-модификацию. Процесс перехода октогена из одной модификации в другую приводит к повышению его чувствительности к механическим воздействиям и уменьшает критический диаметр передачи детонации более чем в 2 раза. Данная особенность октогена использована в предлагаемом изобретении. Детонационный канал, выполненный из октогена и имеющий участок сужения с поперечным размером меньше критического диаметра, в исходном состоянии не пропускает детонационный импульс ни в прямом, ни в обратном направлениях. Для того чтобы участок сужения стал пропускать детонационный импульс, его необходимо нагреть до температуры 180-200°С и выдержать 15-30 минут. В качестве нагревательного элемента может быть использована цилиндрическая втулка из пиротехнического состава, охватывающая участок сужения. Воспламеняться пиротехнический состав может от электрического или механического воспламенителя, а также огнепровода. Для варианта предохранительно-детонирующего устройства, применяемого в глубоких скважинах с повышенной температурой до 220°С, нагревательный элемент необязателен: его роль выполняет окружающая среда после погружения в скважину прострелочно-взрывной аппаратуры, включающей предохранительно-детонирующее устройство. Выполнение корпуса из термостойкого материала с плотностью от 2,1 до 2,5 г/см обеспечивает механическую прочность устройства при температурах до 220°С, что повышает и надежность срабатывания устройства.
На фиг.1 приведен пример одного из вариантов исполнения предохранительно-детонирующего устройства.
3
В корпусе 1 из термостойкого материала плотностью 2,2 г/см выполнен цилиндрический детонационный канал, заполненный бризантным ВВ 2 - октогеном β-модификации. Детонационный канал диаметром 2,7 мм на одном из участков выполнен с утонением (сужением), диаметр которого составляет 1,5 мм (меньше диаметра ВВ в 1,8 раза) и длина 15 мм (не менее 10 диаметров ВВ). На участке с минимальным сечением установлен электронагревательный элемент 3, выполненный в виде спирали. Устройство имеет два входа (4 и 5) и выход 6.
Устройство работает следующим образом. При подаче на вход 4 детонационного импульса он доходит до участка сужения, и детонация прекращается, если на вход 5 предварительно не поступил управляющий импульс, который запускает нагревательный элемент, обеспечивающий нагрев ВВ на участке сужения до температуры, превышающей температуру полиморфного перехода β-модификации октогена в δ-модификацию. При подаче на вход 5 управляющего импульса ВВ (октоген) на участке сужения нагревается до необходимой температуры, происходит полиморфный переход ВВ в δ-модификацию, при этом существенно увеличивается чувствительность ВВ и уменьшается его критический диаметр. Канал становится способен пропускать детонационный импульс.
Проведено экспериментальное подтверждение работоспособности заявляемого устройства, которое показало, что передача детонационного импульса через устройство, описанное в примере конкретного выполнения, происходит только после подачи управляющего импульса на нагреватель и выдержки при температуре 180°С в течение 25 минут.