УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ВЗРЫВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
INSTALLATION FOR STUDYING EXPLOSION PROCESSES USING SYNCHROTRON RADIATION

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам и механизмам, которые предназначены для локализации действия взрыва: продуктов детонации, ударной волны, температуры, избыточного давления, сейсмического воздействия и преимущественная область их применения -исследовательские установки для изучения процессов взрыва, ударного взаимодействия, свойств зарядов взрывчатых веществ.
Существует целый ряд взрывных камер, которые используют в экспериментальных работах для оптической и рентгенографической регистрации взрывных процессов (см. Металлические взрывные камеры: монография / А.Ф. Демчук, В.П. Исаков - Красноярск: КрасГУ, 2006. - 299 с.). При таких исследованиях настройку регистрирующей аппаратуры на исследуемый объект производят в следующей последовательности: на рабочий стол открытой камеры устанавливают исследуемый объект, настраивают регистрирующую аппаратуру, которая установлена в камере или вне нее, на исследуемый объект, камеру закрывают, и подрывают заряд взрывчатого вещества. Оптическую или рентгенографическую съемку производят через специальные окна, предусмотренные в корпусе камеры для этих целей.
Недостаток конструкции и такого способа юстировки в невозможности производить визуальную настройку с открытой камерой не при всех видах регистрации взрывных процессов.
Известна взрывозащитная камера, (см. патент РФ №2447398С1, МПК F42B 39/14, F42D 5/04, опубл. 10.04.2012, бюл. №10), которую настраивают для проведения экспериментов с регистрацией взрывных процессов следующим образом. Камеру устанавливают в рабочую позицию, открывают, отсоединяя при помощи крепежных элементов днища от корпуса, выполняют настройку центрального неподвижного корпуса. Взрывное устройство или исследуемый объект помещают в полость вставки, подвешивая к каретке, которая перемещается по балке в требуемую позицию для юстировки относительно центра вставки. Внутри камеры устанавливают измерительную аппаратуру, подсоединяют к ней и к взрывному устройству кабели линии подрыва и измерительных приборов, которые заводят внутрь камеры через специальные отверстия. Закрывают камеру, обеспечивая герметичную стыковку корпуса с днищами. Производят подрыв. Это ручной вид внутренней настройки для регистрации взрывного процесса.
Недостаток устройства и процесса юстировки - невозможность использования для проведения экспериментов с синхротронным излучением.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому определен "Способ доставки взрывозащитной камеры к месту проведения опыта и транспортно-юстировочный комплекс для его осуществления" (см. патент РФ №2596858С1, МПК B65G 63/00, B61D 3/00, опубл. 10.09.2016, бюл. №25), который взят за прототип.
Юстировочное устройство содержит подвижную платформу, выполненную в виде рамы из стального профиля №20. В раме выполнен П-образный проем, габариты которого соответствуют габаритному размеру торца взрывозащитной камеры с ее опорой. Рама опирается на пол четырьмя попарно зависимыми винтовыми регулировочными стойками с демпфирующими опорами. Демпфирующие опоры снижают динамические нагрузки на винтовые регулировочные стойки, на пол и окружающее оборудование. Опоры - это набор дисков из высокопрочной резины, стянутых болтами между стальными пластинами. Подвижная платформа оснащена двумя подвижными плитами, размеры которых соответствуют габаритным размерам опор взрывозащитной камеры. Торцы подвижных плит выполнены с ограничителями, а их верхняя поверхность покрыта слоем демпфирующего материала. На нижней поверхности подвижных плит выполнены пазы для направляющих полозьев, закрепленных на платформе перпендикулярно ее продольной оси, при этом для каждой подвижной плиты на платформе установлен механизм ее горизонтального перемещениям в виде винтового горизонтального домкрата. Величину хода домкратов задают длиной их винтовой части. Таким образом, регулировочные стойки и подвижные плиты юстировочного комплекса обеспечивают перемещение взрывозащитной камеры в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Недостаток данного технического решения в том, что взрывозащитная камера и юстировочное устройство до эксперимента не совмещены. Их совмещение для проведения эксперимента - сложный технологический процесс. Это объяснено только спецификой проводимых исследований. Поворот взрывозащитной камеры вокруг вертикальной оси во время юстировки не предусмотрен. Позиционирование взрывозащитной камеры проводят путем перемещение ее в вертикальной и сдвигом в горизонтальной плоскостях.
В настоящее время проводят исследования детонационных и ударно-волновых процессов с использованием синхротронного излучения ускорителей высоких энергий. К взрывозащитным камерам, которые используют при проведении таких исследований, предъявляют повышенные требования к точности размещения (позиционирования) исследуемого объекта или заряда взрывчатого вещества в ней и положению самой камеры относительно пучка излучения.
При исследованиях быстропротекающих процессов методом импульсной рентгенографии, как правило, используют малогабаритные импульсные рентгеновские аппараты (см. Герасимов С.И., Полиенко Г.А., Хорошайло Е.С.Переносные импульсные рентгеновские аппараты серий "САРМА" и "АРГУМЕНТ" для регистрации быстропротекающих процессов. Саров, СарФТИ НИЯУ МИФИ, 2013. 65 с.). У таких аппаратов есть возможность настраивать пучок рентгеновского излучения на исследуемый объект перемещая сам аппарат относительно корпуса камеры, поскольку он имеет небольшой вес и габариты и может быть установлен на подвижном основании.
При исследованиях с использованием синхротронного излучения такой возможности нет, поэтому настройку на исследуемый объект совершают позиционированием взрывной камеры относительно пучка синхротронного излучения.
Сложность точной настройки состоит в малых размерах пучка синхротронного излучения, который имеет размер 0,1×20 мм. Пучок синхротронного излучения проходит через исследуемый заряд взрывчатого вещества небольшого размера. Конструкция установки должна содержать юстировочное устройство, позволяющее перемещать камеру в горизонтальной и вертикальной плоскостях перпендикулярно оси распространения пучка синхротронного излучения и осуществлять поворот камеры вокруг этой оси. Также юстировочное устройство должно обеспечивать угловые перемещения камеры вокруг вертикальной оси. В этом случае необходимо, чтобы вертикальная ось вращения камеры проходила через точку входа пучка синхротронного излучения в окна камеры (см. Фиг. 1).
Решаемая техническая задача - это разработка установки с позиционированием повышенной точности камеры при исследованиях процесса взрыва с использованием синхротронного излучения.
Востребованный технический результат достигают используя установку с юстировочным устройством, содержащим, подвижную платформу, которая опирается на четыре винтовые регулировочные стойки, расположенные на неподвижном основании. Подвижная платформа включает подвижную плиту с механизмом горизонтального перемещения. На подвижной плите платформы юстировочного устройства установлено ложе с закрепленной на нем взрывной камерой. Ложе связано с подвижной плитой платформы вертикальной осью, вокруг которой совместно со взрывной камерой ложе совершает угловые перемещения. Ложе имеет демпфирующие элементы, на которые опирается камера.
Взрывная камера выполнена по схеме установки для исследовательско-экспериментальных работ (см. Металлические взрывные камеры: монография / А.Ф. Демчук, В.П. Исаков.- Красноярск: КрасГУ, 2006. - с. 182, 183, рис. 5.10).
Установка содержит горизонтально расположенную взрывную камеру цилиндрической формы с эллиптическим днищем и фланцем, с закрепленным на нем байонетным замковым кольцом, подвижную крышку эллиптической формы с зубчатым фланцем, закрепленную на камере при помощи кронштейна. Внутренние диаметры камеры, днища, фланцев и крышки равны по величине.
Во взрывной камере выполнены люки различного диаметра для установки герметичных вводов систем передачи электрических сигналов измерительной аппаратуры и инициирования взрыва, окна, через которые проходит пучок синхротронного излучения, клапанов для вакуумирования и системы вентиляции внутреннего объема камеры. Запирание крышки производят поворотом байонетного замкового кольца, при помощи гидроцилиндра.
Взрывная камера закреплена на ложе в горизонтальном положении при помощи двух поясов через прокладки, выполненные из демпфирующего материала. Ложе и камера имеют упоры для предотвращения проворота камеры относительно ложа при закрывании крышки.
Предлагаемая установка пояснена графическим материалом: Фиг. 1 - схема юстировки взрывной камеры по лучу синхротронного излучения
Фиг. 2, 2а, 2б, 2в - общий вид установки с юстировочным устройством; Фиг. 3, 3а, 3б - юстировочное устройство.
Установка для исследования процессов взрыва (см. фиг. 1, 2, 2а, 2б, 2в) содержит юстировочное устройство взрывной камеры 1 по лучу синхротронного излучения, проходящему через окна 2. Юстировочное устройство содержит подвижную платформу 3, которая опирается на четыре винтовые регулировочные стойки 4, расположенные на неподвижном основании 5. На подвижной платформе 3 расположено ложе 6. Ложе 6 имеет демпфирующие элементы 7. Камера 1 опирается на демпфирующие элементы 7 и закреплена на ложе 6 в горизонтальном положении при помощи двух поясов 8 через прокладки 9, выполненные из демпфирующего материала. Ложе 6 и камера 1 имеют упоры для предотвращения проворота камеры 1 относительно ложа 6 при закрывании байонетного замкового кольца.
Подвижная платформа юстировочного устройства (см. фиг. 3, 3а, 3б) содержит опорную плиту 10, на которой через демпфирующую прокладку 11 установлены неподвижная плита нижняя 12 и подвижная плита верхняя 13. Ложе 6 расположено на плите верхней 13 и связано с ней осью вращения 14. Положение камеры 1 по высоте и по уровню регулируют при помощи стоек 4 с резьбовой частью. Плита верхняя 13 вместе с камерой 1 и ложем 6 перемещается горизонтально относительно плиты нижней 12 в направлении перпендикулярном направлению пучка синхротронного излучения при помощи толкателя 15. Скоба 16, в которой размещен толкатель 15, жестко связана с опорной плитой 10. Упор 17, в который по резьбе ввинчивается (вывинчивается) толкатель 15, жестко связан с плитой верхней 13.
Ложе 6 вместе с взрывной камерой 1, скользя по плите верхней 13, совершает угловое перемещение вокруг оси вращения 14 при помощи толкателя 18. Толкатель 18 крепится в скобе 19 прижимами 20. Скоба 19 жестко связана с ложем 6. На толкателе 18 размещен ползун 21, который жестко связан с плитой верхней 13.
После юстировки положение взрывной камеры фиксируют при помощи четырех прижимов 22 затяжкой гаек 23 на шпильках 24. Перед началом юстировки необходимо ослабить затяжку гаек 23.
Демпфирующие элементы 7, прокладки 9 и прокладка 11 обеспечивают гашение динамических воздействий, возникающих при взрыве, на юстировочное устройство и пол помещения, в котором находится установка.
Установка работает следующим образом:
Взрывную камеру 1 с юстировочным устройством устанавливают в рабочую позицию таким образом, чтобы оси противоположных окон 2 камеры 1, через которые должен проходить пучок синхротронного излучения, максимально совпадали с траекторией пучка. Далее ослабляют затяжку гаек 23. Для облегчения процесса юстировки предварительно юстировку проводят по лучу лазерного нивелира при перекрытом пучке синхротронного излучения. При помощи регулировочных стоек 4 устанавливают высоту и уровень взрывной камеры 1 таким образом, чтобы оси окон 2 и траектория пучка синхротронного излучения лежали в одной горизонтальной плоскости. При помощи толкателя 15 перемещают взрывную камеру 1 в горизонтальной плоскости до совпадения точки входа пучка синхротронного излучения с осью входного окна 2. При помощи толкателя 18 выполняют угловое перемещение взрывной камеры 1 до совпадения точки выхода пучка синхротронного излучения с осью выходного окна 2.
Открывают крышку 25 взрывной камеры 1 поворотом ее на кронштейне 26. Помещают заряд взрывчатого вещества в точку на оси окон 2 в центре взрывной камеры 1. Подключают провода детонаторов к соответствующим вводам. Запирают камеру поворотом байонетного замкового кольца 27 при помощи гидроцилиндра 28. После подачи пучка синхротронного излучения юстируют положение взрывной камеры 1 по пучку синхротронного излучения, ориентируясь на показания с детектора излучения. После юстировки положение фиксируют при помощи четырех прижимов 22 затяжкой гаек 23 на шпильках 24.
Производят подрыв заряда взрывчатого вещества.
Представленная конструкция установки позволяет производить настройку регистрирующей аппаратуры на объект исследования при закрытой камере с зарядом взрывчатого вещества, полностью подготовленным к подрыву.
Заявляемое техническое решение повышает точность позиционирования взрывной камеры взрывной камеры относительно пучка синхротронного излучения, что способствует успешному получению достоверных данных об исследуемом процессе взрыва, сокращает затраты и повышает безопасность при работе с излучением.
Предлагаемая в данной заявке установка была реализована в КТФ ИГИЛ СО РАН при проектировании и изготовлении "Камеры взрывной KB 0,05" массой 875 кг и габаритами: 1,54×1,14×1,26 м. для заряда ВВ - 0,05 кг.
В КТФ ИГиЛ СОР АН спроектирована установка на заряд ВВ массой 2 кг. Трудности при проектировании такой установки состояли в том, что юстировочное устройство для наведения пучка синхротронного излучения на объект исследования, должно было с высокой точностью позиционировать крупногабаритную взрывную камеру массой 14 тонн. Данная задача была успешно решена.