УЧЕБНАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ДЕМОНСТРАЦИИ ВЗРЫВНЫХ ПРОЦЕССОВ

Полезная модель относится к учебному лабораторному оборудованию, используемому при изучении курсов теории взрывчатых веществ (ВВ) и демонстрации взрывных процессов.
Известные учебные лабораторные установки, предназначенные для демонстрации и исследования взрывных процессов, как правило, представляют собой сложные и дорогостоящие конструкции (SU 168160 A1, 01.01.1965. SU 1261402 A1, 15.02.1992. SU 1803866 A1, 23.03.1993. RU 2015508 C1, 30.06.1994. RU 2311720 C1). Подобные установки включают в себя лабораторные заряды твердых ВВ, снабженных оболочками, кумулятивными выемками и т.п., электрический капсюль-детонатор (ЭД), источник тока, например подрывную машинку и проводник, соединяющий ЭД с источником тока. Заряд ВВ и ЭД размещаются обычно в специальной бронекамере - подрывной кабине. Основные сложности применения подобных установок связаны с трудностями организации хранения и перевозки ВВ и ЭД, особенно в условиях учебных заведений. Кроме того, использование штатных ЭД на основе мостиковых электровоспламенителей, например ЭД №8 Э, создает опасность самопроизвольных подрывов от наводок и утечек тока.
Наиболее близкой к предложенной полезной модели является учебная лабораторная установка для исследования взрывных процессов, представленная в патенте РФ №2373489 (Заявка 2008119935/03 от 21.05.2008, опубликовано: 20.11.2009, бюл. №32). Данная лабораторная установка представляет собой специальную взрывную камеру, в которой на штативе подвешивается заряд жидкого смесевого взрывчатого вещества в металлической или неметаллической оболочке. В качестве взрывчатого вещества используется смесь жидких окислителя и горючего, например, тетранитрометана с дизельным топливом. Инициирование подобного заряда производится искровым разрядником или взрывающимся проводником, погруженным в жидкое взрывчатое вещество. Для приведения в действие искрового разрядника применяется высоковольтный генератор. Наряду с достоинствами, такими как, например, отсутствие средств инициирования - специальных изделий, применяемых для инициирования взрывчатых веществ, данная установка содержит достаточно сложное дорогостоящее оборудование - специальную взрывную камеру. Камера рассчитана на подрыв 2-50 г. жидких взрывчатых смесей тетранитрометана с нитробензолом или нитрометаном. Подобные жидкие смеси являются мощными и высокочувствительными взрывчатыми композициями и вследствие чего крайне опасны в обращении (Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ, Л., «Химия», 1973, С. 406). Кроме того, наличие оболочки заряда предполагает разлет осколков, имеющих высокую кинетическую энергию, что представляет определенную опасность. Однако, при преподавании дисциплин, связанных с изучением взрывчатых веществ зачастую необходимо более простое лабораторное оборудование для безопасной демонстрации и оценки свойств взрывчатых веществ, не требующее применения больших количеств взрывчатых материалов.
При проведении учебных лабораторных и научно-исследовательских работ, посвященных получению и изучению свойств инициирующих взрывчатых веществ (ИВВ), таких как, азид свинца, гремучая ртуть, тринитрорезорцинат свинца (ТНРС), тетразен и т.п. возникает необходимость в демонстрации и проведении простейших предварительных сравнительных оценок взрывчатых свойств этих веществ: легкости перехода горения в детонацию, чувствительности к внешним воздействиям, инициирующей способности и бризантности, а также в исследовании влияния физико-химических свойств ИВВ - гравиметрической плотности, размеров и формы кристаллов, на их чувствительность и инициирующую способность. В этом случае возникает необходимость в наличии достаточно простого и безопасного лабораторного оборудования, не требующего применения больших количеств взрывчатых материалов и расположенного в лаборатории синтеза ИВВ наряду с установками для их получения. В первую очередь, это вызвано определенной трудностью организации хранения, перевозки и переноски взрывчатых веществ в условиях учебных заведений.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является исключение из числа используемых при проведении исследований и учебного процесса дорогостоящего и сложного оборудования и большого количества взрывчатых веществ.
Технический результат, на решение которого направлена полезная модель, заключается в повышении безопасности исследования и демонстрации взрывных процессов с одновременным уменьшением финансовых и организационных затрат при проведении учебного процесса.
Технический результат достигается тем, что в учебной лабораторной установке для исследования и демонстрации взрывных процессов, содержащей взрывную камеру, размещенный в ней штатив для установки заряда взрывчатого вещества, заряд взрывчатого вещества, источник электрического импульса, размещенный вне камеры, электрический кабель, соединяющий источник с зарядом, в качестве взрывной камеры используют стандартный лабораторный вытяжной шкаф, оборудованный вытяжной вентиляцией и подъемной металлической защитной шторой с окном из органического стекла, дополнительным защитным прозрачным экраном, а заряд представляет собой небольшую навеску исследуемого инициирующего взрывчатого вещества в количестве не более 10-20 мг, горение которого инициируют с помощью медленно горящего пиротехнического шнура, который, в свою очередь, зажигают электрической спиралью, при этом электрическая спираль соединена с источником электрического тока через лабораторный автотрансформатор и систему блокировки.
Схема предлагаемой учебной лабораторной установки для исследования и демонстрации взрывных процессов представлена на рисунке 1, где:
1 - взрывная камера; 2 - шток лапкодержателя; 3 - штатив; 4 - защитный прозрачный экран; 5 - лапкодержатель; 6 - заряд взрывчатого вещества; 7 - отрезок пиротехнического шнура; 8 - электрическая спираль; 9 - защитная штора взрывной камеры; 10 - смотровое окно взрывной камеры; 11 - штатив системы воспламенения; 12 - ручка перемещения электроспирали; 13 - вольтметр; 14 - тумблер; 15 - лабораторный автотрансформатор; 16 - трехштырьковая электровилка; 17 - электрическая система узла блокировки и зажигания пиротехнического шнура; 18 - тумблер узла блокировки; 19 - пластина-свидетель.
Для достижения указанного технического результата при данной решаемой задаче, в качестве взрывной камеры 1, в заявляемой конструкции учебной лабораторной установки для исследования и демонстрации взрывных процессов, используется секция штатного лабораторного вытяжного шкафа, в которой за защитным прозрачным экраном 4 размещается штатив 3, на котором в лапкодержателе 5 закрепляется алюминиевая пластина-свидетель 19 с отрезком пиротехнического шнура 7 и зарядом взрывчатого вещества 6 массой не более 10-20 мг, который находится в углублении пластины-свидетеля 19 рядом с концом отрезка пиротехнического шнура 7. На другой конец отрезка пиротехнического шнура устанавливается электрическая спираль 8 из нихромовой проволоки, закрепленная на штативе системы воспламенения 11, причем электрическая спираль 8 имеет возможность перемещаться по штативу 11 в вертикальном направлении. Перемещение спирали осуществляется вращением ручки 12. Контроль за нагревом спирали производится с помощью вольтметра 13, который показывает величину напряжения, подаваемого на контакты спирали. Величина подаваемого напряжения регулируется лабораторным автотрансформатором 15. Включение электрической системы зажигания шнура производится тумблером 14. Подача электрического импульса из осветительной сети (напряжение 220 В) через тумблер узла блокировки 18 производится с помощью трехштырьковой нестандартной электровилки 16.
Учебная лабораторная установка для исследования и демонстрации взрывных процессов может дополняться лабораторной установкой для синтеза инициирующих взрывчатых веществ, которая устанавливается в других секциях вытяжного шкафа и некоторым вспомогательным оборудованием. Таким оборудованием могут быть: микроскоп, для оценки формы и размеров кристаллов ИВВ; аналитические весы, для взятия навесок и оценки гравиметрической плотности ИВВ. Данное оборудование устанавливается на отдельных столах и комплектуется защитными устройствами и экранами.
В качестве примера приводится порядок проведения сравнительных испытаний и демонстрации процесса воспламенения навесок инициирующих взрывчатых веществ различных классов - азида свинца декстринового и тринитрорезорцината свинца - ТНРСа.
Перед проведением испытаний испытатель проверяет состояние электрической системы узла блокировки и зажигания пиротехнического шнура 17. Система зажигания шнура установки должна быть отключена: стрелка вольтметра 13 должна быть в крайнем левом положении, что говорит об отсутствии напряжения на выходе автотрансформатора системы питания, трехштырьковая вилка 16 не должна быть включена в соответствующую розетку. Кроме того, система зажигания шнура оборудована автоматической блокировкой: при поднятой защитной шторе 9 тумблер 18 узла блокировки разрывает электрическую цепь системы нагрева спирали 8. Предварительно готовятся алюминиевые пластины - свидетели, на которых делается углубление и приклеивается отрезок медленно горящего шнура. В данном примере использовался отрезок пиротехнического шнура, изготовленного по безопасной водной технологии и имеющий скорость горения 0,15-0,20 см/с. В качестве свидетеля использовалась алюминиевая пластина толщиной 0,2 мм и размерами 20×40 мм. Пластина-свидетель 19 с отрезком пиротехнического шнура 7 закрепляется в лапкодержателе 5 штатива 3, который установлен во взрывной камере - секции вытяжного шкафа 1 за защитный прозрачный экран 4. Испытатель устанавливает штатив 3 таким образом, чтобы опускаемая нихромовая электрическая спираль 8 находилась над свободным концом воспламеняемого отрезка пиротехнического шнура 7. Исполнитель надевает защитные очки и за защитным экраном, расположенном, на отдельном лабораторном столе, берет навеску испытуемого ИВВ с помощью объемной мерки. После взятия навески ИВВ она аккуратно помещается в углубление пластины-свидетеля 19. Исполнитель, вращая ручку 12 штатива 11, опускает нихромовую электрическую спираль 8 на свободный конец отрезка пиротехнического шнура 7. Подготовив, таким образом, установку, исполнитель опускает защитную штору 9, вставляет трехштырьковую вилку 15 в соответствующую розетку, включает лабораторный автотрансформатор 15 включателем 14 и с помощью вольтметра 13 убеждается в готовности электроцепи к подрыву заряда ИВВ. Исполнитель предупреждает присутствующих наблюдателей о предстоящем эксперименте и убеждается в том, что все находятся в безопасной зоне. После этого исполнитель включает вытяжную вентиляцию и поворотом рукояти автотрансформатора 15 увеличивает напряжение на контактах нихромовой спирали до величины достаточной для ее разогрева до нужной температуры. Спираль разогревается и воспламеняет отрезок пиротехнического шнура, после чего исполнитель снижает напряжение, подаваемое на спираль до нуля, и тумблером 14 отключает автотрансформатор. Исполнитель через смотровое окно 10 наблюдает за горением пиротехнического шнура и предупреждает всех присутствующих о предстоящем подрыве заряда. После подрыва заряда трехштырьковая вилка удаляется из розетки, поднимается защитная штора 9, пластина-свидетель 19 извлекается из лапкодержателя 5 штатива 3, отключается вытяжная вентиляция и производится замер пробитого в пластине-свидетеле отверстия.
В таблице 1 и на рисунке 2 приведены результаты сравнительных испытаний образцов азида свинца декстринового и ТНРС.
Таблица 1
- Влияние природы и гравиметрической плотности ИВВ на бризантность зарядов
Номер пластины-свидетеля
ИВВ
Гравиметрическая плотность ИВВ, г/см<sup>3</sup>
Форма кристаллов
Масса ИВВ, г
Результат
1
Нет
-
-
-
-
2
ТНРС
0,80
Компактные шестигранные
0,0064
Пластина смята
3
Азид свинца
0,78
Удлиненные игольчатые
0,0062
Отверстие 5×6 мм
4
Азид свинца
1,28
Коротко-столбчатые
0,0102
Отверстие 7×8 мм
5
Азид свинца
1,44
Компактные округлые
0,0115
Отверстие 10×12 мм
В качестве пластины-свидетеля использовалась алюминиевая пластина толщиной 0,2 мм, а объем мерки для взятия навесок исследуемых образцов ИВВ составлял около 0,008 см. В данных экспериментах демонстрировалось влияние природы и гравиметрической плотности ИВВ на бризантную способность их зарядов, а также легкость перехода процесса горения ИВВ в детонационный процесс. С этой целью образцы ИВВ, помещенные в углубления пластин-свидетелей были зажжены отрезками пиротехнического шнура. В таблице и на рисунке 2 (2, 3, 4, 5) представлены результаты воспламенения навесок ТНРСа и азида свинца декстринового различной гравиметрической плотности и формы кристаллов, но имеющих одинаковый объем и помещенных в углубление на алюминиевых пластинах-свидетелях. Для сравнения отдельно приведен внешний вид пластины-свидетеля с отрезком пиротехнического шнура 1 (до подрыва).