КАПСЮЛЬ-ДЕТОНАТОР (ВАРИАНТЫ)
PRIMER CAP (VERSIONS)

Настоящее изобретение относится к области средств инициирования, в частности к капсюлям-детонаторам с электрическим и неэлектрическим способами зажигания. Такие капсюли-детонаторы применяются, в частности, при взрывных работах гражданского назначения, таких как строительство, добыча полезных ископаемых, прокладка дорог и др. В частности, к ним относятся электродетонаторы, детонаторы неэлектрических систем СИНВ, Эдилин, Nonel и детонаторы пиротехнических реле.
Большинство указанных капсюлей-детонаторов являются замедленными, то есть они обеспечивают задержку момента детонации капсюля по отношению к моменту подачи электрического или неэлектрического зажигающего импульса в капсюль. Капсюли с одинаковыми временами замедлений называются сериями, а времена задержек между соседними сериями называются интервалами замедлений. Современные требования, предъявляемые к точности срабатывания капсюлей-детонаторов, являются очень жесткими и базируются на принципе, чтобы разброс времен взрывов капсюлей одной серии не превышал половину интервала замедления. Так, например, капсюли двух соседних серий 475 мс и 500 мс, имеющие между собой интервал замедления 25 мс, должны иметь разброс не более ±12,5 мс. В противном случае, будет происходить перекрытие моментов взрывов капсюлей соседних серий, также называемое "нахлестом", приводящее в лучшем случае к плохому качеству взрыва, а в худшем случае к отказам, в том числе массовым.
В современных капсюлях-детонаторах, указанные замедления и их точность обеспечиваются с помощью пиротехнических замедлительных элементов, которые, как правило, представляют собой отрезок металлической трубки или металлический колпачок с запальным отверстием в донышке (по-другому, стакан с отверстием в торце), в который запрессован один или два замедлительных пиротехнических состава. Обычно внутренние диаметры таких замедлительных элементов составляют от 2,5 мм до 5,2 мм, а длины от 5 мм до 40 мм. При подаче в капсюль-детонатор зажигающего импульса зажигается столбик пиросостава замедлительного элемента, который послойно горит в течение расчетного времени, и по его окончанию зажигающий импульс передается к следующему звену замедлительно-инициирующей цепочки, обычно это инициатор детонации заряда вторичного взрывчатого вещества, например первичное взрывчатое вещество (ВВ). Точность и надежность работы таких замедлительных элементов обусловлена как равномерностью горения самих пиросоставов в замедлительных элементах, так и влиянием концевых эффектов. Концевой эффект при зажигании пиросостава, возникающий в начале элемента, обусловлен тем, что некоторое время, сразу после зажигания пиросостава, возникающее в зоне горения избыточное давление способно отламывать и выбрасывать из элемента кусочки шлака пиросостава, что приводит к неустойчивому горению пиросостава при зажигании элемента и увеличивает разброс времени замедления. В редких случаях это может приводить даже к обрыву горения. Второй концевой эффект, возникающий в конце элемента при передаче зажигающего импульса к следующему звену замедлительно-инициирующей цепочки, обусловлен суммой избыточного давления в зоне реакции и давления, возникающего в результате сгорания почти всего объема пиросостава в замедлительном элементе. Это суммарное давление значительно выше, и оно способно преодолевать силы трения натяга между гильзой капсюля и замедлительным элементом и сдвигать последний, нарушая тем самым замедлительно-инициирующую цепочку, что также приводит к увеличению разброса времени замедления и может приводить к обрыву горения. У большинства современных капсюлей-детонаторов неподвижность элементов замедлительно-инициирующей цепочки пытаются обеспечить натягом между гильзой и замедлительным элементом при запрессовке последнего. По-видимому, этого мероприятия было бы достаточно, если бы гильза капсюля не нагревалась от горящего пиросостава до температур 200-250°С. При этих температурах материал гильзы, обычно малоуглеродистая сталь или алюминий, существенным образом теряет свою несущую способность, вследствие чего первоначальный натяг ослабляется или исчезает вовсе и элементы получают возможность сдвигаться.
С негативным влиянием обоих концевых эффектов можно бороться. Уменьшить выброс шлака из элемента при зажигании можно путем создания на пути выбрасываемого шлака механического препятствия и путем снижения давления в зоне горения. Уменьшить подвижку замедляющего элемента по гильзе можно путем улучшения фиксации замедляющего элемента в гильзе капсюля, путем снижения давления в зоне горения и путем уменьшения нагрева гильзы капсюля. Таким образом, временную точность и надежность работы вышеописанных капсюлей-детонаторов можно существенно улучшить путем конструирования такой замедлительно-инициирующей цепочки, где влияние концевых эффектов значительно ослаблено или полностью исключено. В конечном итоге увеличение временной точности и повышение надежности работы капсюлей-детонаторов выражается в уменьшении количества случаев нахлеста и отказов при ведении взрывных работ.
Известен "Детонатор" фирмы "ДЗЕ Энсайн-Бикфорд Компании" (US) по патенту РФ №2066829, который содержит три замедлительных элемента с внутренними диаметрами от 2,5 мм до 3,2 мм, последовательно запрессованных в гильзу капсюля. Благодаря тому что трубки замедлительных элементов этой фирмы выполнены из свинца, они фиксируются в гильзе капсюля глубокими кольцевыми вмятинами (производимыми методом обжима), выполняемыми по гильзе непосредственно над местом расположения замедлительного элемента. Такой способ фиксации замедлительных элементов в гильзе капсюля полностью исключает их подвижки внутри гильзы, и, следовательно, исключаются ошибки при передаче зажигающего импульса как от элемента к элементу, так от последнего элемента к первичному ВВ. Однако следует заметить, что выполнение замедлительных элементов из свинца является устаревшей технологией, и сейчас во всем мире осталось только три таких капсюльных фабрики - одна в Канаде от фирмы ОRIСА, другая в Америке от фирмы Ensign Bickford и третья в Индии. Современные капсюльные фабрики выполняют замедлительные элементы из стали, сплавов алюминия или сплавов цинка. По таким элементам технически невозможно осуществить обжатие тонкой гильзы капсюля, так как они значительно тверже свинцовых элементов, и при попытке обжатия происходит недопустимое истончение гильзы с потерей ее механической прочности либо откусыванием. То есть на современных капсюльных фабриках невозможно применить такой способ фиксации замедлительных элементов. Кроме того, обжатие по замедлительному элементу вызывает нарушения однородности запрессованного в замедлительный элемент столбика пиросостава, в котором появляются трещины, что приводит к нестабильной скорости горения и снижает временную точность такого замедлительного элемента.
Известен "Узел задержки для устройства, передающего подрывной сигнал", фирмы "ДЗЕ Энсайн-Бикфорд Компании" (US) по патенту РФ №2042102. Отличительной особенностью этой конструкции является наличие металлической сеточки, впрессованной в ближайший к зажигательному органу торец замедлительного элемента. Такое техническое решение существенно затрудняет выброс кусочков шлака из замедлительного элемента при зажигании, уменьшая влияние концевого эффекта на точность и надежность работы капсюля-детонатора. Однако следует заметить, что надежно впрессовать металлическую сеточку в торец замедлительного элемента возможно только в том случае, если замедлительный элемент выполнен из мягкого свинца, а при использовании современных твердых замедлительных элементов из стали, сплавов алюминия или сплавов цинка надежно сделать это невозможно. Второй отличительной особенностью этой конструкции является фиксация замедлительного элемента с применением кольцевой обжимки гильзы непосредственно над местом расположения замедлительного элемента, как описано выше для конструкции по патенту РФ №2066829.
Учитывая, что "Узел задержки для устройства, передающего подрывной сигнал" по патенту РФ №2042102 является наиболее близким к заявленным в настоящей заявке объектам, он принят за прототип для заявленных в настоящей заявке вариантов исполнения изобретения.
Основным недостатком прототипа является тот факт, что оба указанных мероприятия, то есть обжим гильзы прямо по замедлительному элементу и применение впрессованной в торец замедляющего элемента металлической сеточки, можно осуществить технически только в том случае, если замедлительный элемент выполнен из свинца.
Настоящее изобретение в части всех вариантов направлено на решение технической задачи по улучшению фиксации замедлительного элемента в гильзе капсюля-детонатора, вследствие чего уменьшается подвижка замедлительного элемента по гильзе и предотвращается нарушение замедлительно-инициирующей цепочки;
Для части вариантов также решается дополнительная задача по уменьшению массы и диаметра столбика пиросостава, что уменьшает как нагрев гильзы капсюля, так и давление внутри замедлительного элемента. При уменьшении нагрева меньше ослабляется первоначальный натяг между замедлительным элементом и гильзой, а при уменьшении давления уменьшается сила, стремящаяся сдвинуть замедлительный элемент, и вследствие обоих факторов уменьшается подвижка замедлительного элемента по гильзе и предотвращается нарушение замедлительно-инициирующей цепочки. Кроме того, уменьшение давления уменьшает выброс шлака из замедлительного элемента при зажигании, вследствие чего уменьшается неустойчивость горения пиросостава при его зажигании.
Для части вариантов также решается дополнительная задача по созданию механического препятствия, уменьшающего выброс шлака из замедляющего элемента при зажигании, вследствие чего уменьшается неустойчивость горения пиросостава при его зажигании.
Достигаемый при этом технический результат для всех вариантов исполнения изобретения заключается в увеличении временной точности и повышении надежности работы капсюлей-детонаторов.
Указанный технический результат для первого варианта исполнения изобретения достигается тем, что в капсюле-детонаторе, включающем корпус в виде металлической закрытой гильзы, оборудованной с одного конца зажигательным органом, а с другого конца зарядом взрывчатого вещества, между которыми размещена замедлительно-инициирующая цепочка, включающая цилиндрический замедлительный элемент со столбиком пиросостава и инициатор детонации заряда взрывчатого вещества, расположенный смежно с этим зарядом, отличающийся тем, что замедлительный элемент со столбиком пиросостава выполнен в виде стакана с отверстием в торце, диаметр которого меньше диаметра столбика пиросостава внутри стакана, между зажигательным органом и торцом стакана на гильзе выполнена по крайней мере одна точечная или кольцевая вмятина, которая образует на внутренней поверхности гильзы по крайней мере один выступ между стаканом и зажигательным органом, механически контактирующий непосредственно с торцом стакана.
Указанный технический результат для второго варианта исполнения изобретения достигается тем, что в капсюле-детонаторе, включающем корпус в виде металлической закрытой гильзы, оборудованной с одного конца зажигательным органом, а с другого конца зарядом взрывчатого вещества, между которыми размещена замедлительно-инициирующая цепочка, включающая цилиндрический замедлительный элемент со столбиком пиросостава и инициатор детонации заряда взрывчатого вещества, расположенный смежно с этим зарядом, отличающийся тем, что замедлительный элемент со столбиком пиросостава выполнен в виде стакана с отверстием в торце, диаметр которого меньше диаметра столбика пиросостава внутри стакана, а между зажигательным органом и торцом стакана расположен вкладыш с продольным сквозным каналом, установленный с опиранием на торец стакана и который зафиксирован в гильзе с помощью по крайней мере одной точечной или кольцевой вмятины, произведенной по гильзе и одновременно по вкладышу или по гильзе перед вкладышем с образованием по крайней мере одного выступа, механически контактирующего непосредственно с торцом вкладыша.
Указанный технический результат для третьего варианта исполнения изобретения достигается тем, что в капсюле-детонаторе, включающем корпус в виде металлической закрытой гильзы, оборудованной с одного конца зажигательным органом, а с другого конца зарядом взрывчатого вещества, между которыми размещена замедлительно-инициирующая цепочка, включающая цилиндрический замедлительный элемент со столбиком пиросостава и инициатор детонации заряда взрывчатого вещества, расположенный смежно с этим зарядом, отличающийся тем, что замедлительный элемент со столбиком пиросостава выполнен в виде запрессованного с натягом в гильзу стакана с отверстием в торце, в который запрессована трубчатая вставка, в полости которой размещен столбик пиросостава, диаметр которого больше диаметра отверстия в торце стакана.
Указанный технический результат для четвертого варианта исполнения изобретения достигается тем, что в капсюле-детонаторе, включающем корпус в виде металлической закрытой гильзы, оборудованной с одного конца зажигательным органом, а с другого конца зарядом взрывчатого вещества, между которыми размещена замедлительио-инициирующая цепочка, включающая цилиндрический замедлительный элемент со столбиком пиросостава и инициатор детонации заряда взрывчатого вещества, расположенный смежно с этим зарядом, замедлительный элемент со столбиком пиросостава выполнен в виде отрезка трубки, между зажигательным органом и торцом трубки на гильзе выполнена по крайней мере одна точечная или кольцевая вмятина, которая образует на внутренней поверхности гильзы по крайней мере один выступ, механически контактирующий непосредственно с торцом вкладыша.
Указанный технический результат для пятого варианта исполнения изобретения достигается тем, что в капсюле-детонаторе, включающем корпус в виде металлической закрытой гильзы, оборудованной с одного конца зажигательным органом, а с другого конца зарядом взрывчатого вещества, между которыми размещена замедлительно-инициирующая цепочка, включающая цилиндрический замедлительный элемент со столбиком пиросостава и инициатор детонации заряда взрывчатого вещества, расположенный смежно с этим зарядом, замедлительный элемент со столбиком пиросостава выполнен в виде отрезка трубки, а между зажигательным органом и трубкой расположен вкладыш с продольным сквозным каналом, установленный с опиранием на торец трубки и который зафиксирован в гильзе с помощью по крайней мере одной точечной или кольцевой вмятины, произведенной по гильзе и одновременно по вкладышу или по гильзе перед вкладышем с образованием по крайней мере одного выступа, механически контактирующего непосредственно с торцом вкладыша.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
На фиг.1 изображен капсюль-детонатор с кольцевой вмятиной, образующей на внутренней поверхности гильзы выступы, непосредственно контактирующие с торцом замедлительного элемента.
На фиг.2 изображен капсюль-детонатор с кольцевой вмятиной, образующей на внутренней поверхности гильзы выступы, контактирующие с торцом замедлительного элемента через вкладыш.
На фиг.3 изображен капсюль-детонатор с замедлительным элементом в виде отрезка трубки и с кольцевой вмятиной, образующей на внутренней поверхности гильзы выступы, контактирующие с торцом этой трубки.
На фиг.4 изображен капсюль-детонатор с замедлительным элементом в виде отрезка трубки, на торец которой установлен и уперт вкладыш, зафиксированный в гильзе с помощью кольцевой вмятины, произведенной по гильзе и одновременно по вкладышу.
На фиг.5 изображен капсюль-детонатор с замедлительным элементом в виде стакана, на торец которого установлен и уперт вкладыш, зафиксированный в гильзе с помощью кольцевой вмятины, образующей на внутренней поверхности гильзы выступы, контактирующие с торцом вкладыша.
На фиг.6 изображен капсюль-детонатор с замедлительным элементом в виде отрезка трубки, на торец которого установлен и уперт вкладыш, зафиксированный в гильзе с помощью кольцевой вмятины, образующей на внутренней поверхности гильзы выступы, контактирующие с торцом вкладыша.
На фиг.7 изображен капсюль-детонатор по второму варианту изобретения с составным замедлительным элементом из трубчатой вставки со столбиком пиросостава и металлического колпачка с запальным отверстием в донышке.
Согласно настоящему изобретению по первому варианту исполнения капсюль-детонатор, включающий корпус в виде металлической закрытой гильзы, оборудованной с одного конца зажигательным органом, с другого конца зарядом вторичного ВВ, имеющий между ними замедлительно-инициирующую цепочку, включающую цилиндрический замедлительный элемент со столбиком пиросостава и инициатор, имеет на гильзе между зажигательным органом и торцом замедлительного элемента по крайней мере одну точечную или кольцевую вмятины, которые образуют на внутренней поверхности гильзы выступы, механически контактирующие непосредственно с торцом замедлительного элемента либо через вкладыш, имеющий продольный сквозной канал.
3
4
2
2
4
При этом металлическая закрытая гильза капсюля может иметь, например, внутренний диаметр около 6,4 мм, внешний диаметр около 7,5 мм, длину около 80 мм, материалом гильзы может быть алюминиевый сплав, или сталь, или биметалл в виде стали, покрытой медью. При этом зажигательный орган может быть электрическим, например в виде электрической зажигательной головки на основе мостика накаливания, с крепежно-герметизирующей пробкой и электрическими проводами, либо же зажигательный орган может быть неэлектрическим, например в виде ударно-волновой трубки СИНВ, Эдилин, Nonel, с крепежно-герметизирующей пробкой. При этом замедлительно-инициирующая цепочка может кроме замедлительного элемента и инициатора включать в себя другие элементы, например запрессовываемый непосредственно в гильзу и используемый для юстировки времени замедления слой пиротехнического состава или дополнительный замедлительный элемент. При этом назначением инициатора является перевод горения в детонацию, и инициатор может быть выполнен, например, в виде заряда из первичного ВВ, например азида свинца, и расположен или непосредственно в гильзе капсюля, или в располагаемом внутри гильзы капсюля отрезке трубки, чашечке или колпачке, или непосредственно в замедлительном элементе. Инициатор может быть выполнен по-другому, например без первичного ВВ, например, как в капсюлях системы NPED. При этом цилиндрический замедлительный элемент со столбиком пиросостава может представлять собой, например, колпачок, внутрь которого запрессован столбик пиросостава. При этом колпачок имеет в донышке запальное отверстие, диаметр которого может лежать, например, в диапазоне от 0,6 мм до 3,0 мм, что при использовании в качестве пиросоставов известных и применяемых сейчас пиротехнических композиций Si/W/PbO/SiO/TiO/BaCrO обеспечивает как надежное зажигание, так и достаточное удерживающее шлак механическое препятствие. При этом цилиндрический замедлительный элемент может иметь, например, внешний диаметр около 6,4 мм, внутренний диаметр около 5,2 мм, длину от 5 мм до 40 мм, позволяющую формировать в нем столбик пиросостава с длиной от 0,5 мм до 40 мм. При этом столбик пиросостава может состоять из одного или нескольких замедлительных пиротехнических составов, запрессованных в замедлительный элемент, а длина столбика пиросостава может быть меньше или равна длине замедлительного элемента. Длина столбика пиросостава может составлять, например, от 0,5 мм до 40 мм, что обеспечивает требуемые промышленностью замедления от 9 мс до 1000 мс при использовании в качестве пиросоставов вышеуказанных пиротехнических композиций. При этом вкладыш может быть выполнен в виде отрезка трубки либо в виде чашечки или колпачка с диаметром продольного сквозного канала или центрального отверстия в донышке, например, от 0,6 мм до 6,2 мм, при этом длина вкладыша может составлять, например, от 5 мм до 20 мм, материалом вкладыша может быть металл, резина или пластмасса. Назначением вкладыша является фиксация замедлительного элемента в гильзе путем обеспечения через вкладыш механического контакта между выступами на внутренней поверхности гильзы и торцом замедлительного элемента. Назначением продольного сквозного канала или центрального отверстия во вкладыше является обеспечение прохождения зажигающего импульса от зажигательного органа к замедлительному элементу. При этом глубина точечных или кольцевых вмятин на гильзе определяется выбранным способом фиксации замедлительного элемента в гильзе капсюля. Например, если элемент фиксируется без вкладыша или используется вкладыш из пластмассы, то требуются глубокие вмятины глубиной до 1,0 мм, а если используется тонкостенный металлический вкладыш, то будет достаточно неглубокой вмятины от 0,03 мм.
Применение в первом варианте исполнения изобретения по крайней мере одной точечной или кольцевой вмятин, имеющихся на гильзе между зажигательным органом и торцом замедлительного элемента и образующих на внутренней поверхности гильзы выступы, механически контактирующие с торцом замедлительного элемента либо непосредственно, либо через вкладыш, позволяет надежно зафиксировать замедлительный элемент в гильзе капсюля, вследствие чего уменьшаются подвижки замедлительного элемента внутри гильзы и предотвращается нарушение замедлительно-инициирующей цепочки. В результате увеличивается временная точность и повышается надежность работы капсюлей-детонаторов, то есть достигается требуемый технический результат.
На фиг.1 и фиг.2 показаны возможные конструкции капсюля-детонатора по первому и второму вариантам исполнения изобретения, согласно которому капсюль-детонатор включает корпус в виде металлической закрытой гильзы 1, оборудованный с одного конца неэлектрическим зажигательным органом в виде ударно-волновой трубки 2 типа СИНВ, Эдилин или Nonel, с крепежно-герметизирующей пробкой 3. С другого конца капсюль оборудован зарядом 4 из вторичного ВВ. Между ними расположена замедлительно-инициирующая цепочка, включающая цилиндрический замедлительный элемент из металлического колпачка 5, в который запрессован столбик пиросостава 6, и инициатор 7 в виде первичного ВВ, запрессованного в гильзу капсюля между зарядом 4 и металлическим колпачком 5. Металлический колпачок 5 имеет в своем донышке запальное отверстие 8, диаметр которого меньше внутреннего диаметра колпачка 5, выполненного в виде стакана.
На фиг.1 цилиндрический замедлительный элемент (стакан) закреплен в гильзе 1 с помощью по крайней мере одной кольцевой вмятины 9, произведенной по гильзе между зажигательным органом и торцом колпачка 5 замедлительного элемента, выполненной так, чтобы образованный при этом на внутренней поверхности гильзы выступ непосредственно механически контактировал с торцом колпачка 5 замедлительного элемента.
На фиг.2 показан другой пример исполнения закрепления цилиндрического замедлительного элемента в гильзе 1. Внутри гильзы 1 со стороны торца колпачка 5 размещен вкладыш 10 с продольным сквозным каналом 11, выполненный в виде стакана с отверстием в дне. Этот стакан со стороны открытого торца опирается на торец стакана колпачка 5. Фиксация колпачка 5 в гильзе 1 осуществляется с помощью по крайней мере одной кольцевой вмятины 9, произведенной по гильзе и одновременно по вкладышу 10 между зажигательным органом и торцом замедлительного элемента. Фиксация вкладыша приводит к фиксации колпачка 5 в гильзе. Кольцевая вмятина 9 в этой гильзе произведена методом обжимки гильзы. Вкладыш может быть выполнен в виде чашечки с отверстием в донышке или колпачка с отверстием в донышке. Вкладыш может быть выполнен в виде отрезка трубки.
Для обоих примеров исполнения глубина точечных или кольцевых вмятин на гильзе составляет от 0,03 мм до 1,0 мм, а отношение диаметра столбика пиросостава к диаметру запального отверстия в колпачке лежит в пределах от 1,1 до 7,0. Инициатор может быть расположен непосредственно в стакане замедлительного элемента или непосредственно в гильзе капсюля.
На фиг.3 изображен капсюль-детонатор по третьему варианту исполнения с замедлительным элементом в виде отрезка трубки 12 и с по крайней мере одной кольцевой вмятиной, образующей на внутренней поверхности гильзы выступы, контактирующие с торцом этой трубки. В этом примере исполнения решается задача исключения перемещения замедлительного элемента вдоль гильзы.
На фиг.4 изображен капсюль-детонатор по четвертому варианту исполнения с замедлительным элементом в виде отрезка трубки 12, на торец которой установлен и уперт вкладыш 11, зафиксированный в гильзе с помощью по крайней мере одной кольцевой вмятины 9, произведенной по гильзе и одновременно по вкладышу.
На фиг.5 изображен капсюль-детонатор по пятому варианту исполнения с замедлительным элементом в виде стакана, на торец которого установлен и уперт вкладыш 11, зафиксированный в гильзе с помощью по крайней мере одной кольцевой вмятины 9, образующей на внутренней поверхности гильзы выступы, контактирующие с торцом вкладыша.
На фиг.6 изображен капсюль-детонатор по шестому варианту исполнения с замедлительным элементом в виде отрезка трубки 12, на торец которого установлен и уперт вкладыш 11, зафиксированный в гильзе с помощью кольцевой вмятины, образующей на внутренней поверхности гильзы выступы 9, контактирующие с торцом вкладыша.
Работа показанных на фиг.1 и фиг.2 конструкций капсюля-детонатора происходит следующим образом. При поступлении в капсюль-детонатор по неэлектрическому зажигательному органу 2 зажигающего импульса он зажигает столбик пиротехнического состава 6 в замедлительном элементе. При зажигании столбика пиросостава 6 избыточное давление в зоне горения стремится отламывать и выбрасывать из элемента кусочки шлака пиросостава, чему препятствует узкое запальное отверстие 8 в донышке колпачка. Узкое запальное отверстие 8 с диаметром, меньшим, чем диаметр столбика пиросостава, является механическим препятствием, уменьшающим выброс шлака из замедляющего элемента, вследствие чего уменьшается неустойчивость горения пиросостава, и тем самым уменьшается разброс времени замедления. После зажигания столбик пиросостава 6 послойно горит в течение расчетного времени, и его зона горения перемещается по элементу вправо, оставляя за собой плотный практически непроницаемый для газа шлак.
При приближении зоны горения к концу замедлительного элемента в зоне горения развивается большое давление, обусловленное суммой избыточного давления в зоне реакции и давления, возникающего в результате сгорания почти всего объема пиросостава в замедлительном элементе. Это давление стремится сдвинуть замедлительный элемент, запакованный внутри шлаком, влево по гильзе 1 и нарушить замедлительно-инициирующую цепочку. Для конструкции фиг.1 движению замедлительного элемента влево препятствует выступ, образованный на внутренней поверхности гильзы капсюля при производстве кольцевой вмятины 9. Для конструкции фиг.2 движению замедлительного элемента влево препятствует вкладыш 10, который не может сдвигаться, так как этому препятствует выступ на внутренней поверхности гильзы капсюля, образованный при производстве кольцевой вмятины 9. Таким образом, вышеописанная конструкция улучшает фиксацию замедляющего элемента в гильзе капсюля, чем уменьшает подвижку замедлительного элемента по гильзе и предотвращает нарушение замедлительно-инициирующей цепочки и тем самым уменьшает разброс времени замедления и повышает надежность работы капсюля-детонатора. По окончании времени горения столбика пиросостава он передает зажигающий импульс к следующему звену замедлительно-инициирующей цепочки в виде инициатора 7 из первичного ВВ, который переводит горение в детонацию, и вызывает детонацию заряда 4 из вторичного ВВ.
Работа капсюля-детонатора с замедлительным элементом в виде отрезка трубки происходит следующим образом. При поступлении в капсюль-детонатор по неэлектрическому зажигательному органу 2 зажигающего импульса он зажигает столбик пиротехнического состава 6 в замедлительном элементе. При зажигании столбика пиросостава 6 избыточное давление в зоне горения стремится отламывать и выбрасывать из элемента кусочки шлака пиросостава, чему препятствует узкое отверстие во вкладыше. Это узкое отверстие с диаметром, меньшим, чем диаметр столбика пиросостава, является механическим препятствием, уменьшающим выброс шлака из замедляющего элемента, вследствие чего уменьшается неустойчивость горения пиросостава и тем самым уменьшается разброс времени замедления. При отсутствии вкладыша кусочки шлака пиросостава попадают в пространство гильзы до зажигательного органа 2.
После зажигания столбик пиросостава 6 послойно горит в течение расчетного времени и его зона горения перемещается по элементу вправо, оставляя за собой плотный практически непроницаемый для газа шлак. При приближении зоны горения к концу замедлительного элемента в зоне горения развивается большое давление, обусловленное суммой избыточного давления в зоне реакции и давления, возникающего в результате сгорания почти всего объема пиросостава в замедлительном элементе. Это давление стремится сдвинуть замедлительный элемент, запакованный внутри шлаком, влево по гильзе 1 и нарушить замедлительно-инициирующую цепочку. Движению замедлительного элемента влево препятствует кольцевой выступ, образованный либо перед отрезком трубки, либо перед вкладышем, либо по гильзе и вкладышу одновременно, которого в этой конструкции вполне достаточно для удержания элемента. Таким образом, уменьшается подвижка замедлительного элемента по гильзе и предотвращается нарушение замедлительно-инициирующей цепочки и тем самым уменьшается разброс времени замедления и повышается надежность работы капсюля-детонатора. По окончании времени горения столбика пиросостава он передает зажигающий импульс к следующему звену замедлительно-инициирующей цепочки в виде инициатора 7 из первичного ВВ, который переводит горение в детонацию, и вызывает детонацию заряда 4 из вторичного ВВ.
Настоящее изобретение согласно приведенным вариантам исполнения поясняется конкретными примерами, которые не являются единственными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.
3
4
3
4
2
Пример 1. В 10 стальных колпачков с наружным диаметром 6,43 мм и внутренним диаметром 5,2 мм, имеющие в донышках запальное отверстие диаметром 1,5 мм, запрессовывались послойно: первым - зажигательный пиротехнический состав композиции Si/W/PbO с высотой столбика 5 мм; вторым - замедлительный пиротехнический состав композиции Si/W/PbO/TiO, с высотой столбика 17 мм; третьим - инициатор из первичного ВВ. Средняя высота столбиков пиросоставов в каждом элементе была 22,05 мм. Из этих замедлительно-инициирующих элементов было изготовлено 10 капсюлей-детонаторов путем запрессовки указанных элементов в стальные гильзы, в которые предварительно уже были запрессованы заряды вторичного ВВ. При запрессовке указанных элементов в гильзы натяг составлял примерно 0,06 мм. После запрессовки элементов в гильзы гильзы оснащались неэлектрическим зажигательным органом в виде ударно-волновой трубки. При отстреле изготовленных капсюлей было получено два отказа, а остальные капсюли показали среднее время замедления 500,8 мс с разбросом ±18,2 мс. Исследование двух отказавших капсюлей выявило причину отказов, которая заключалась в том, что столбики пиросоставов сгорели примерно на длину 19 мм, а остальная часть замедлительно-инициирующей цепочки была вытолкнута из колпачка наружу с обрывом ее горения. Сам колпачок сдвинулся в противоположную сторону и уперся в зажигательный орган. Результаты по восьми остальным сработавшим капсюлям так же нельзя считать удовлетворительными ввиду превышения их разброса над допускаемым (±12,5 мс).
Пример 2. Был повторен опыт по примеру 1, но с кольцевой вмятиной по гильзе капсюля глубиной 0,5 мм, выполненной таким образом, что выступы на внутренней стороне гильзы, возникающие при производстве кольцевой вмятины, плотно прижимались к донышку колпачка. Вмятина производилась методом обжимки гильзы. Испытания таких капсюлей показали их хорошую работу. Отказов не наблюдалось. Среднее время замедления составило 497,0 мс с разбросом ±4,5 мс.
Пример 3. Был повторен опыт по примеру 1, но с вкладышем из пластмассы и кольцевой вмятиной по гильзе капсюля глубиной 1,0 мм, выполненной таким образом, что выступы на внутренней стороне гильзы, возникающие при производстве кольцевой вмятины, обжали вкладыш, выполненный в виде пластмассовой трубочки с внутренним диаметром 3 мм. При этом вмятина производилась по месту, где располагалась середина вкладыша, а вкладыш был плотно прижат к донышку колпачка. При испытаниях этих капсюлей отказов не наблюдалось и был получен разброс ±8,0 мс, что несколько хуже, чем результаты примера 2, но разброс все же лежит в пределах, допускаемых для этой серии замедления (±12,5 мс). Это объясняется тем, что имелась возможность некоторой подвижки колпачка ввиду податливости пластмассы при ее разогреве.
Пример 4. Был повторен опыт по примеру 3, но в качестве вкладыша использовалась не пластмассовая трубочка, а был применен вкладыш в виде короткого (6 мм) колпачка из алюминия, имеющего в донышке центральное отверстие и по форме подобного более длинному колпачку замедлительного элемента. Вмятина с глубиной 0,8 мм производилась по месту, где находился алюминиевый колпачок. Результаты отстрелов показали безотказную работу со средним временем замедления 499,5 мс и разбросом ±5,5 мс.
Пример 5. Были изготовлены 10 капсюлей с замедлительными элементами, выполненными в виде отрезка металлической трубки с наружным диаметром 6,45 мм и с внутренним диаметром 3,5 мм. Из этих трубок изготавливались замедлительные элементы путем послойной запрессовки в них на всю длину зажигательного и замедлительного составов из композиций, указанных в примере 1. Длина готовых замедлительных элементов составляла 22 мм. Изготовленные элементы запрессовывались в алюминиевые гильзы, в которые предварительно уже были запрессованы заряд вторичного ВВ и инициатор из первичного ВВ. Элементы запрессовывались в гильзы с натягом 0,04 мм, до упора в инициатор. После запрессовки элементов в гильзы гильзы оснащались неэлектрическим зажигательным органом в виде ударно-волновой трубки. Результаты отстрелов показали разброс ±12 мс, что лежит на границе допускаемого разброса.
Пример 6. Был повторен опыт примера 5, но с кольцевой вмятиной по гильзе капсюля глубиной 0,5 мм, выполненной таким образом, что выступы на внутренней стороне гильзы, возникающие при производстве кольцевой вмятины, плотно прижимались к торцам замедлительных элементов. Вмятина производилась методом обжимки гильзы. Результаты отстрелов показали разброс ±5 мс.
Согласно настоящему изобретению по седьмому варианту исполнения капсюль-детонатор имеет корпус в виде металлической закрытой гильзы, оборудованной с одного конца зажигательным органом, с другого конца зарядом вторичного ВВ, имеющий между ними замедлительно-инициирующую цепочку, включающую цилиндрический замедлительный элемент со столбиком пиросостава и инициатор, имеет замедлительный элемент, запрессованный с натягом в гильзу, который выполнен составным из трубчатой вставки со столбиком пиросостава, которая полностью или частично запрессована до упора в металлический колпачок с запальным отверстием, которое имеет диаметр меньше, чем диаметр столбика пиросостава.
3
4
2
2
4
3
4
2
2
4
При этом металлическая закрытая гильза капсюля может иметь, например, внутренний диаметр около 6,4 мм, внешний диаметр около 7,5 мм, длину около 80 мм, материалом гильзы может быть алюминиевый сплав, или сталь, или биметалл в виде стали, покрытой медью. При этом зажигательный орган может быть электрическим, например в виде электрической зажигательной головки на основе мостика накаливания, с крепежно-герметизирующей пробкой и электрическими проводами, либо же зажигательный орган может быть неэлектрическим, например в виде ударно-волновой трубки СИНВ, Эдилин, Nonel, с крепежно-герметизирующей пробкой. При этом замедлительно-инициирующая цепочка может кроме замедлительного элемента и инициатора включать в себя другие элементы, например запрессовываемый непосредственно в гильзу и используемый для юстировки времени замедления слой пиротехнического состава или дополнительный замедлительный элемент. При этом назначением инициатора является перевод горения в детонацию, и инициатор может быть выполнен, например, в виде заряда из первичного ВВ, например азида свинца, и расположен или непосредственно в гильзе капсюля, или в располагаемом внутри гильзы капсюля отрезке трубки, чашечке или колпачке, или непосредственно в замедлительном элементе, в трубчатой вставке или в колпачке. Инициатор может быть выполнен по-другому, например без первичного ВВ, например, как в капсюлях системы NPED. При этом цилиндрический замедлительный элемент со столбиком пиросостава запрессовывается в гильзу с натягом. При этом цилиндрический замедлительный элемент со столбиком пиросостава выполняется составным, состоящим из металлического колпачка и трубчатой вставки со столбиком пиросостава, которая запрессована в указанный металлический колпачок до упора о донышко колпачка. Так же трубчатая вставка может быть запрессована не до упора о донышко колпачка. Например, трубчатая вставка может быть запрессована до упора в расположенный у донышка колпачка слой (подсыпку) пиротехнического состава, что может применяться с технологическими целями, например с целью расположения в трубчатой вставке не более одного пиротехнического состава или с целью юстировки времени замедления. При этом трубчатая вставка со столбиком пиросостава может быть запрессована в металлический колпачок полностью, когда вся трубчатая вставка полностью находится внутри колпачка, или же трубчатая вставка может быть запрессована в колпачок частично, когда некоторая часть трубчатой вставки остается находящейся снаружи колпачка. Соответственно, длина трубчатой вставки может быть меньше, равна или больше длины колпачка, и, изменяя длину трубчатой вставки в небольших пределах, удобно юстировать длину столбика пиросостава и время замедления. При этом трубчатая вставка со столбиком пиросостава представляет собой отрезок трубки с запрессованным в нее столбиком пиросостава, при этом отрезок трубки может быть выполнен, например, из металла или пластмассы, при этом пластмасса может быть с наполнителем, например, она может быть армирована стекловолокном. При этом столбик пиросостава может состоять из одного или нескольких замедлительных пиротехнических составов, а длина столбика пиросостава может быть меньше или равна длине трубчатой вставки. При этом длина столбика пиросостава может составлять, например, от 0,5 мм до 40 мм, что обеспечивает требуемые промышленностью замедления от 9 мс до 1000 мс при использовании в качестве пиросоставов известных и применяемых сейчас пиротехнических композиций Si/W/PbO/SiO/TiO/BaCrO. При этом, например, внешний диаметр колпачка может быть около 6,4 мм, внутренний диаметр колпачка может быть около 5,2 мм. Длина замедлительного элемента может быть от 5 мм до 40 мм, что позволяет формировать в нем столбик пиросостава с длиной от 0,5 мм до 40 мм. При этом металлический колпачок имеет в своем донышке запальное отверстие, диаметр которого может быть меньше, чем диаметр столбика пиросостава. При этом отношение диаметров столбика пиросостава и запального отверстия определяется свойствами используемого пиросостава. Например, при использовании в качестве пиросоставов известных и применяемых сейчас пиротехнических композиций Si/W/PbO/SiO/TiO/BaCrO указанное отношение может составлять от 1,1 до 7. При этом наименьший внутренний диаметр трубчатой вставки определяется критическим диаметром используемых пиросоставов, и для вышеуказанных пиротехнических композиций он составляет 1,48 мм, а наибольший внутренний диаметр трубчатой вставки определяется из опыта и должен быть таким, чтобы давление газов в замедлительном элементе не переосиливало силы трения между элементом и гильзой, обусловленное их первоначальным натягом. В результате опытов с вышеуказанными пиротехническими композициями выяснено, что в стандартном капсюле, при использовании стального колпачка с внутренним диаметром около 5,2 мм, внутренний диаметр трубчатой вставки не должен превышать 3,5 мм, если первоначальный натяг между замедлительным элементом и гильзой не опускается ниже 0,04 мм. Верхний предел натяга между замедлительным элементом и гильзой определяется границей упругих деформаций гильзы, и его превышение над 0,06 мм уже не дает увеличения сил трения между элементом и гильзой в силу ее пластических деформаций. Таким образом, предпочтительно, если отношение внутренних диаметров колпачка и трубчатой вставки лежит в пределах от 1,5 до 3,5 раз, а натяг между замедлительным элементом и гильзой капсюля составляет от 0,04 мм до 0,06 мм.
Применение во втором варианте исполнения изобретения замедлительного элемента, запрессовываемого с натягом в гильзу, выполненного составным из трубчатой вставки со столбиком пиросостава, запрессованной полностью или частично до упора в металлический колпачок с запальным отверстием в донышке, диаметр которого меньше диаметра столбика пиросостава, позволяет:
- уменьшить массу пиросостава, поскольку он располагается не в колпачке, а в трубчатой вставке с меньшим внутренним диаметром, что уменьшает как нагрев гильзы капсюля, так и давление внутри замедлительного элемента, при этом меньше ослабляется первоначальный натяг между замедлительным элементом и гильзой и уменьшается сила, стремящаяся сдвинуть замедлительный элемент. Вследствие обоих факторов уменьшается подвижка замедлительного элемента по гильзе и предотвращается нарушение замедлительно-инициирующей цепочки;
- уменьшить выброс шлака из замедлительного элемента при зажигании за счет того, что диаметр запального отверстия в донышке колпачка выполняется меньшим, чем диаметр столбика пиросостава, при этом более узкое запальное отверстие играет роль механического препятствия (диафрагмы), удерживающего шлак в элементе. Кроме того, выброс шлака из замедлительного элемента уменьшается из-за уменьшения давления, обусловленного уменьшенным количеством пиросостава. Вследствие обоих факторов уменьшается неустойчивость горения пиросостава при его зажигании.
В результате увеличивается временная точность и повышается надежность работы капсюлей-детонаторов, то есть достигается требуемый технический результат.
На фиг.7 показана возможная конструкция капсюля-детонатора по седьмому второму варианту исполнения изобретения, согласно которому капсюль-детонатор включает корпус в виде металлической закрытой гильзы 1, оборудованный с одного конца неэлектрическим зажигательным органом в виде ударно-волновой трубки 2 типа СИНВ, Эдилин или Nonel с крепежно-герметизирующей пробкой 3. С другого конца капсюль оборудован зарядом 4 из вторичного ВВ. Между ними расположена замедлительно-инициирующая цепочка, включающая цилиндрический замедлительный элемент и инициатор 7 в виде первичного ВВ, запрессованного в гильзу капсюля. Цилиндрический замедлительный элемент выполнен составным и состоит из металлического колпачка 5 (конструкция колпачка повторяет исполнение по первому варианту), в который запрессована трубчатая вставка 13 (металл, пластмасса, стекловолокно, полимер с наполнителем и т.д.), в которую, в свою очередь, запрессован столбик пиросостава 6. Трубчатая вставка 13 запрессована в металлический колпачок 5 до упора в дно колпачка. Металлический колпачок 5 имеет в своем донышке запальное отверстие 8 с диаметром меньше, чем диаметр столбика пиросостава 6. Цилиндрический замедлительный элемент запрессован в гильзу 1 с натягом.
Для этого варианта исполнения отношение диаметра столбика пиросостава к диаметру отверстия в стакане лежит в пределах от 1,1 до 7,0, а отношение внутреннего диаметра стакана к внутреннему диаметру трубчатой вставки лежит в пределах от 1,5 до 3,5. Натяг между стаканом и гильзой составляет от 0,04 мм до 0,06 мм. При этом инициатор может быть расположен непосредственно в стакане или непосредственно в гильзе капсюля.
Работа показанной на фиг.7 конструкции капсюля-детонатора по седьмому варианту изобретения происходит следующим образом. При поступлении в капсюль-детонатор по неэлектрическому зажигательному органу 2 зажигающего импульса, он зажигает столбик пиротехнического состава 6 в замедлительном элементе. При зажигании столбика пиросостава 6 избыточное давление в зоне горения стремится отламывать и выбрасывать из элемента кусочки шлака пиросостава, чему препятствует узкое запальное отверстие 8 в донышке колпачка. Узкое запальное отверстие 8 с диаметром, меньшим, чем диаметр столбика пиросостава, является механическим препятствием, уменьшающим выброс шлака из замедляющего элемента, вследствие чего уменьшается неустойчивость горения пиросостава и тем самым уменьшается разброс времени замедления. После зажигания столбик пиросостава 6 послойно горит в течение расчетного времени и его зона горения перемещается по элементу вправо, оставляя за собой плотный практически непроницаемый для газа шлак. При приближении зоны горения к концу замедлительного элемента в зоне горения развивается большое давление, обусловленное суммой избыточного давления в зоне реакции и давления, возникающего в результате сгорания почти всего объема пиросостава в замедлительном элементе. Это давление стремится сдвинуть замедлительный элемент, запакованный внутри шлаком, влево по гильзе 1 и нарушить замедлительно-инициирующую цепочку. Движению замедлительного элемента влево препятствует натяг между замедляющим элементом и гильзой капсюля, которого в этой конструкции вполне достаточно для удержания элемента, ввиду уменьшенного разогрева гильзы и уменьшенного давления внутри замедлительного элемента. Таким образом, уменьшается подвижка замедлительного элемента по гильзе и предотвращается нарушение замедлительно-инициирующей цепочки и тем самым уменьшается разброс времени замедления и повышается надежность работы капсюля-детонатора. По окончании времени горения столбика пиросостава он передает зажигающий импульс к следующему звену замедлительно-инициирующей цепочки в виде инициатора 7 из первичного ВВ, который переводит горение в детонацию, и вызывает детонацию заряда 4 из вторичного ВВ.
Настоящее изобретение по седьмому варианту исполнения поясняется конкретными примерами, которые не являются единственными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.
Пример 7. Изготавливались составные замедлительные элементы следующим образом. Внутрь стальных колпачков с длиной 20 мм, внешним диаметром 6,45 мм, внутренним диаметром 5,2 мм и с диаметром запального отверстия в донышке 1,5 мм запрессовывались до упора алюминиевые трубчатые вставки длиной 22 мм, при этом натяг между колпачком и вставкой составлял 0,02 мм. Далее в эти вставки на всю их длину послойно запрессовывались зажигательный и замедлительный пиросоставы. Капсюли изготавливались путем запрессовки таких замедлительных элементов в алюминиевые гильзы, в которые предварительно уже были запрессованы заряд вторичного ВВ и инициатор из первичного ВВ. При этом натяг между замедлительными элементами и гильзами был максимально возможным для этой пары и составлял 0,06 мм. После запрессовки элементов в гильзы гильзы оснащались неэлектрическим зажигательным органом в виде ударно-волновой трубки. По этой технологии были изготовлены два десятка капсюлей. В первом десятке внутренний диаметр алюминиевых трубчатых вставок составлял 3,5 мм, а во втором десятке - 2,5 мм. Результаты отстрелов показали, что для диаметра 3,5 мм среднее время замедления составило 525,3 мс с разбросом ±11,7 мс, а для диаметра 2,5 мм среднее время замедления составило 570,1 мс с разбросом ±3,5 мс. Увеличенный разброс для диаметра 3,5 мм и малый разброс для диаметра 2,5 мм объясняется тем, что в первом случае объем сгорающего в замедлительном элементе пиросостава был больше в 2 раза, чем во втором случае. В первом случае более сильный разогрев гильз капсюлей и большее давление в элементах приводило к тому, что замедлительные элементы сдвигались, не догорев до конца, чем нарушали целостность замедлительно-инициирующей цепочки. Во втором случае меньший разогрев гильз капсюлей и меньшее давление в элементах, позволили силе трения натяга удержать замедлительные элементы от сдвига.
Пример 8. Изготавливались составные замедлительные элементы тем же способом, как описано в примере 7, но при этом брались трубчатые вставки с внутренним диаметром 3,5 мм, выполненные из полиамидной пластмассы с наполнителем из стекловолокна. В этом случае несмотря на большой диаметр столбиков пиросостава (3,5 мм) силы давления газов не смогли переосилить силы трения натяга между замедлительными элементами и гильзами капсюлей, в результате чего замедлительные элементы не сдвигались и капсюли имели небольшой разброс ±6,0 мс. Такой положительный эффект возник благодаря сохранению сильного (0,06 мм) первоначального натяга по причине теплоизолирующих свойств пластмассы, обеспечившей меньший нагрев гильз.
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как основано на новом комбинационном сочетании известных компонентов.