БЕЗОПАСНЫЙ ЭЛЕКТРОДЕТОНАТОР ДЛЯ ПРИСТРЕЛОЧНО-ВЗРЫВНОЙ АППАРАТУРЫ

Полезная модель относится к детонирующим устройствам, срабатывающим при электрическом воздействии, для обеспечения детонации в кумулятивных перфораторах.
Известен электродетонатор по патенту РФ на изобретение №2315027, МПК F42C 19/12, опубл. 20.01.2008 г.
Этот термостойкий электродетонатор состоит из трубки, содержащей снаряженный взрывчатым веществом колпачок, и электровоспламенителя, зафиксированного в трубке методом обжимки ее дульца. Электровоспламенитель выполнен из воспламенительного состава, содержащего перхлорат калия, пикрат калия, полифенилсилоксановую смолу и полибутилметакрилатную смолу.
Недостатки: не предусмотрено дополнительных мер по герметизации зарядов и средств усиления детонационного импульса.
Известен электродетонатор по патенту РФ на изобретение №2150671, МПК F42C 19/12, опубл. 10.06.2000 г.
Это изобретение относится к области боеприпасов, взрывных работ, а именно к мостиковым детонаторам, например, к электродетонаторам, безопасным в силу отсутствия в их составе инициирующего взрывчатого вещества. В гильзе электродетонатора размещен усилительный заряд и инициатор, в котором имеется колпачок с частью вторичного взрывчатого вещества около мостика накаливания. Другая часть вторичного взрывчатого вещества заключена в тонкостенную гильзу инициатора, за донышком которой расположена шайба с центральным отверстием.
Недостатки: не предусмотрено дополнительных мер по герметизации зарядов, наличие электрических проводов для подвода электричества к мостику накаливания.
Известен электродетонатор по патенту РФ на изобретение №2046276, МПК F42B 3/12, опубл. 20.10.1995 г., прототип.
Этот электродетонатор содержит размещенные в корпусе электровоспламенитель, заряд вторичного взрывчатого вещества малой плотности, установленный во втулке, и заряд вторичного взрывчатого вещества высокой плотности, вводят дополнительные втулки со взрывчатым веществом малой плотности, выполненные в виде сопла и направленные по оси друг за другом в направлении в сторону взрывчатого вещества высокой плотности.
Недостатки:
- длинный канал в корпусе, в который запрессовано в несколько приемов бризантное взрывчатое вещество различной плотности,
- наличие нескольких сопел, что усложняет конструкцию,
- усложняется процесс сборки и требуется сложный технологический инструмент,
- не предусмотрено мер по обеспечению герметизации внутренней полости с бризантным взрывчатым веществом, особенно при высоких давлении и температуре,
- наличие токоведущих проводов, приводящих к наводкам ЭДС и несанкционированному срабатыванию,
- необходимость протягивания провода через всю перфорационную систему.
Задача создания полезной модели - повышение надежности срабатывания детонатора и его безопасности.
Достигнутые технические результаты: обеспечение абсолютной герметичности при любых условиях работы и подвод электрического тока к электродетонатору без проводов и исключение срабатывания от статического электричества.
Решение указанных задач достигнуто в безопасном электродетонаторе для пристрелочно-взрывной аппаратуры, содержащем установленный в гнезде электроввод, состоящий из двух контактов, соединенных на торце мостиком накаливания, цилиндрический корпус, пусковой и основной заряды и сквозной осевой канал, тем, что сквозной осевой канал выполнен трехступенчатым и содержит первую часть канала относительно малого диаметра и вторую часть канала относительно большого диаметра, соединенные коническим участком, сквозной осевой канал заполнен основным зарядом бризантного взрывчатого вещества низкой плотности, и с обеих сторон закрыт липкой лентой, с одного торца корпуса установлена по резьбе и зафиксирована термостойким клеем втулка, имеющая гнездо цилиндрической формы с осевым отверстием, контакты электроввода выполнены в виде центрального и внешнего контактов, разделенных диэлектрической втулкой, полость гнезда заполнена пусковым зарядом бризантного взрывчатого вещества, с другого торца корпуса установлена по резьбе и зафиксирована термостойким клеем вторая крышка, контактирующая с липкой металлизированной лентой.
Центральный контакт может быть изолирован от корпуса диэлектрической лентой с липким слоем. Соотношение площадей поперечного сечения второй части относительно большого диаметра и первой части относительно малого диаметра может быть выполнено в диапазоне от 2-х до 4-х. На внутренней поверхности первой части осевого канала может быть выполнена шероховатость высотой неровности от 160 до 500 мкм. Шероховатость может быть выполнена по 1 классу. Шероховатость может быть выполнена в виде резьбы. В состав пускового заряда бризантного взрывчатого вещества может быть введено от 25% до 40% сенсибилизатора. В качестве сенсибилизатора может быть использован кварцевый песок. В качестве сенсибилизатора может быть использовано толченное стекло.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах (Фиг. 1…12), где:
- на фиг. 1 изображен электродетонатор,
- на фиг. 2 изображен корпус,
- на фиг. 3 изображена втулка,
- на фиг. 4 изображена установка электроввода в гнезде,
- на фиг. 5 приведена конструкция крышки,
- на фиг. 6 приведен первый вариант выступа шероховатости в сверхзвуковом потоке,
- на фиг. 7 приведен второй вариант выступа в сверхзвуковом потоке,
- на фиг. 8 приведены выступы в виде естественной шероховатости,
- на фиг. 9 приведены кольцевые выступы, первый вариант,
- на фиг. 10 приведены кольцевые выступы, второй вариант,
- на фиг. 11 приведены выступы в виде резьбы.
- на фиг. 12 приведена схема работы детонатора в составе перфоратора.
Безопасный электродетонатор (фиг. 1…12) для пристрелочно-взрывной аппаратуры, в дальнейшем детонатор, содержит корпус 1, сквозной осевой канал 2 которого заполнен основным зарядом 3 бризантного взрывчатого вещества низкой плотности и с обеих сторон заклеен липкими лентами 4 и 5 (фиг. 2).
Виды липкой (клеющей) ленты для применения в промышленности:
Липкая лента на основе металлизированной фольги по ТУ 2245-21680878-00302001. Работоспособна при температуре от -200°С до +200°С.Этот вариант наиболее предпочтителен для детонаторов, так как хорошо работает при относительно высоких температурах. Остальные варианта клейкой ленты могут быть применены для детонаторов, работающих в менее жестких температурных условиях.
Упаковочный скотч (СТРЕПП) - это вид клейкой ленты, который применяется для упаковки различных товаров, незаменим при упаковке коробок.
Армированный скотч (сантехнический) - самый крепкий и износостойкий из всех, его повышенная прочность и влагонепроницаемость позволяют использовать его в сантехнических и гидроизоляционных работах, отлично подходит для герметизации швов и щелей, стыков труб вентиляционных воздуховодов.
Малярный скотч (КРЕПП) - разновидность самоклеющихся лент с бумажной основой. Алюминиевый скотч - это клейкая лента, в основе которой используют алюминиевую фольгу с нанесенным на нее акриловым клеевым слоем. Наиболее термостойкий из всех клейких лент.
Двухсторонняя клейкая лента служит заменителем клея, такой же скотч, только с более сильной клеевой основой.
Сквозной осевой канал 2 для увеличения эффективности детонатора состоит из первой части 6 относительно малого диаметра и второй части 7 относительно большого диаметра, соединенных коническим участком 8 (фиг. 2).
Для обеспечения сверхзвукового истечения продуктов сгорания соотношение площадей поперечных сечений частей каналов 7 и 6 должно быть выполнено в диапазоне:
S2: S1=2,0…4,0.
Это обеспечит сверхзвуковые скорости М=1,2…2,0, где М - число Маха.
Для обеспечения образования скачков уплотнения внутренняя поверхность первой части 6 сквозного осевого канала 2 выполнена с шероховатостью с высотой неровности от 160 до 500 мкм, что частично соответствует 1-му классу чистоты, высота неровности от 160 до 320 мкм (табл. 1). В качестве шероховатости может быть использована резьба (с высотой неровности от 0,32 мм до 0,5 мм., соответствующей второй части заявленного диапазона).
Шероховатость предназначена для формирования мощной инициирующей ударной волны. Выступы шероховатости обеспечивают пульсирующие скачки уплотнения в первой части 6 сквозного осевого канала 2 относительно малого диаметра, что ускорит процесс формирования ударной волны, которая проходит в следующую стадию создания детонационной волны за счет замкнутого пространства.
Оптимальный диапазон высоты неровностей от 160 до 500 мкм. Он обосновывается тем, что неровности, имеющие высоту менее 160 мкм будут находиться в пределах пограничного слоя и на них не будут возникать скачки уплотнения.
При высоте неровности в первой части 6 сквозного осевого канала 2, имеющей диаметр от 3 до 4 мм, превышающей 0,5 мм, загромождение канала составит около 50%, что затруднит движение сверхзвуковой струи.
На корпусе 1 с обеих сторон выполнена резьба 9 и 10 для обеспечения сборки детонатора с другими деталями.
На корпус 1 по резьбе 9 закручивается втулка 11 и также фиксируется термостойким клеем. Более подробно конструкция втулки 11 показана на фиг. 3. Втулка 11 имеет внешнюю резьбу 12 около торца 13 и цилиндрическую полость 14 со стороны торца 15 с внутренней резьбой 16, соответствующей резьбе 9 корпуса 1 для свинчивая втулки 11 и корпуса 1.
Цилиндрическая полость 14 имеет торец 17, контактирующий с корпусом 1. Со стороны торца 13 выполнено гнездо 18, тоже в виде цилиндрической выточки с торцом 19.
Между торцами 17 и 19 образуется перемычка 20. Гнездо 18 и цилиндрическая полость 14 соединены осевым отверстием 21, выполненным в перемычке 20. Осевое отверстие 21 выполнено малого диаметра (около 1,5 мм) и имеет коническую фаску 22 на выходе. Это осевое отверстие 21 предназначено для выхода продуктов сгорания пускового заряда 23.
Пусковой заряд 23 засыпают в гнездо 18 втулки 11. Пусковой заряд 23 выполнен в виде бризантного взрывчатого вещества, для увеличения чувствительности в состав бризантного взрывчатого вещества вводится от 25% до 40% сенсибилизатора, в частности кварцевый песок или толченное стекло.
Доказательство оптимальности заявленного диапазона процентного состава сенсибилизатора приведено в табл. 2.
Из табл. 2 видно, что при процентном соотношении сенсибилизатора менее 25% и более 40% он не эффективен и не обеспечивает 100 процентное срабатывание детонатора.
В гнездо 18 над пусковым зарядом 23 устанавливают электроввод 24 (фиг. 1 и 4).
Крышка 25 закручивается на втулку 11 по внешней резьбе 12 и фиксируется термостойким клеем. Крышка 25 предназначена для защиты электроввода 24 от механических воздействий и тем самым удерживает его от перемещений, что исключает несанкционированное срабатывание детонатора в процессе транспортировки.
Электроввод 24 (фиг. 4) состоит из центрального и внешнего контактов, соответственно 26 и 27, разделенных изолятором 28. Контакты 26 и 27 соединены мостиком накаливания 29.
Мостик накаливания 29 представляет собой нихромовую проволоку диаметром 0.03 мм и длиной 1,4…1,5 мм, припаянную высокотемпературным припоем к контактам 26 и 27. Электрическое сопротивление нихромовой проволоки 1,5…3,5 Ом.
Крышка 25 (фиг. 4) выполнена цилиндрической формы и имеет полость 30, внутреннюю резьбу 31 и центральное отверстие 32 для электроввода 24. Крышка 25 накручивается на втулку 11 по резьбам 12 и 31 и фиксируется термостойким клеем. При этом выступающая часть электроввода 24 не выходит за верхний край крышки 25, что позволяет изолировать центральный контакт 26 диэлектрической лентой 33 с липким слоем. Это позволяет решить проблему защиты от статического электричества.
На корпус 1 по резьбовому участку 10 навинчена вторая крышка 34 (фиг. 1) и зафиксирована термостойким клеем. Более детально конструкция второй крышки 34 приведена на фиг. 5. Вторая крышка 34 выполнена цилиндрической формы с внутренней полостью 35 цилиндрической формы со стороны торца 36 и дополнительной полостью 37 меньшего диаметра со стороны торна 38. На боковой стенке внутренней полости 35 выполнена внутренняя резьба 39, соответствующая резьбе 10 (фиг. 1). При этом между полостями 35 и 37 образуется разрываемая стенка 40.
Шероховатость в первой части 6 сквозного осевого канала 2 образована выступами 41 (фиг. 6 и 7), при этом существует оптимальная высота этих выступов h. Если высота выступа h меньше толщины пограничного слоя - δ, то скачка уплотнения в сверхзвуковом потоке, т.е при скорости потока V больше М=1, не возникает (фиг. 6), если же h>δ, то на выступе 41 образуется скачок уплотнения 42 (фиг. 7).
Установлена оптимальная высота выступов 41, она должна быть выбрана из диапазона:
h=160…500 мкм.
На фиг. 8 приведены выступы 41 в виде естественной шероховатости по ГОСТ 25142-82. Естественная шероховатость с высотой неровностей от 160 до 320 мкм вызывает скачки уплотнения.
На фиг. 9 приведены кольцевые выступы 41, первый вариант, для которого:
t=h,
где:
t - шаг расположения выступов 41,
h - высота выступов 41.
На фиг. 10 приведены кольцевые выступы 41, второй вариант, для которого:
t>h
На фиг. 11 приведены выступы в виде резьбы. Резьбу целесообразно применять при высоте выступов h=320…500 мкм.
Электродетонатор 43 (фиг. 12) установлен в гнездо верхнего переходника 44 перфоратора 45. Используют такой детонатор при спуске на геофизическом кабеле 46. Перфоратор 45 с наконечником (не показан) опускается в скважину 47 и фиксируется устьевым фиксатором (не показан). Сверху прикручивается кабельная головка 48, соединенная с геофизическим кабелем 46, к которому подключена взывмашинка 49. Перфоратор 45 установлен в скважине 47 в районе продуктивного пласта 50.
СБОРКА ЭЛЕКТРОДЕТОНАТОРА
В сквозной осевой канал 2 (фиг. 1 и 2) засыпают основной заряд 3 и с двух сторон заклеивают липкой лентой 4 и 5. С одного торца цилиндрического корпуса 1 со стороны первой части 6 сквозного осевого канала 2 устанавливают по резьбам 9 и 12 втулку 11 и фиксируют ее термостойким клеем. Втулка 11 имеет гнездо 18 цилиндрической формы с осевым отверстием 21 малого диаметра (около 1,5 мм). В гнездо 18 устанавливают алюминиевую фольгу толщиной 0,05…0,1 мм (не показано) и засыпают пусковой заряд 23 бризантного взрывчатого вещества, в который для увеличения чувствительности добавляют сенсибилизатор. С одной стороны на цилиндрический корпус 1 и втулку 11 наворачивают по резьбе 12 крышку 25 и фиксируют ее при помощи термостойкого клея, обеспечивая хорошее соединение и герметичность. С другой стороны цилиндрического корпуса 1 навинчивают по резьбе 10 вторую крышку 34.
В отверстие 32 первой крышки 25 (фиг. 4) устанавливают электровводы 24 и закрывают их торцы диэлектрической лентой 33 с липким слоем.
РАБОТА ЭЛЕКТРОДЕТОНАТОРА
Электродетонатор 43 (фиг. 12) устанавливается в гнездо верхнего переходника 44. Используется такой электродетонатор 43 при спуске на геофизическом кабеле 46. Перфоратор 45 с кабельной головкой 48 опускается в скважину 47 и фиксируется устьевым фиксатором (не показан). В гнезде верхнего переходника 44 устанавливают электродетонатор 43, сверху прикручивается кабельная головка 48 с подпружиненным заостренным контактом (не показано), который протыкает диэлектрическую ленту 33 (фиг. 1), обеспечивая надежный контакт с центральным контактом 26 электродетонатора 43. Отсутствие проводов непосредственно в конструкции электродетонатора уменьшает риск несанкционированного срабатывания электродетонатора 43 от электронаводок.
При подаче сигнала с взрывмашинки 49, например, стандартной взрывмашинки типа ПВВ-1 или ПВП, срабатывает мостик накаливания 29 (фиг. 1), поджигается пусковой заряд 23, который поджигает основной заряд 3 бризантного взрывчатого вещества в замкнутом пространстве сквозною осевого канала 2. При этом возникает высокоскоростное горение, через осевое отверстие 21 диаметром 1,5 мм раскаленные газы проникают в первый канал 6 относительно малого диаметра в корпусе 1. Первая часть 6 сквозного осевого канала 2 имеет шероховатую поверхность и при прохождении высокоскоростной струи она разгоняется до сверхзвуковой скорости и возникают, так называемые скачки уплотнения, которые кратковременно перекрывают сквозной осевой канал 2, вызывая пульсацию по длине сквозного осевого канала 2, что приводит к увеличению давления и температуры в сквозном осевом канале 2. Возникает достаточный ударный импульс, который устойчиво проходит конический участок 8 и во второй части 7 относительно большего диаметра сквозного осевого канала 2 происходит возбуждение детонации и переход в стационарный режим. Вторая крышка 34 разрывается в донной части (разрываемая стенка 40) и детонационный импульс от электродетонатора передается к установленному соосно устройству передачи детонации - УПД (УПД не показано). От УПД детонация передается детонирующему шнуру, далее последовательно расположенным кумулятивным зарядам (шнур и кумулятивные заряды не показаны).
Применение полезной модели позволило:
- обеспечить герметичность заряда взрывчатого вещества при любых условиях в т.ч. при длительной транспортировке и воздействии вибраций,
- инициализировать более мощную ударную волну за счет применения сенсибилизатора и применения шероховатости в сквозном осевом канале для формирования скачков уплотнения сверхзвуковой струи,
- упростить сборку электродетонатора и перфоратора и ускорить подготовительные работы на буровой по подготовке к перфорированию скважины в районе продуктивного пласта,
- обеспечить унификацию деталей электродетонатора за счет посадочных размеров,
- обеспечить безопасность работ за счет исключения влияния наводок электрического сигнала в проводах (они в детонаторе отсутствуют), создания цепи управления электродетонатором только на определенной глубине в скважине и размыкания этой цепи при подъеме перфоратора и исключить воздействие статического электричества за счет применения диэлектрической пленки,
- отсутствует инициирующее вещество, что позволяет транспортировать электродетонаторы с пристрелочно-взрывной аппаратурой,
- сокращается время сборки перфорационных систем, куда происходит установка электродетонатора за счет отсутствия необходимости протягивания провода через всю перфорационную систему и получить экономию цветного металла - меди за счет отсутствия в предложенном электродетонаторе проводов.