Результат интеллектуальной деятельности: БЕЗОПАСНЫЙ ЭЛЕКТРОДЕТОНАТОР ДЛЯ ПРОСТРЕЛОЧНО-ВЗРЫВНОЙ АППАРАТУРЫ

Изобретение 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, 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 изобретения - повышение надежности срабатывания детонатора и его безопасности.

Достигнутые технические результаты: обеспечение абсолютной герметичности при любых условиях работы, 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, отличающемся 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 металлизированной 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, при этом центральный контакт 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 толченое стекло.

Сущность изобретения 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 прострелочно-взрывной аппаратуры, в дальнейшем детонатор, содержит корпус 1, сквозной осевой канал 2, который заполнен основным зарядом 3 бризантного взрывчатого вещества низкой плотности и с обеих сторон заклеен липкими металлизированными лентами 4 и 5 (фиг. 2).

Виды клеящей ленты для применения в промышленности.

Липкая лента на основе металлизированной фольги по ТУ 2245-21680878-00302001 работоспособна при температуре от -200°C до +200°C. Этот вариант наиболее предпочтителен для детонаторов, так как хорошо работает при относительно высоких температурах. Остальные варианты 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 малого диаметра и второй части 7 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.

Для обеспечения образования скачков уплотнения внутренняя поверхность первой части 6 сквозного осевого канала 2 выполнена с шероховатостью высотой неровности от 160 до 500 мкм, что частично соответствует 1-му классу чистоты (ГОСТ 2789-59), высота неровности от 160 до 320 мкм (табл.1). В качестве шероховатости может быть использована резьба (с высотой неровности от 0,32 до 0,5 мм.).

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 свинчивания 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 толченое 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 торца 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 взрывмашинка 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 металлизированной 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 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 сквозного осевого канала 2. При этом возникает высокоскоростное горение, через осевое отверстие 21 диаметром 1,5 мм раскаленные газы проникают в первую часть 6 относительно малого диаметра сквозного осевого канала 2 в корпусе 1. Первая часть 6 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 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 изобретения 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 прострелочно-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.