Детонатор - RU2244899C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к электронному детонатору, предназначенному для гражданского использования, такого типа, который содержит воспламеняющий заряд, батарею для подачи воспламеняющего тока для инициирования воспламеняющего заряда и электронную цепь для контролирования упомянутой подачей воспламеняющего тока.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Электронные детонаторы, предлагавшиеся до настоящего времени, в общем приспособлены к использованию в качестве средства для подачи воспламеняющего тока, средства для хранения электрического потенциала, например конденсатора, который перед инициированием воспламеняющего заряда заряжают током, подаваемым по линии управления (часто - по шине из двух проводов), к которой присоединен детонатор и посредством которой передают к детонатору настроечные сигналы и сигналы на взрыв детонатора. Считалось, что, если детонатор содержит встроенную батарею, например, для питания электронной системы детонатора, то наиболее существенным является то, что емкость или содержание энергии батареи не должна вызывать эмиссию тока, который мог бы инициировать воспламеняющий заряд даже в том случае, когда, по неизвестным причинам, были обеспечены пути для тока, требующегося для этого.

Был предложен “неэлектрический” детонатор (см. WO 96/04522), который активизировали посредством так называемой воспламеняющей, или детонирующей, трубки и который содержал батарею для подачи воспламеняющего тока для инициирования воспламеняющего заряда, причем батарея была либо в активном положении и была присоединена посредством замыкателя, который срабатывал под воздействием давления, создаваемого в детонаторе горящей воспламеняющей трубкой, либо, в альтернативном варианте исполнения, была присоединена, но должна была быть активизирована, например, термически под воздействием горящей воспламеняющей трубки.

Однако специалистам в данной области понятно, что использование замыкателя или активизируемой батареи, как это описано выше, в общем означает в настоящем контексте неопределенность и может легко привести к нежелательной подаче тока с последующей неконтролируемой детонацией.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основу настоящего изобретения положена задача создания электронного детонатора, оснащенного батареей, в котором риск неконтролируемого инициирования воспламеняющего заряда детонатора в результате непреднамеренной подачи тока батареей на практике полностью исключен.

Вышеупомянутую задачу решают посредством использования электронного детонатора, который обладает отличительными особенностями согласно изобретению, раскрытыми в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение, таким образом, основано на понимании того, что исходное присоединение батареи не должно производиться путем соединения, контролируемого замыкателем, или путем внешне обеспечиваемой активизации батареи, а путем использования активного источника тока (содержащего один или более активных элементов), далее называемого “батареей”, которую побуждают к перемещению внутри детонатора в положение, где может быть подан воспламеняющий ток. Соответственно, назначение батареи заключается в том, что ее необходимо переместить из положения покоя, при котором воспламеняющий ток не может быть подан батареей, в активизированное положение, при котором батарея подготовлена к подаче воспламеняющего тока. Перемещение батареи обусловлено воздействием механических сил на батарею, которые должны иметь предварительно заданную величину и предварительно заданное направление для того, чтобы преодолеть большую силу инерции сопротивления перемещению батареи. Эти параметры действия могут быть выбраны так, что только воздействие желаемых, ожидаемых сил вызывало бы перемещение батареи, преодолевающих упомянутую силу инерции сопротивления перемещению батареи, в то время как другие виды неконтролируемого воздействия в виде удара, ускорения и подобного грубого обращения, а также воздействия, вызванного статическим электричеством и электрическим и магнитным полями, не вызывало бы какого-либо перемещения батареи и, следовательно, какого-либо риска нежелательного соединения батареи.

Соответственно, детонатор согласно изобретению содержит средства активизации батареи, предназначенные для обеспечения, в ответ на внешнюю активизацию, например, путем использования воспламеняющей трубки или управляющих электрических сигналов, требуемого приложения сил к батарее. Упомянутые активизирующие средства предпочтительно являются пиротехническими. Предпочтительно используют приводной или перемещающий заряд, располагаемый в детонаторе и приводимый в действие контролируемым образом, который при взрыве создает такое давление, что достигается желаемое приложение сил. Перемещающий заряд может быть приведен в действие электрически или посредством воспламеняющей трубки. Можно также осуществить это действие без перемещающего заряда, и в этом случае давление газов, которые выделяются при взрыве заряда воспламеняющей трубки, используют для создания требуемого перемещающего давления внутри детонатора.

При использовании перемещающего заряда предпочтительно располагать его в камере для перемещения, к которой обращена активизируемая часть батареи, так, чтобы он срабатывал так, чтобы вызвать перемещение за счет перемещающего давления, которое создается в камере для перемещения перемещающим зарядом. Когда используют воспламеняющую трубку, удобно располагать обратный клапан вблизи места соединения воспламеняющей трубки с камерой для перемещения для того, чтобы предотвратить сброс перемещающего давления, созданного в камере для перемещения, через воспламеняющую трубку.

Батарее предпочтительно придают форму поршня, или плунжера, который располагают в соответствующем канале в детекторе. В этой связи предпочтительно располагать канал в трубчатом элементе, который имеет стабильные размеры и устойчив к механическому воздействию и который имеет длину, по меньшей мере соответствующую продольному размеру батареи и расстоянию перемещения батареи из положения покоя в активизированное положение, а также содержит предпочтительное свободное пространство перед передним концом батареи (если смотреть в направлении ее перемещения), когда батарея уже перемещена в активизированное положение.

Так как детонаторы обычно имеют продолговатую форму и содержат в одном конце воспламеняющий заряд, удобно, чтобы осевое направление упомянутого трубчатого элемента было параллельным, а предпочтительно - соосным, продольному осевому направлению детонатора.

При использовании камеры для перемещения удобно, чтобы она была совмещена по оси с каналом в трубчатом элементе согласно сказанному выше, предпочтительно, чтобы она являлась продолжением канала.

С точки зрения конструкции трубчатому элементу и камере для перемещения предпочтительно придают форму сосуда высокого давления (баллончика) для того, чтобы он обладал возможностью противостоять предварительному значению заданного давления, которое в любом случае превосходит перемещающее давление, требуемое для понуждения батареи к перемещению из положения покоя в активизированное положение. В то же время, как установлено, что очень высокой стабильности и устойчивости конструкции достигают, если конструкция обладает большой устойчивостью к грубому обращению, особенно в поперечном направлении, при недостатке которой, в противном случае, может возникнуть риск неконтролируемого изменения с точки зрения перемещения батареи.

Перемещение батареи из положения покоя в активизированное положение предпочтительно происходит в направлении воспламеняющего заряда. Таким образом, достигают повышенной безопасности при неконтролируемом осевом воздействии, вызванном ускорением (как понятно специалистам в данной области, поперечное воздействие, вызванное ускорением, риска не представляет). Воздействие, вызванное ускорением, которое могло бы привести к движению батареи “вперед” по направлению к воспламеняющему заряду, должно, в принципе, представлять собой удар в продольном направлении детонатора по концу воспламеняющего заряда детонатора или, в альтернативном случае, отброс “назад” в противоположный конец детонатора. В первом случае воспламеняющий заряд сдетонирует из-за удара по нему самому, задолго до того, как батарея начнет перемещаться в активизированное положение. Другими словами, здесь нет причины для возникновения каких-либо дополнительных рисков. Во втором случае при отдаче “назад” практически почти невозможно создать такое сильное продольное ускорение детонатора, чтобы батарея была понуждена перемещаться вперед в активизированное положение. Если к соответствующему концу детонатора присоединена воспламеняющая трубка или подобное средство, то может также быть целесообразным выполнение соединения ее с детонатором таким образом, чтобы при резких ударах, например, по воспламеняющей трубке, воспламеняющая трубка или место ее крепления к детонатору ломались бы значительно раньше, чем детонатор подвергался бы опасному ускорению.

Как сказано выше, существенно, чтобы батарея не перемещалась легко, но демонстрировала требуемую инерцию сопротивления перемещению. Согласно изобретению предпочтительно, чтобы эта инерция зависела от трения, т.е. чтобы батарею можно было переместить из ее положения покоя в активизированное положение против действия силы трения в широком смысле. Предпочтительно, чтобы сила трения увеличивалась, начиная от значительного стартового значения, после того как батарея была сдвинута с места, во время ускорения, на величину первоначального расстояния от положения покоя. Стопорение батареи в ее активизированном положении успешно происходит за счет силы трения, подобранной таким образом, чтобы она дополнительно увеличивалась, возможно, в сочетании с деформацией, вызывающей останов, и/или работой прокалывания при контакте батареи для обеспечения подачи тока.

Упомянутая сила трения может, когда батарея движется как поршень в канале, быть создана посредством подбора диаметра и/или специальных элементов, вызывающих трение, например, выступов, буртиков и т.п. на стенке канала и/или на поверхности батареи, обращенной к поверхности канала, или окружной поверхности.

Для того чтобы обеспечить подачу тока от батареи, ее два полюса должны контактировать с соответствующими токопроводами. Согласно изобретению два полюса батареи благоприятно не вступают в контакт до тех пор, пока батарея приближается или пока не достигнет ее активизированного положения. Полюса батареи в положении при отсутствии контакта предпочтительно изолированы или капсулированы, причем предпочтительно, чтобы вся батарея в ее положении покоя была капсулирована изолирующим образом.

В предпочтительном варианте исполнения батарея имеет по меньшей мере один контактный вывод, который в неактивизированном положении батареи покрыт изоляционным материалом и который в активизированном положении батареи приспособлен к прокалыванию взаимодействующими контактирующими средствами детонатора. Особенно предпочтительно, чтобы батарея на ее передней стороне была снабжена контактным выводом, который покрыт изоляционным материалом и который приспособлен к введению в контакт, когда батарея находится в ее активизированном положении, с контактным стержнем, прокалывающим изоляционный материал и расположенным в канале для батареи.

Предпочтительно, чтобы контактирование двух полюсов батареи происходило в существенно отделенных друг от друга местах так, чтобы число условий, требуемых для обеспечения контактов, было увеличено.

В предпочтительном варианте исполнения, таким образом, второй контактный вывод, покрытый изоляционным материалом, расположен со стороны канала для батареи, причем взаимодействующие средства выполнены выступающими в канале так, чтобы, когда батарея находится в активизированном положении, контактирующие средства проникали сквозь изоляционный материал контактного вывода и находились в контакте с контактным выводом.

С целью дальнейшего повышения безопасности, с точки зрения бесконтрольного присоединения батареи, независимое контактное устройство или замыкатель может быть выполнен в цепи для подачи воспламеняющего тока от батареи, причем контактное устройство находится в разомкнутом положении покоя и в замкнутом активизированном положении, и контактирующее устройство приспособлено к перемещению из положения покоя в активизированное положение в ответ на внешнюю активизацию. Упомянутое устройство успешно приспособлено к воздействию перемещающего давления, которое создается для задействования батареи.

Сдублированная соединительная система батареи упомянутого выше типа особенно успешно работает, когда направление движения батареи из положения покоя в активизированное положение и направление движения контактного устройства при переходе из разомкнутого в замкнутое положение существенно отделены, предпочтительно направлены по меньшей мере существенно против друг друга или существенно ортогонально. Понятно, что эти средства при любых вероятностных неконтролируемых воздействиях, вызванных ускорением, могут в любом случае привести к замыканию только одного из двух контактных выводов, требуемых для подачи тока от батареи.

Далее изобретение описано более подробно на примерах, не ограничивающих его применение, со ссылками на прилагаемые иллюстрации.

ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг.1 показано схематически продольное сечение части электронного детонатора с воспламеняющей трубкой, присоединенной к заднему его концу, причем детонатор содержит батарею, расположенную в положении покоя, в соответствии с вариантом исполнения согласно настоящему изобретению;

на Фиг.2 - схематически поперечное сечение А-А на Фиг.1;

на Фиг.3 - схематически продольное сечение, как и на Фиг.1, где батарея перемещена в активизированное положение;

на Фиг.4 - схематически продольное сечение такого же типа, как и на Фиг.1, другого варианта исполнения изобретения.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг.1 и 2 схематически показан вариант исполнения электронного детонатора, выполненного согласно первому варианту исполнения настоящего изобретения. Основная конструкция детонатора, который в общем обозначен поз. 1, полностью соответствует обычной конструкции, так как детонатор имеет удлиненную цилиндрическую форму и содержит наружную гильзу 2 из алюминия, к заднему концу которой присоединена обычным образом пиротехническая воспламеняющая трубка 3 (например, трубка NONEL®). Внутри гильзы расположена обычная электронная цепь 4. С помощью этой цепи можно любым подходящим способом контролировать задержку срабатывания детонатора, который содержит средства контроля за конечным замыканием пути тока для того, чтобы произвести детонацию. Воспламеняющий заряд, который не показан на Фиг.1 с целью повышения ясности рисунка, также размещен обычным образом в переднем конце детонатора. Для детонации воспламеняющего заряда подают необходимые сигналы тока по цепи 4 к воспламеняющему заряду по токопроводам 5.

Рядом с местом присоединения воспламеняющей трубки 3 к детонатору внутри гильзы 2 расположено устройство для контролируемой подачи тока. Устройство для подачи тока содержит цилиндрический корпус, выполненный в форме сосуда высокого давления, который изготовлен очень прочным, с точки зрения формы и устойчивости к механическим воздействиям, и состоит из двух соединенных в осевом направлении стальных трубчатых элементов 6 и 7. Передний трубчатый элемент 6 имеет круглый цилиндрический канал 8 и закрыт спереди посредством стальной заглушки 9, зафиксированной в конце канала. Передним концом трубчатого элемента 6 охватывают и дополнительно закрепляют заглушку 9, как показано поз. 10, причем посредством центрального отверстия 11 обеспечивают доступ к заглушке 9. Контактный стержень 12 из стали с заостренным жалом зафиксирован в центре заглушки. Стержень 12 электрически изолирован от заглушки 9 посредством охватывающего изоляционного материала 13 и электрически соединен с цепью 4 с помощью первого провода 14 для подачи тока. Второй провод 15 для подачи тока к цепи 4 выпущен из трубчатого элемента 6. Стержень 12 с заостренным жалом направлен назад и выступает в осевом направлении в канале 8.

В передней части канала 8 равномерно распределены вдоль стенки этого канала четыре продольных выступа 17. Выступы направлены от заглушки 9 с заднего конца канала 8 и проходят приблизительно до половины длины канала. Выступы имеют по существу треугольную форму в поперечном сечении и наклонную конфигурацию около их заднего конца и постепенно увеличиваются к их передней части, соединенной с заглушкой 9. Функция выступов 17 описана ниже.

В канале 8 размещен источник 19 тока, выполненный в форме полностью капсулированной батареи, состоящей из трех элементов 20 батареи, соединенных в осевом направлении последовательно. Капсуляция 21 изготовлена из электроизоляционного материала, например пластика, и обеспечивает батарее по существу форму пули боеприпаса, диаметр которой подобран в соответствии с диаметром канала 8 так, чтобы посадку можно было почти считать посадкой с гарантированным натягом, где батарея 19 подвижна в канале 8, но только обладает большой инерцией, т.е. ее можно сместить, преодолевая существенное сопротивление сил трения. Передний конец батареи закруглен и включает расположенный на оси заформованный первый вывод 22 полюса батареи. Аналогичным образом изолированный заформованный второй вывод 23 полюса батареи содержит медное кольцо, которое охватывает задний элемент батареи и расположено где-то ниже окружной или лицевой поверхности батареи, обращенной к каналу. Задний торец 24 батареи направлен в поперечном направлении к оси батареи и канала и представляет собой приводную поверхность, т.е. поверхность, которая предназначена для приложения к батарее перемещающей силы.

Задний трубчатый элемент 7 определяет аналогичную круглую цилиндрическую камеру 25 для перемещения, которая представляет собой продолжение канала 8, хотя и с несколько уменьшенного диаметра. Воспламеняющая трубка 3 прикреплена к заднему концу трубчатого элемента 7 в осевом канале 26 и ведет в камеру для перемещения, а торец камеры для перемещения представляет собой гнездо для шарика обратного клапана, который расположен в камере для перемещения. Перемещающий заряд 28 размещен в камере для перемещения и может быть воспламенен с помощью воспламеняющей трубки 3.

На Фиг.1 показан детонатор в базовом состоянии, т.е. в несработавшем состоянии, причем батарея 19 находится в положении покоя в самом дальнем конце канала 8, а ее задний торец 24 для перемещения находится в прямом контакте с камерой 25 для перемещения. Когда детонатор должен быть понужден к детонации, горящая воспламеняющая трубка 3 воспламеняет перемещающий заряд 28 в камере для перемещения, быстро образуются выхлопные газы, благодаря которым повышается давление в камере для перемещения. Под действием значительно повысившегося давления шарик 27 обратного клапана перемещается в положение запирания в направлении канала 26, а батарея перемещается вперед в активизированное положение. Полученное таким образом положение показано на Фиг.3.

Первоначально движение батареи ускоряется под воздействием перемещающего давления и против действия сопротивления в результате трения между стенкой канала и окружной поверхностью батареи до высокой скорости, которая обычно может быть порядка 100 м/с или более. После прохождения приблизительно половины пути перемещения, батарея начинает контактировать с выступами 17, сопротивление трения о выступы, внедряющиеся в пластиковую капсуляцию 21, значительно увеличивается. Когда батарея приближается ее концом к конечной точке ее перемещения, она останавливается вследствие действия дополнительного сопротивления, вызванного увеличенными передними концами выступов 17 и процессом контактирования. Этот процесс состоит из, с одной стороны, того, что стержень 12 прокалывает жалом передний конец капсуляции батареи и контактирует с выводом 22 полюса батареи, а, с другой стороны, задние торцевые части выступов 17 проникают сквозь боковую часть капсуляции батареи и входят в контакт с медным кольцом 23. Другими словами, батарея в этом положении соединена с электронной цепью 4 посредством токопровода 14, который находится в контакте с выводом 22 полюса батареи через посредство стержня 12, и посредством токопровода 15, который находится в контакте с выводом 23 полюса батареи через стенку трубчатого элемента 6 и стальные выступы 17, которые электрически соединены с ней.

Следует отметить, что в активизированном положении, показанном на Фиг.3, передний конец батареи не находится в контакте с заглушкой 9, но перед батареей в канале остается небольшое свободное пространство 31. Благодаря этому пространству обеспечивается возможность приема сжатого воздуха, который образуется перед батареей, когда ее перемещают из положения покоя в активизированное положение.

На Фиг.4 показана модификация детонатора, выполненного согласно Фиг.1-3, в которой предусмотрена дополнительная защитная функция в форме отдельного замыкателя, который отделен от движения батареи. Он расположен в стенке камеры для перемещения, и его задействуют перемещающим давлением, которое создается в камере для перемещения, при инициировании детонатора. Ниже более подробно описаны только изменения, которые были внесены в вариант исполнения согласно Фиг.1-3.

Сочетание трубчатых элементов 6 и 7 в данном случае электрически изолировано от наружной гильзы 2 посредством изоляционного материала 33. Один токопровод 15 электронной цепи 4 здесь соединен с электропроводящей наружной гильзой 2 вместо соединения его с трубчатым элементом 6, как это выполнено в варианте исполнения, представленном на Фиг.1. Для достижения контролируемого замыкания цепи между наружной гильзой 2 и трубчатыми элементами 6, 7 установлен с возможностью перемещения в стенке камеры для перемещения контактный элемент 37 так, чтобы происходило замыкание, когда под действием перемещающего давления в камере для перемещения контактный элемент перемещается в радиальном направлении наружу так, что он проникает сквозь изоляционный материал 33 и создает электрический контакт с наружной гильзой 2. Контактный элемент 37 изготовлен из токопроводящего стального материала и находится в электропроводящем контакте, хотя он и подвижен, со стенкой камеры для перемещения в углублении 38, которое сформировано здесь и приспособлено к размещению контактного элемента.

Сквозное углубление 38 имеет наружную часть с уменьшенным диаметром, в которой располагают заостренное жало контактного элемента, и внутреннюю цилиндрическую часть, в которой устанавливают по посадке поршневую часть контактного элемента. Посадка контактного элемента 37 в углублении 38 такова, что требуется значительное перемещающее давление в камере для перемещения для преодоления сопротивления движению контактного элемента. Таким образом гарантируется, что движение, вызывающее образование контакта контактного элемента 37, не может произойти в результате нежелательного или неконтролируемого воздействия, приложенного к детонатору, как было сказано выше в связи с перемещением батареи.

Следует иметь в виду тот факт, что батарея 19 и контактный элемент 37 должны перемещаться в направлениях, перпендикулярных друг другу, особенно способствует снижению риска неконтролируемого замыкания токопроводов между батареей и электрической цепью.

Следующие данные приведены в качестве общих примеров параметров, относящихся к детонатору, выполненному согласно настоящему изобретению.

Эти технические параметры приведены для того, чтобы можно было оценить то, что батарея может быть подвержена осевому ускорению порядка десятков тысяч G без перемещения батареи в активизированное положение. Это означает, как можно понять, очень высокую степень защищенности.

Если используют дополнительную контактную функцию, например, в соответствии с проиллюстрированной на Фиг.4, то защищенность, с точки зрения неконтролируемого инициирования, будет повышена так, что требования к сопротивлению перемещению и к мощности сопротивления осевому ускорению батареи могут быть снижены. Таким образом, можно снизить количество перемещающего заряда и работать при меньшей величине давления в камере для перемещения, что, в свою очередь, позволит снизить требования к конструкции трубчатого элемента, подобного баллончику. Толщины стенок, которые таким образом можно уменьшить, позволят увеличить диаметр батареи, что позволит улучшить выбор типа аккумуляторной батареи.

Реферат

Изобретение относится к детонаторам. Электронный детонатор (1), содержащий воспламеняющий заряд, батарею (19) для подачи воспламеняющего тока для инициирования воспламеняющего заряда и электронную цепь (4) для управления подачей воспламеняющего тока. Батарея (19) установлена с возможностью перемещения в детонаторе из положения покоя в активизированное положение, в котором батарея соединяется для подачи воспламеняющего тока. Предусмотрены средства (25, 28) для активизации батареи в ответ на внешнее воздействие (3) для пиротехнического понуждения батареи (19) к перемещению из положения покоя в активизированное положение. Техническим результатом изобретения является создание детонатора с малым риском его неконтролируемого инициирования. 23 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула