CN104180731A - 模拟药筒及用其检测爆破阀驱动装置传火可靠性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于爆破阀驱动装置传火可靠性检测试验的模拟药筒，该模拟药筒只有容积很小的一级装药，属于实际的爆破阀驱动装置的缩比装置，用该模拟药筒结合本发明提供的两种试验方法可检测爆破阀驱动装置的传火可靠性，方法一是75％药量传火试验方法，可降低试验次数对传火可靠性进行评估，方法二是药筒传火模拟试验方法，可降低试验成本，两种方法从不同的角度大幅度降低了试验成本，结合两种方法检测爆破阀驱动装置的传火可靠性既可以节约大量的成本，又可以获得真实可靠的传火可靠性数据。

Description

模拟药筒及用其检测爆破阀驱动装置传火可靠性的方法

技术领域

本发明的实施方式涉及火工技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种模拟药筒及用其检测爆破阀驱动装置传火可靠性的方法。

背景技术

爆破阀是目前最先进的三代核电站的独有安全阀，其作用是在严重事故工况下，通过开启阀门信号触发爆破单元，爆破阀单元的火药燃烧产生的高压气体推动阀门中的活塞运动，切断阀门通径的盲管，冷却水即可进入堆芯进行冷却。爆破阀是三代核电站的最后一道安全关卡，若爆破阀在核电站发生事故时失效将直接引起核事故，因此，爆破阀系统必须具备极高的传火可靠性。驱动装置是爆破阀的关键部件，其作用过程是点火器接收到阀门开启信号后，立即点火，并向药筒传火，药筒中火药快速燃烧产生的压力推动阀门中的活塞运动，最终实现开阀，因此，驱动装置传火可靠性直接影响着爆破阀传火可靠性。由于爆破阀驱动装置是一次性动作的火工品，要获得驱动装置传火可靠性，需按照GJB376-1987《火工品可靠性评估方法》中计数法进行可靠性试验，要达到0.99(置信度0.95)传火可靠性，需要进行298发驱动装置功能试验，而核电站的爆破阀对驱动装置的传火可靠性要求远大于0.99(置信度0.95)，若直接按GJB376-1987《火工品可靠性评估方法》进行试验，试验量极大，成本极高。

发明内容

为降低试验成本，可将爆破阀驱动装置的传火可靠性分解为点火器传火可靠性、点火器传火传火可靠性、药筒输出传火可靠性三个环节，通过获得每个环节的传火可靠性最终计算出驱动装置传火可靠性。针对点火器传火传火可靠性，本专利提出了一种评估试验方法，采用该方法能够在大幅度降低驱动装置传火可靠性试验成本的同时获得真实可靠的的可靠性数据。

为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

一种模拟药筒，用于爆破阀驱动装置传火可靠性检测试验，它包括底座，铜片，基座，螺钉和钢片，所述底座的上表面中部内陷使底座的上表面边缘形成凸台圈，所述底座上表面中部内陷部分的中心设置用于装药的圆柱孔，在圆柱孔的上表面设置用于封闭圆柱孔的铜片，所述基座的下端具有能够与底座上表面中部内陷部分咬合的凸起，所述基座的下端中心设置延伸至底座与基座的接触面的传火孔，所述基座位于传火孔上端的部位设置点火器安装孔，所述基座上点火器安装孔与传火孔的接触面位置牢固地设置了钢片，而环绕在基座边缘的螺钉将底座与基座固定连接为一个整体。

进一步的技术方案是所述铜片的厚度为0.1mm～0.3mm。

更进一步的技术方案是所述钢片的厚度为0.3～1mm。

优选的，所述铜片与底座通过粘接的方式连接在一起。

优选的，所述钢片与基座通过激光焊接的方式固定在一起。

一种采用模拟药筒检测爆破阀驱动装置传火可靠性的方法，它包含以下步骤：

首先，以质量计，按照技术指标规定的装药量的75％或者更低对爆破阀驱动装置的点火器进行装药，同时对模拟药筒的圆柱孔进行装药至圆柱孔被填满；

然后，按技术指标中的最大间隙将点火器安装在模拟药筒上；

接着，调整环境温度为技术指标中的考核温度后起爆模拟药筒进行试验，该试验进行至少5次；

最后，统计所有试验结果，所得起爆模拟药筒的传火可靠性即为待测爆破阀驱动装置的传火可靠性。

技术指标是指产品生产后所具有的特定的技术参数，是一个合格的产品必须达到的标准。本发明上述技术指标是指点火器的技术指标，如点火器的技术指标规定的装药量是310g，而点火器的实际装药为232.5g或者更少(75％或者更低)。

另一种采用模拟药筒检测爆破阀驱动装置传火可靠性的方法，它包含以下步骤：

首先制作模拟药筒并将其用于装药的圆柱孔装满药；

然后将点火器安装在模拟药筒上，按照GJB376-1987《火工品可靠性评估方法》中计数法的规定进行n次发火试验，统计这n次发火试验中失效数F，当批量N≥10n时，在置信水平γ下，传火可靠性R由式(1)或式(2)求出：

$F=0,R=\sqrt[n]{1-\mathrm{\γ}}---\left(1\right)$

$F\≥1,\underset{x=0}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}\frac{n!}{x!(n-x)!}{R}^{n-x}{(1-R)}^x=1-\mathrm{\γ}---\left(2\right).$

进一步的技术方案是所述模拟药筒用于装药的圆柱孔的容积不小于待测爆破阀驱动装置的一级装药与点火器之间的连接口的容积。

更进一步的技术方案是所述批量N是指同一批生产的传火可靠性待测试的爆破阀用驱动装置的总数量。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：本发明提供的模拟药筒可应用于检测爆破阀用驱动装置的传火可靠性检测，同时结合本发明提供的两种方法，可以采用次数较少的检测试验或者用药量较少的检测试验对爆破阀用驱动装置的传火可靠性进行检测，得到传火可靠性，从而大幅度降低试验成本并获得真实可靠的传火可靠性数据。

附图说明

图1为本发明模拟药筒示意图。

图1中的各个标号分别为：1-底座，2-铜片，3-基座，4-螺钉，5-钢片，6-凸台圈，7-传火孔，8-点火器，9-圆柱孔，10-凸起。

图2为待测爆破阀驱动装置用药筒示意图。

图2中的各个标号分别为：201-密封圈，202-前挡板，203-筒体，204-第一级装药，205-内封闭板，206-第二级装药，207-外封闭板，A-一级装药与点火器之间的接口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

爆破阀驱动装置主要由点火器和药筒组成，点火器在接受开阀信号后输出高压火焰从而引燃药筒内火药，药筒火药燃烧产生做功高压气体。在驱动装置作用过程中，点火器的可靠性、点火器传火可靠性和药筒输出可靠性决定了驱动装置的可靠性。作为一种一次性火工元件，爆破阀用驱动装置的传火可靠性需要根据GJB376-1987《火工品可靠性评估方法》中计数法规定进行大量发火试验获得。然而，爆破阀驱动装置用药筒体积较大，装药量大(50g～500g火药)，同时，进行大药量发火试验还需要相应的防护装置并在具备相应药量防护能力的爆炸塔中进行，如果按照实际中使用的药筒，采用计数法评估驱动装置传火可靠性的综合成本极高。为减少试验成本，本发明设计了一种用于爆破阀驱动装置传火可靠性试验的模拟药筒，其结构如图1所示，主要由底座1、铜片2、基座3、螺钉4和钢片5组成，底座1的上表面中部内陷使底座1的上表面边缘形成一个凸台圈6，凸台圈6将内陷的部分环绕，在该内陷的部分的中心，有一个圆柱孔9，这个圆柱孔9是用来装点火药的，在该圆柱孔9的上表面设置了一个铜片2，这个铜片2与底座1粘接在一起，将炸药密封在圆柱孔9中，基座3的整体宽度与底座1的宽度相当，在基座3的中部，上表面和下表面均有凸出的部分，而下表面凸出的部分(凸起10)与底座1上表面内陷的部分能够咬合，在基座3的中心线上设置了传火孔7，该传火孔7的下端延伸至底座1与基座3的接触面，在传火孔7的正上方，基座3还设置了点火器安装孔，当点火器8安装在该模拟药筒结构上时，点火器8发火后的火焰可通过传火孔向装有点火药的圆柱孔9方向传递，由于铜片2的厚度为0.1mm～0.3mm，点火器8点火后可以将铜片2击穿，最终点燃点火药。在点火器安装孔与传火孔7的接触面设置了钢片5，厚度为0.3～1mm，钢片5是通过激光焊接的方式固定到基座3上，实现点火器8的安装固定和点火器8与传火孔7的密闭衔接，底座1的边缘有多个螺钉孔，而基座3的边缘有相应的多个螺钉孔，螺钉4穿过基座3的螺钉孔后进入底座1的螺钉孔中，螺钉4与基座3、底座1之间通过螺纹配合被固定。

本发明使用上述模拟药筒可以采用两种不同的方法进行传火可靠性检测，下面对两种方法分别进行说明。

方法一、75％药量传火试验(降低评估数量)

GJB1307A-2004《航天火工装置通用规范》4.8.10.1给出了传爆装置传爆性能裕度验证的方法：(a)将传爆装置按系统使用状态和条件连接到终端装置上，传爆装置中的施主装药(点火器)与受主装药(药筒)至少按最大规定间隙的4倍条件安装，在规定温度下起爆传爆装置；(b)传爆装置的施主装药(点火器)按规定装药量的75％或更低，施主装药(点火器)与受主装药(药筒)按最大规定间隙条件安装，在规定温度下起爆传爆装置。试验至少进行5次，即可证明传爆装置的传爆性能满足使用要求。

由于传火与传爆的作用过程类似，都是施主装药通过一定的间隙向受主装药传递能量，只是传火过程传递的是火焰，而传爆过程传递的是爆轰波，因此在传火可靠性评估中借鉴传爆性能裕度验证方法。考虑到传火对距离长短不敏感，在评估传火可靠性时爆破阀驱动装置的点火器按照规定装药量(规定装药量是根据点火器的技术条件而定的，每种不同规格的点火器其技术指标中的规定的装药量不同，例如一种点火器，其规定装药量为310mg左右；另一种点火器，其规定装药量为350mg左右等)的75％或更低，点火器与药筒(也就是模拟药筒中的底座)按最大规定间隙条件(规定间隙是技术指标中规定的间隙，比如有些产品需要在点火器与药筒之间安装安保装置等就会对两者之间的间隙有一定的要求；也可能是设计中不可避免的间隙，比如一种爆破阀驱动装置的点火器和药筒之间的间隙约为11mm)安装，在规定温度(规定温度指的是一个环境温度，是传火可靠性要考核的温度，是技术指标中给定的使用温度，针对不同的产品规定温度可能是不同的，如一种爆破阀驱动装置的规定温度是常温20℃)下起爆驱动装置，试验进行5次以上，即可评估爆破阀驱动装置的传火可靠性满足使用要求。

实施例1

根据技术指标，本实施例使用的点火器规定的装药量是310mg，但是实际的装药量是其规定的装药量的75％及以下，而本实施例进行了5次试验，每次试验点火器的装药量如表1所示，模拟药筒的装药量为100g，将点火器和模拟药筒按照最大规定间隙11mm进行安装，然后在考核温度20℃下起爆驱动装置检测传火可靠性，得到单次试验结果，重复上述检测流程4次，其所有检测结果如表1所示：

表1传火可靠性检测试验结果

本实施例需先统计所有试验结果，然后对试验结果进行分析，如果试验全部成功，则认为爆破阀驱动装置的传火可靠性不低于0.99(0.95置信水平)，如果有一发试验失败，则不能将可靠性评估到0.99(0.95置信水平)。

本发明中所述的技术指标，是指产品生产后所具有的特定的技术参数，是一个合格的产品必须达到的标准。

从表1可以看出，传火装置的施主装药(点火器)在装药量低于规定装药量的75％(232.5mg)的情况下发火，受主装药(模拟药筒)仍能可靠发火，传火成功，试验一共进行了5次，因此其可靠性应不低于0.99(0.95置信度)，因此待测爆破阀驱动装置的传火可靠性不低于0.99(0.95置信度)。

实施例2

根据技术指标，本实施例使用的点火器规定的装药量是310mg，而本实施例进行了5次试验，每次试验点火器的装药量如表2所示，模拟药筒的装药量为120g，将点火器和模拟药筒按照最大规定间隙11mm进行安装，然后在考核温度20℃下起爆驱动装置检测传火可靠性，得到单次试验结果，重复上述检测流程4次，其所有检测结果如表2所示：

表2传火可靠性检测试验结果

从表1可以看出，传火装置的施主装药(点火器)在装药量等于或低于规定装药量的75％(232.5mg)的情况下发火，受主装药(模拟药筒)仍能可靠发火，传火成功，试验一共进行了5次，因此其可靠性应不低于0.99(0.95置信度)，因此待测爆破阀驱动装置的传火可靠性不低于0.99(0.95置信度)。

方法二、药筒传火模拟试验(降低试验成本)

由于爆破阀驱动装置的药筒通常有两级装药，如图2所示，其主要结构为筒体203内设置了两个装药空间，即第一级装药204和第二级装药206，还设置了密封圈201、前挡板202、筒体203、内封闭板205、外封闭板207，前挡板202左边的空腔时装点火器的位置，图2所示的爆破阀驱动装置可以安装两个点火器，点火器输出火焰仅作用于药筒第一级装药204中A孔位置处的装药上(A孔是一级装药与点火器之间的接口)，若A孔中的装药被点燃，第一级装药204中的其他装药也会被点燃。而第一级装药204与第二级装药206间通过厚度0.1mm～0.3mm的不锈钢薄片隔离，由于两级装药种类相同，而且第一级装药量较大，第一级装药204被点燃后必然能够引燃药筒的第二级装药206，因此，药筒203的第一级装药204引燃第二级装药206的可靠性为1，所以要对爆破阀驱动装置传火可靠性进行评估，则仅需对点火器引燃第一级A孔装药的可靠性进行评估。本发明设计的用于传火可靠性试验的模拟药筒是爆破阀驱动装置实际用药筒的缩比装置。采用该模拟药筒进行传火可靠性评估需按照GJB376-1987《火工品可靠性评估方法》中计数法的规定进行发火试验。在传火可靠性试验中，由于模拟药筒只有一级装药(仅模拟药筒的A装药孔装药)，而且经过缩比后装药量远小于爆破阀驱动装置实际用药筒的第一级装药量，这样就大大降低了试验成本以及试验过程中的风险，缩短了试验时间，提高了试验效率。模拟药筒用于装药的圆柱孔的容积不小于爆破阀驱动装置实际用药筒第一级装药与点火器的接口的容积。模拟药筒制备好后，需将药填满圆柱孔，然后将点火器安装在模拟药筒上，按照按照GJB376-1987《火工品可靠性评估方法》中计数法的规定进行n次发火试验，统计这n次发火试验中失效数F，当批量N≥10n时，在置信水平γ下，传火可靠性R由式(1)或式(2)求出：

$F=0,R=\sqrt[n]{1-\mathrm{\γ}}---\left(1\right)$

$F\≥1,\underset{x=0}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}\frac{n!}{x!(n-x)!}{R}^{n-x}{(1-R)}^x=1-\mathrm{\γ}---\left(2\right).$

该方法可评估出准确的传火传火可靠性，批量N是指同一批生产的传火可靠性待测试的爆破阀用驱动装置的总数量，下面通过具体的实施例，对试验过程进行描述。

实施例3

设计模拟药筒，该药筒仅具有大小为0.71cm³的装药空间，省略了原来大小为227cm³的装药空间，由于该模拟药筒只有一级装药，而且这一级装药与爆破阀驱动装置的一级装药相比，容量缩小了很多，且又省略了爆破阀驱动装置的二级装药，因此，在进行试验的过程中，装药用量大大减少。本实施例按照GJB376-1987《火工品可靠性评估方法》中计数法的规定从同一批生产的3000发(N＞10n)待测试的爆破阀用驱动装置中选出298发进行发火试验，试验完成后，统计发火试验中失效数为0，在置信水平0.95下，通过式(1)计算传火可靠性R为0.99。

本实施例一发发火试验使用的炸药重量为0.78g，较传统试验节约药量249g，本实施例进行传火可靠性试验所得的传火可靠性为0.99。

实施例5

设计模拟药筒，该药筒仅具有大小为0.71cm³的装药空间，省略了原来大小为81.8cm³的装药空间，由于该模拟药筒只有一级装药，而且这一级装药与爆破阀驱动装置的一级装药相比，容量缩小了很多，且又省略了爆破阀驱动装置的二级装药，因此，在进行试验的过程中，炸药用量大大减少。本实施例按照GJB376-1987《火工品可靠性评估方法》中计数法的规定从同一批生产的2980发(N＝10n)待测试的爆破阀用驱动装置中选出298发进行发火试验，试验完成后，统计发火试验中失效数为0，在置信水平0.95下，通过式(1)计算传火可靠性R为0.99。本实施例试验使用的装药重量为0.78g，较传统试验节约药量89g，本实施例进行传火可靠性试验所得的传火可靠性为0.99(0.95置信水平)。

实施例6

设计模拟药筒，该药筒仅具有大小为0.71cm³的装药空间，省略了原来大小为81.8cm³的装药空间，由于该模拟药筒只有一级装药，而且这一级装药与爆破阀驱动装置的一级装药相比，容量缩小了很多，且又省略了爆破阀驱动装置的二级装药，因此，在进行试验的过程中，炸药用量大大减少。本实施例按照GJB376-1987《火工品可靠性评估方法》中计数法的规定从同一批生产的29960发(N＝10n)待测试的爆破阀用驱动装置中选出2996发进行发火试验，试验完成后，统计发火试验中失效数为0，在置信水平0.95下，通过式(1)计算传火可靠性R为0.999。本实施例试验使用的装药重量为0.78g，较传统试验节约药量89g，本实施例进行传火可靠性试验所得的传火可靠性为0.999(0.95置信水平)。

当试验中有1发及以上失效时，达到同样的传火可靠性需要的试验样本量成指数增加，而爆破阀驱动装置是一次性作用的元器件，试验样本量的增加会大大增加试验成本，因此在可靠性积累过程中出现1发及以上失效时，通过对爆破阀驱动装置整体结构进行改进重新进行可靠性评估，要比按照原结构继续积累可靠性数据更切实际，所以出现1发及以上失效时，火工品行业实际的操作方式是对爆破阀驱动装置整体结构进行改进然后重新进行可靠性评估，因此本发明不在此处阐述按照原结构继续积累可靠性数据的方式，因为它虽然在理论上是可行的，但是是不实际的。

上述两种方法中，方法一仅能判定驱动装置传火可靠性是否达到0.99(置信度0.95)，而方法二可评估出准确的传火可靠性，比如0.999、0.9999等，因此，为获得驱动装置的传火可靠性，应综合应用上述两种方法，可首先采用方法一进行判断，如果传火可靠性达到0.99，再用方法二评估出准确的传火可靠性；如果采用方法以进行判断时，传火可靠性达不到0.99，那么需对火工品整体结构进行改进后再进行试验评估传火可靠性。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (9)

1.一种模拟药筒，用于爆破阀驱动装置传火可靠性检测试验，其特征在于包括底座(1)，铜片(2)，基座(3)，螺钉(4)和钢片(5)，所述底座(1)的上表面中部内陷使底座(1)的上表面边缘形成凸台圈(6)，所述底座(1)上表面中部内陷部分的中心设置用于装药的圆柱孔(9)，在圆柱孔(9)的上表面设置用于封闭圆柱孔的铜片(2)，所述基座(3)的下端具有能够与底座(1)上表面中部内陷部分咬合的凸起(10)，所述基座(3)的下端中心设置延伸至底座(1)与基座(3)的接触面的传火孔(7)，所述基座(3)位于传火孔(7)上端的部位设置点火器安装孔，所述基座(3)上点火器安装孔与传火孔(7)的接触面位置牢固地设置了钢片(5)，而环绕在基座(3)边缘的螺钉(4)将底座(1)与基座(3)固定连接为一个整体。

2.根据权利要求1所述的模拟药筒，其特征在于所述铜片(2)的厚度为0.1mm～0.3mm。

3.根据权利要求1所述的模拟药筒，其特征在于所述钢片(5)的厚度为0.3～1mm。

4.根据权利要求1所述的模拟药筒，其特征在于所述铜片(2)与底座(1)通过粘接的方式连接在一起。

5.根据权利要求1所述的模拟药筒，其特征在于所述钢片(5)与基座(3)通过激光焊接的方式固定在一起。

6.一种采用权利要求1～5任意一项所述的模拟药筒检测爆破阀驱动装置传火可靠性的方法，其特征在于包含以下步骤：

首先，按照技术指标规定的装药量的75％或者更低对爆破阀驱动装置的点火器进行装药，同时对模拟药筒的圆柱孔进行装药至圆柱孔被填满；

然后，按技术指标中的最大间隙将点火器安装在模拟药筒上；

接着，调整环境温度为技术指标中的考核温度后起爆模拟药筒进行试验，该试验进行至少5次；

最后，统计所有试验结果，所得起爆模拟药筒的传火可靠性即为待测爆破阀驱动装置的传火可靠性。

7.一种采用权利要求1～5任意一项所述的模拟药筒检测爆破阀驱动装置传火可靠性的方法，其特征在于包含以下步骤：

首先制作模拟药筒并对模拟药筒的圆柱孔进行装药至圆柱孔被填满；

然后将点火器安装在模拟药筒上，按照GJB376-1987《火工品可靠性评估方法》中计数法的规定进行n次发火试验，统计这n次发火试验中失效数F，当批量N≥10n时，在置信水平γ下，传火可靠性R由式(1)或式(2)求出：

$F=0,R=\sqrt[n]{1-\mathrm{\γ}}---\left(1\right)$

$F\≥1,\underset{x=0}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}\frac{n!}{x!(n-x)!}{R}^{n-x}{(1-R)}^x=1-\mathrm{\γ}---\left(2\right).$

8.根据权利要求7所述的检测爆破阀驱动装置传火可靠性的方法，其特征在于所述模拟药筒用于装药的圆柱孔的容积不小于待测爆破阀驱动装置的一级装药与点火器之间的连接口的容积。

9.根据权利要求7所述的检测爆破阀驱动装置传火可靠性的方法，其特征在于所述批量N是指同一批生产的传火可靠性待测试的爆破阀用驱动装置的总数量。