CN105605999A - 一种基于拉瓦尔喷管的爆炸二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于拉瓦尔喷管的爆炸二极管，属于爆破器材领域。该爆炸二极管壳体、引爆信号通道、激发药、猛炸药、传爆元件，引爆信号通道，输入信号可以是导爆管或者导爆管或者是电信号，形式灵活多样，而且不需压药，工艺简单、安全，可操作性强，使用药量少，可以现场组装装药，甚至模块化现场组装生产，大大降低的运输安全，同时它还具有反向阻爆的作用，防止由于早爆造成的整个起爆网络的起爆的巨大损失。

Description

一种基于拉瓦尔喷管的爆炸二极管
技术领域
本发明属于爆破器材技术领域，具体涉及一种基于拉瓦尔喷管的爆炸二极管。
背景技术
我国资源矿产种类多，数量大，分布广，但同样很多时候开采难度大，环境恶劣，需要使用炸药进行开采，因此我国对爆破器材需求量极大，特别是雷管的使用量极大，然而由于部分企业的不安全生产、运输和使用，加上部分工程开挖环境恶劣，造成雷管可靠性降低以及使用不安全，每年都会有因为雷管的早爆而引发安全事故。特别是雷管早爆，会引发整个起爆网络的爆炸，造成重大的人员伤亡和财产损失。
拉瓦尔喷管是一种基于变截面等熵管流理论而设计的两级气流加速装置，在忽略粘性摩擦和热传导时，气体流动近似看作是可逆绝热过程，此时由定常等熵流动基本方程可以推出唯有管道截面积的变化才会引起流动参数的变化，而且气体在亚音速流动时，截面积减小，流速增大，在超音速流动时，截面积增大，流速增大。例如火箭发动机利用拉瓦尔喷管特殊结构进行两端加速，先通过截面积减小加速亚音速气流，当通过喷管喉部后，气流加速到超音速，然后利用截面积逐渐增大再次加速超音速气流，增强火箭的推动能力。
提高雷管以及爆炸网络的安全性亟不可待，在这里将拉瓦尔喷管原理与提高起爆网络可靠性结合起来，巧妙利用变截面结构，设计了一种能够达到正向可靠起爆、反向隔爆的爆炸二极管装置，它能够在雷管意外起爆时，将爆轰传递阻挡在主网络之外，保护整个起爆网络，降低损失。
它的基本原理是利用正向起爆时候点火药产生的亚音速气流经过拉瓦尔喷管两段加速到超音速然后起爆随后的主装药，达到正向传爆的目的，反向时候主装药产生的超音速(相对于波前介质空气)气流经过拉瓦尔喷管的两端衰减至亚音速，将不能起爆点火药，致使传爆中断达到隔爆目的。
当前，马宏昊，王飞，沈兆武等设计了一种利用装有传爆药的隔爆体来实现反向隔爆(专利公布号：CN103759602A)，利用隔爆体底端冲击飞片撞击起爆随后的导爆索实现正向传爆，此装置与本发明的利用亚声速气流两级加速实现起爆和超声速气流两级衰减实现隔爆的机理完全不同。而且沈兆武，马宏昊等已经设计的多种飞片式起爆装置，均与本发明的超音速热流气体冲击低密度猛炸药起爆机理不同。
发明内容
本发明提供一种新型能够可靠单向起爆的爆炸二极管，它巧妙的利用拉瓦尔喷管特殊结构达到可靠正向传爆反向隔爆效果。
本发明由以下技术方案实现：
一种基于拉瓦尔喷管的爆炸二极管，包括约束壳体、引爆信号通道、激发药、猛炸药、传爆元件，输出信号通道，所述约束壳体为一体化成型金属管壳，其两端开口且输入端内径要略小于输出端端口内径，也即输入端壳体厚度要大于输出端壳体厚度，这种特殊设计是为了反向传爆时，输出端管壳的侧向约束更小，受稀疏波影响更大，对冲击波衰减的更明显，管壳的直径6.8mm，管壳中间设计为具有拉瓦尔喷管结构的特殊曲面，在喷管结构的两端都有一个定位台阶，用来定位塑料薄筒，管壳一端接导爆管或者第一导爆索，为信号输入端，其中导爆管通过中空橡胶塞与外管壁进行收口挤压紧密配合，橡胶塞为中空结构，外径略小于管壳内径，管壳另外一端接第二导爆索，管壳另外一端也通过收口挤压与第二导爆索紧密配合，为信号输出端，导爆管或者第一导爆索后面加上一段线延期体，线延期体为铅制圆柱体，中间有一细小线性药柱，该线延期药的长度根据需要而定，但是要外径略小于拉瓦尔喷管端口处外径，可以起到传火和密封作用，同时其能起到一定的堵塞反向爆轰波作用，线延期体放入拉瓦尔喷管端口处，用外力挤压紧缩固定，在延期体后面是激发药，激发药用塑料薄筒装好密封在距离喷管喉部适当距离，该点火药燃烧能产生大量的高温高压气体，经过拉瓦尔喷管结构两段加速，可以起爆后面的被薄塑料薄膜筒密封的散装猛炸药，猛炸药后端紧接着第二导爆索。
其中，该喷管结构整体为管壳结构，正向输入端先是一段长度的等截面圆管，一定长度后，为一个输入端定位台阶，然后内截面面积开始缩小至喉部最小截面，然后截面积开始增大，最后到达输出端台阶，而且设计的拉瓦尔喷管输出端截面面积要大于输入端截面积，同时输出端边壁比出口端边壁更薄，这样做的目的是使反向爆轰波来的时候，边壁更薄，侧向约束更弱，稀疏波影响更大，衰减的更快，而正向输入端边壁更厚，约束更强，稀疏波影响不明显，这样能更好的加速气体。
其中，导爆管为工业常用导爆管，或者第一导爆索则是直接插入管壳中，在外壳边缘处收口挤压固定，第一导爆索为工业常用导爆索。
其中，猛炸药以太安为例，松散装药，装药质量约0.3g，密度约为0.88g/cm3。
其中，使用改进的拉瓦尔喷管结构，其中所使用的激发药能产生大量气体，火焰感度较高。
其中，所用的猛炸药为松散装药，装药密度小。
其中，使用线延期体，达到延期目的，同时传递信号的作用。
本发明的工作原理：可以分为正向正常传爆和反向阻爆。
正向传爆时候，主起爆网络起爆导爆管(或者一段导爆索)，导爆管(或者一段导爆索)传爆到线延期药位置，点燃延期药，进行延期，然后延期时间结束，点燃拉瓦尔喷管中的点火药，点火药在密闭环境下爆燃，产生高压迫使喷管中薄塑料筒破碎，产生亚音速气流，经过拉瓦尔喷管两端加速至超音速，然后利用热点起爆机理，在高速气流的热量和冲击的共同作用下起爆猛炸药，猛炸药起爆下端的二段导爆索，二段导爆索将爆轰顺利的传出去，完成正向传爆过程。
当有主装药在施工现场意外起爆时候，反向传至导爆索、猛炸药，猛炸药产生的超声速(相对于波前介质空气)气流经过拉瓦尔喷管的两段速度衰减，同时由于侧向稀疏波的影响，气流的速度会大大降低，将不能点燃点火药，更不会传爆至线延期体后方的导爆管(或者一段导爆索)，保护了主网络。通过这种方式达到反向阻爆的目的。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明的输入信号可以是导爆管或者导爆管或者是电信号，形式灵活多样，而且不需压药，工艺简单、安全，可操作性强，使用药量少，可以现场组装装药，甚至模块化现场组装生产，大大降低了的运输安全，同时本装置下端为导爆索，其能量足够起爆一些主装药，所以在一些情况下，本发明甚至可以直接替代雷管，直接起爆主装药。最重要的是它巧妙利用拉瓦尔喷管结构，来达到可靠正向起爆反向隔爆，防止由于早爆造成的整个起爆网络的起爆的巨大损失。
附图说明
图1为基于拉瓦尔喷管的爆炸二极管结构示意图(输入输出端均是导爆索)；
图2为基于拉瓦尔喷管的爆炸二极管结构示意图(输入端是导爆管，输出端是导爆索)；
图3为正反向对称结构的爆炸二极管装置图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
图1即为本发明的爆炸二极管的第一种结构图，对应工况为输入端和输出端均是导爆索，在外径6.8mm，内径6.0mm，长62mm的铜制金属管壳1其中从右向左，第一段圆弧半径5.5mm，中间第二段圆弧半径8.8mm，第三段圆弧5.1mm，先将用一端开口的4mm塑料薄筒4(内部装激发药)放入输入端定位台阶6处，然后放入4mm的铅制线延期体3，线延期体挤压固连在管壳上，在输入端塞进9mm的第一导爆索2用收口机挤压固连在壳体上。然后从输出端装入15mm的塑料薄膜筒7(内部装有散装太安，密度约为0.88g/cm3)放置在输出端定位台阶处，最后在输出端装上第二导爆索2，挤压固连在壳体上。当爆轰从输入端第一导爆索2输入时候，为正向传爆过程，实验10发，均可以可以传递到左侧导爆索，达到正向传爆的目的，当从第二导爆索2输入时，为反向隔爆过程，实验10发，都会在在激发药位置处，爆轰中断，达到反向隔爆的目的，说明当输入信号通道为导爆索，输出信号通道是导爆管时，可以实现可靠地正向传爆和反向隔爆。
实施例2
图2即为本发明的爆炸二极管的第二种结构图，对应工况为输入端为导爆管和输出端是导爆索。在外径6.8mm，内径6.0mm，长62mm的铝制金属管壳1，尺寸同上，先将用一端开口的4mm塑料薄筒(内部装激发药)放入输入端定位台阶处，然后放入4mm的铅制线延期体，线延期体挤压固连在管壳上，输入端塞进9mm的导爆管9导爆管用橡胶塞8紧密包裹，整体用收口机挤压固连在壳体上。然后从输出端装入15mm的塑料薄膜筒(内部装有散装太安)放置在输出端定位台阶处，最后在输出端装上导爆索，挤压固连在壳体上。当爆轰从输入端导爆管9输入时候，为正向传爆过程，实验10发，可以传递到左侧导爆索，达到正向传爆的目的，当从左侧导爆索输入时，为反向隔爆过程，实验10发，都会在在激发药位置处中断爆轰，达到反向隔爆的目的。说明当输入信号通道为导爆管，输出信号通道为导爆索，能实现可靠地正向传爆和反向隔爆。
实施例3
按图3示意图制作正反向对称结构的爆炸二极管装置，此结构完全对称，可以一次进行正向可靠性起爆和反向可靠性阻爆实验，在外径6.8mm，内径6.0mm，长62mm的钢制先将从输出端装入15mm的塑料薄膜筒(内部装有散装太安)放置在输出端定位台阶处，然后从输出端向内插入长度50mm的导爆索，插入管壳内部深度为15mm，然后在收口机上挤压固定在输出端装上导爆索，再从输入端放入装有激发药的塑料薄筒，线延期体，线延期体挤压固连在管壳上，最后装入导爆管和橡胶塞，挤压固连在壳体上，然后反向完全对称重复上述过程。然后任选一端作为起爆端，另一端作为阻爆端，做好标记，起爆。重复试验10次，结果显示，起爆端的正常起爆，而阻爆端的导爆管除了连接头附近黑了，其他地方完好无损。

Claims (7)

1.一种基于拉瓦尔喷管的爆炸二极管，其特征在于：包括约束壳体、引爆信号通道、激发药、猛炸药、传爆元件，输出信号通道，所述约束壳体为一体化成型金属管壳，其两端开口且输入端内径要略小于输出端端口内径，也即输入端壳体厚度要大于输出端壳体厚度，这种特殊设计是为了反向传爆时，输出端管壳的侧向约束更小，受稀疏波影响更大，对冲击波衰减的更明显，壳体直径可根据现场情况选择设计，管壳中间设计为具有拉瓦尔喷管结构的特殊曲面，在喷管结构的两端都有一个定位台阶，用来定位塑料薄筒，管壳一端接导爆管或者第一导爆索，为信号输入端，其中导爆管通过中空橡胶塞与外管壁进行收口挤压紧密配合，橡胶塞为中空结构，外径略小于管壳内径，管壳另外一端接第二导爆索，管壳另外一端也通过收口挤压与第二导爆索紧密配合，为信号输出端，导爆管或者第一导爆索后面加上一段线延期体，线延期体为铅制圆柱体，中间有一细小线性药柱，该线延期药的长度根据需要而定，但是要外径略小于拉瓦尔喷管端口处外径，可以起到传火和密封作用，同时其能起到一定的堵塞反向爆轰波作用，线延期体放入拉瓦尔喷管端口处，用外力挤压紧缩固定，在延期体后面是激发药，激发药用塑料薄筒装好密封在距离喷管喉部适当距离，该点火药燃烧能产生大量的高温高压气体，经过拉瓦尔喷管结构两段加速，可以起爆后面的被薄塑料薄膜筒密封的散装猛炸药，猛炸药后端紧接着第二导爆索。
2.根据权利要求1所述的基于拉瓦尔喷管的爆炸二极管，其特征在于，该喷管结构整体为管壳结构，正向输入端先是一段长度的等截面圆管，一定长度后，为一个输入端定位台阶，然后内截面面积开始缩小至喉部最小截面，然后截面积开始增大，最后到达输出端台阶，而且设计的拉瓦尔喷管输出端截面面积要大于输入端截面积，同时输出端边壁比出口端边壁更薄，这样做的目的是使反向爆轰波来的时候，边壁更薄，侧向约束更弱，稀疏波影响更大，衰减的更快，而正向输入端边壁更厚，约束更强，稀疏波影响不明显，这样能更好的加速气体。
3.根据权利要求1所述的基于拉瓦尔喷管的爆炸二极管，其特征在于，导爆管为工业常用导爆管，或者第一导爆索则是直接插入管壳中，在外壳边缘处收口挤压固定，导爆索为工业常用导爆索。
4.根据权利要求1所述的基于拉瓦尔喷管的爆炸二极管，其特征在于，猛炸药以太安为例，松散装药，装药质量约0.3g，密度约为0.88g/cm3。
5.根据权利要求1所述的基于拉瓦尔喷管的爆炸二极管，其特征在于，使用改进的拉瓦尔喷管结构，其中所使用的击发药能产生大量气体，火焰感度较高。
6.根据权利要求1所述的基于拉瓦尔喷管的爆炸二极管，其特征在于，所用的猛炸药为松散装药，装药密度小。
7.根据权利要求1所述的基于拉瓦尔喷管的爆炸二极管，其特征在于，使用线延期体，达到延期目的，同时传递信号的作用。
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