CN106403739A - 一种一次性复合结构气体爆破器及其制造方法 - Google Patents

一种一次性复合结构气体爆破器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一次性复合结构气体爆破器，包括储能装置1、引爆结构2和充气机构3，储能装置1一端安装有引爆机构2和充气机构3，另一端密封或一体成型；所述储能装置1采用抗压强度大于345Mpa的材料制成。本发明的优点是：1.厚度薄，重量轻，便于运输、安装；2.制造简单，耗材成本低，生产成本低；3.充气快；4.密封性好，使用寿命长，循环寿命长；5.爆破变形后容易修复，维修成本极低，能现场修复；5.储能后爆破器的稳定性好；6.成品率高；7.制造工艺简单。

Description

一种一次性复合结构气体爆破器及其制造方法
技术领域
本发明属于爆破领域，涉及爆破装置，具体为气体爆破器。
背景技术
气体爆破技术，是利用易气化的液态或固体物质气化膨胀产生高压能量，使周围介质膨胀做功，并导致破碎；气体爆破技术被广泛应用在采矿业、地质勘探、水泥、钢铁、电力等行业、地铁与隧道及市政工程、水下工程、以及应急救援抢险中。目前气体爆破技术采用的设备是气体爆破管，其爆破管主要包括充气结构、引爆结构、膨胀介质储存结构和密封结构，其存在如下不足：
目前气体爆破技术采用的膨胀介质储存结构主要是钢管或钢瓶结构，用于制做钢管或钢瓶的钢材，其抗拉强度为345MPa，为满足设计承压要求，厚度比较大；此外，采用钢管容易出现瓶口变形、破损、划痕问题，爆破后不能修复或需返厂修复，造成修复成本高。
目前气体爆破技术采用的充气结构是螺丝锁孔，在安装过程中需要进行除锈和划痕处理，然后进行密封处理，然后进行活化器安装，爆破片安装，爆破片引线两头通断检查，爆破片引线两头与外壳通断检查，整体安装完成后，进行连接头与外壳通断检查，充气时需扭松螺丝，充气结束后需扭紧螺丝，充气步骤需要洗管降温，其充气过程较为费时，检查过程较为繁琐。
目前气体爆破技术采用的引爆方式是电热丝加热引爆，其电热丝与钢管管体需绝缘层；
目前气体爆破技术采用的密封结构是密封圈或密封胶，采用密封圈或密封胶的密封方式，其密封稳定性较差，注入液态气体后存在30%的储能装置瓶口漏气。
目前气体爆破技术制造工艺是通过对钢材进行铸造、高温火吹气、切割、焊接、打孔、挤压缩口、热处理、车螺纹、密封处理等等工艺形成密封的钢瓶或钢管，制造过程繁琐，耗时，人力成本和耗材成本较大。
此外，现有的一种一次性复合结构气体爆破器，存在各密封部位容易漏气；而能重复利用的气体爆破器存在瓶口厚度大，出气口容易变形，出气口容易损坏，出气口容易划伤；以上两种气体爆破器共同存在：瓶体厚度大，瓶体整体重量大，充气后重量更大，不便于搬运和运输，充气量小，制造过程繁琐，耗时，人力成本和耗材成本较大问题。
二氧化碳爆破技术作为气体爆破技术中的典型，也是发展的较为成熟的技术；二氧化碳爆破技术是一种低电压起爆的物理膨胀技术，在实施过程中无火花外露、预裂威力大、无需验炮，由于二氧化碳爆破的安全性非常高，其用途非常宽广，可应用于高煤含量、高瓦斯含量的煤矿区开采；现有二氧化碳爆破技术所采用的设备主要是二氧化碳爆破管，其中，发展较好、应用较为广泛的是专利文献中所记载的二氧化碳爆破开采器（公开号：CN204609883U，公告日：2015.09.02），该二氧化碳爆破开采器包括泄能头、泄能孔、爆破片、筒体、自动加热器和引线，筒体用于储存干冰，泄能头与筒体之间设置有爆破片，自动加热器安装在筒体内部，自动加热器连接引线；该二氧化碳爆破开采器通过在引线上通电，自动加热器对筒体内干冰加热，使干冰气化高压膨胀，并通过爆破片和泄能孔泄能，使周围介质受压裂开；该种二氧化碳爆破开采器具有可循环利用的优点，但该二氧化碳爆破开采器仍然存在如下技术问题：
1.爆破筒的厚度在8-60mm，且其钢材的密度大，其气体爆破器普遍存在重量大，运输、安装过程费时、费力的问题；2.筒体的制造工艺（十多个步骤，每一个步骤费时、费力）繁琐，耗时，人力成本和耗材成本较大；3.充气过程较为费时；4.管体易变形，密封稳定性差；5.故障率高，成品率低；6.维修成本高或维修难度大；7.能重复利用的钢瓶瓶口容易划伤和腐蚀，导致漏气，密封性差；8.储能后爆破器的稳定性差；9.储气量小。
发明内容
本发明所要实现的目的是：减小现有气体爆破器的重量，降低生产成本，同现有技术先比同大小的钢瓶储能量更大，简化充气过程，克服密封问题；以解决上述背景技术中现有气体爆破器所存在的：1.爆破筒的厚度在8-60mm，且其钢材的密度大，其气体爆破器普遍存在重量大，运输、安装过程费时、费力的问题；2.筒体的制造工艺（十多个步骤，每一个步骤费时、费力）繁琐，耗时，人力成本和耗材成本较大；3.充气过程较为费时；4.管体易变形，密封稳定性差；5.故障率高，成品率低；6.维修成本高或维修难度大；7.能重复利用的钢瓶瓶口容易划伤和腐蚀，导致漏气，密封性差；8.储能后爆破器的稳定性差；9.储气量小。
为解决其技术问题本发明所采用的技术方案为：一种一次性复合结构气体爆破器，包括储能装置1、引爆结构2和充气机构3，储能装置1一端安装有引爆机构2和充气机构3，另一端密封或一体成型；其特征在于：所述储能装置1采用抗压强度大于345Mpa的复合材料制成。
进一步，所述复合材料是碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维或聚酯纤维或或石墨烯或高分子材料或其复合。
进一步，所述储能装置1采用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、聚酯纤维或其复合材料中的任意一种固化而成。
进一步，所述储能装置1采用碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维或聚酯纤维中的一种或至少两种固化而成。（复合层）
碳纤维或芳纶纤维具有较强的抗拉性和弹性，具有较长的寿命，可循环使用，玻璃纤维或聚酯纤维最便宜，最适合制造一次性的爆破器。
进一步，所述材料能根据强度设计和制造成本要求，调节含量比重。
进一步，所述储能装置1采用至少两层复合层材料。
进一步，所述储能装置1包括由内向外依次分布的网状层102和硬化层103。
进一步，所述储能装置1包括由内向外依次分布的基体层101、网状层102和硬化层103。
进一步，所述基体层101采用有机玻璃（PMMA）或聚酯纤维(PET)或聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)或软质硅胶材料或金属材料或复合材料中的一种或至少两种制成模体。
进一步，所述网状层102采用碳纤维或芳纶纤维或玻璃纤维或聚酯纤维或石墨烯材料中的一种或至少两种制成。
进一步，所述硬化层103采用UV硬化胶或树脂或瞬间胶或厌氧胶或石膏或水泥。（实施例中说明，不同的材料用不同的胶水）
进一步，所述水泥采用高铝酸盐水泥。
进一步，所述储能装置1厚度是1-30mm。
进一步，最优选所述储能装置1厚度是8-15mm。
进一步，次选所述储能装置1厚度是10-20mm。
进一步，优选所述储能装置1厚度是1-20mm。
进一步，所述储能装置1是球形结构或椭球结构或管柱型结构或方形结构或多边型结构。
进一步，所述储能装置直径为1-100cm，高度为1-300cm。
进一步，所述储能装置1为圆柱体。
进一步，所述圆柱体截面半径为0.2-10cm,长度为0.2-200cm。
进一步，所述基体层101的厚度为0.1-20mm。
进一步，所述网状层102的厚度为0.8-20mm。
进一步，所述硬化层103的厚度为0.8-20mm。
进一步，优选所述基体层101的厚度为0.3-15mm。
进一步，优选所述网状层102的厚度为0.8-15mm。
进一步，所述所述硬化层103的厚度为0.8-15mm。
进一步，所述引爆机构3包括泄能头4、活化器201、内螺纹6、密封头7、引线孔8和电热丝9，泄能头4中部设有内螺纹6和与之配合的密封头7，密封头7下部设有活化器201，密封头7中部设有引线孔8，引线孔8内设有引爆线202，引爆线202连接电热丝9两端。
进一步，所述充气机构3采用单向阀充气结构。
进一步，所述充气机构3采用螺扭开关式充气结构。
进一步，所述充气机构3采用按压开关式充气结构。
进一步，所述引爆机构2采用物理加热方式引爆。
进一步，所述引爆机构2采用化学反应放热方式引爆。
进一步，所述引爆机构2采用电热丝引爆结构。
进一步，所述引爆机构2采用化学剂与储能介质反应产生爆炸。
进一步，所述储能装置1与泄能头4的连接方式为螺纹连接。
进一步，所述储能装置1与泄能头4为套接整体硬化。
储能装置1、引爆机构2、充气机构3、包边层5。
进一步，所述储能装置1与泄能头4缠绕连接并硬化成型。
进一步，所述储能装置1与泄能头4采用纤维布包裹。
进一步，所述充气机构3采用单向阀结构时，其充气机构3结构是：包括阀座321、止挡环322和锁合弹簧323，止挡环322安装在阀座321中上部，止挡环322中心为气孔324，止挡环322下方为气压球阀325，气压球阀325下部为锁合弹簧323，锁合弹簧323安装在阀座321中部，当气压球阀325下方的压强大于上方压强时，气压球阀325受到压强差力和锁合弹簧323的弹力，与阀座321下部闭合，当气压片322下方的压强小于上方压强时，且气压片322受到压强差力大于锁合弹簧323的弹力时，气压片322向下移动，与阀座321下部张开。
进一步，所述阀座321上方还设置有密封螺帽。实现两次密封。
进一步，所述引爆机构2采用电热丝进行引爆时，引爆机构2包括电热丝9和引爆线202。
进一步，所述密封头7中部安装设置有泄能头4，泄能头4通过螺纹结构与密封头7连接，泄能头4通过旋转可向上或向下移动。
进一步，所述储能装置1设置有至少一条爆破线制成一次性利用结构。
进一步，所述储能装置1制成重复利用结构，所述储能装置1还连接有硬质法兰，硬质法兰安装有泄能窗，泄能窗采用相对较薄合金片制成。
进一步，所述硬质法兰采用钛合金材料制成。
因碳纤维的抗拉强度达3500MPa以上，芳纶纤维的抗拉强度达5000-6000MPa，玻璃纤维的抗拉强度在2500MPa左右，聚酯纤维的抗拉强度达500MPa以上，故完全可以替代现有钢材345MPa进行高压液态易气化介质的约束。
上述气体爆破器的制造工艺方式如下：
制造工艺1：先（如塑料瓶、硬纸壳）做一个基体，然后对基体进行充气后成固定形状，在基体外层缠绕或套接一层抗拉强度大于345Mpa的网状层，网状层通过硬化材料进行硬化，此方法适合制作一种一次性复合结构气体爆破器和能重复利用的气体爆破器。（一次或重复）
制造工艺2：先（如塑料瓶、硬纸壳）做一个固定形状的基体，在基体外层缠绕或套接一层抗拉强度大于345Mpa的网状层，网状层通过硬化材料进行硬化（如涂胶，涂树脂），然后取出基体，此方法适合制作一种一次性复合结构气体爆破器和能重复利用的气体爆破器。（一次）
制造工艺3：用个薄的气瓶作为基体，基体上安装有充气装置和引爆装置，相当于一个不能承受345MPa压力的气体爆破器，最后在最外层包裹一层硬化层。（一次或重复）
制造工艺4：先（如塑料瓶、硬纸壳）做一个基体，然后对基体进行充气后成固定形状，在基体外层缠绕或套接一层抗拉强度大于345Mpa的网状层，网状层通过硬化材料进行硬化，然后外层又在外层缠绕或套接一层抗拉强度大于345Mpa的网状层，然后又对网状层进行硬化，此方法适合制作一种一次性复合结构气体爆破器和能重复利用的气体爆破器。（一次）
制造工艺5：将密封性胶质浇筑在爆破管管体模型外层，干化后形成具有一定弹性的袋体，并将其密封弹性袋体取出，用作基体层；使用纤维质材料编制出与管体模型外表面形状、大小一致的纤维质袋体，用作网状层；将上述密封弹性袋装入纤维质袋体，并同时将密封弹性袋和纤维质袋的开口套接套接在储能装置上；使用充气设备将其密封弹性袋体和纤维质袋体膨胀成爆破管管体模型；在上述膨胀成管体模型形状的纤维质袋体上蘸浸或喷涂可硬化材质，使其硬化材质渗入到纤维质袋体内，并覆盖纤维质袋体表面，形成硬化层；待硬化材质硬化后，其密封弹性袋与纤维质袋均被粘结和固化。
制造工艺6： 用橡胶质通过塑料模具经过吹塑、挤吹、或者注塑成储能装置的内腔；从储能装置内腔内引出多跟纤维质线条，并安装泄能头；将引出多跟纤维质线条均匀的缠绕在储能装置内腔外层和泄能头外层，露出充气机构的充气口和引爆线。
制造工艺7：使用纤维材料和固化剂塑形成储能装置；在储能装置上安装在用于连接泄能头的硬质接头，并在储能装置与硬质接头连接处使用纤维材料缠绕并固化。
制造工艺8：用橡胶质通过塑料模具经过吹塑、挤吹、或者注塑形成储能装置的内腔，即基体层；在储能装置的内腔口放置泄能头，反复使用纤维和硬化剂包裹储能装置的内腔外层，形成纤维层与硬化层的多层反复叠合腔壳。
制造工艺9：用橡胶质通过塑料模具经过吹塑、挤吹、或者注塑形成储能装置的内腔，即基体层；在储能装置的内腔口放置泄能头，并在泄能头上放置纱网，泄能头的引线和充气嘴露出纱网，并固化定型；在储能装置的内腔外层缠裹纤维质网布料，然后再次使用硬化剂进行固化成型。
制造工艺10：用橡胶质通过塑料模具经过吹塑、挤吹、或者注塑形成储能装置的内腔，储能装置的内腔包含两个缩口；在储能装置的内腔的两个缩口中分别放置泄能头和泄能窗，并在泄能头和泄能窗上放置纱网，泄能头的引线和充气嘴露出纱网，泄能窗中部露出纱网，并固化定型；在储能装置的内腔外层缠裹纤维质网布料，然后再次使用硬化剂进行固化成型。
制造工艺8： 使用钢材制造钢瓶，并通过中频电磁加热方式，挤压出缩口，形成密封性能较好的储能装置；对上述钢瓶进行淬火热处理，增强钢材的抗拉强度；钢瓶缩口与泄能头的连接方式采取螺纹结构连接，螺纹连接口设置有密封胶圈。
进一步对上述制做工艺的优化说明，上述橡胶质采用有机玻璃、PET材料、聚乙烯或软质硅胶的任意一种材料制成。
进一步对上述制做工艺的优化说明，上述纱网采用碳纤维、芳纶纤维）、玻璃纤维或聚酯纤维或石墨烯或高分子材料的任意一种材料制成；碳纤维的抗拉强度达3500MPa以上，芳纶纤维的抗拉强度达5000-6000MPa，玻璃纤维的抗拉强度在2500MPa左右，聚酯纤维的抗拉强度达500MPa以上。
进一步对上述制做工艺的优化说明，上述硬化剂采用UV硬化胶、环氧树脂胶、瞬间胶、厌氧胶、石膏或水泥中的任意一种；
进一步对上述制做工艺的优化说明，所述硬化剂采用高铝酸盐水泥。
进一步优化，上述硬化工艺采用FRP的生产方法基本上分两大类，即湿法接触型和干法加压成型。如按工艺特点来分，有手糊成型、层压成型、RTM法、挤拉法、模压成型、缠绕成型等。手糊成型又包括手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手糊法。挤拉、喷涂、缠绕等工艺设备。
复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求，需要由两种或两种以上的材料复合在一起，组成另一种能满足人们要求的材料，即复合材料。例如，单一种玻璃纤维，虽然强度很高，但纤维间是松散的，只能承受拉力，不能承受弯曲、剪切和压应力，还不易做成固定的几何形状，是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起，可以做成各种具有固定形状的坚硬制品，既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力。这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。由于其强度相当于钢材，又含有玻璃组分，也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能，象玻璃那样，历史上形成了这个通俗易懂的名称“玻璃钢”，这个名词是由原国家建筑材料工业部部长赖际发同志于1958 年提出的，由建材系统扩至全国，仍然普遍地采用着。由此可见，玻璃钢的含义就是指玻璃纤维作增强材料、合成树脂作粘结剂的增强塑料，国外称玻璃纤维增强塑料。随着我国玻璃钢事业的发展，作为塑料基的增强材料，已由玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等，无疑地，这些新型纤维制成的增强塑料，是一些高性能的纤维增强复合材料，再用玻璃钢这个俗称就无法概括了。考虑到历史的由来和发展，通常采用玻璃钢复合材料，这样一个名称就较全面。
FRP由增强纤维和基体组成，一般用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂做基体，以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料。纤维（或晶须）的直径很小，一般在10μm以下，缺陷较少又较小，断裂应变约为千分之三十以内，是脆性材料，易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说，强度、模量都要低很多，但可以经受住大的应变，往往具有粘弹性和弹塑性，是韧性材料。工程结构中常用的FRP主材主要有碳纤维( CFRP)、玻璃纤维(GFRP)、及芳纶纤维( AFRP), 其材料形式主要有片材(纤维布和板)、棒材(筋材和索材)及型材(格栅型、工字型、蜂窝型等)。
复合材料气瓶的纤维增强层主要的作用是承受压力，所以纤维层对复合材料的力学性能有很大的影响。在制造复合材料气瓶时纤维增强层主要考虑的因素有气瓶的缠绕张力、铺层顺序、缠绕角度、缠绕厚度、纤维缠绕的线型等。
复合材料气瓶在缠绕制造过程中需要对纤维施加一定的张力，一方面是为了使纤维在内胆上按照设计线型排列，另一方面是为了使气瓶内胆和缠绕层产生一定的预应力，从而改善气瓶的抗疲劳性能。
陈汝训 [1] 提出影响纤维强度发挥的重要原因是沿气瓶厚度方向各纤维受力不均匀，而缠绕张力又是纤维受力不均匀的重要因素，对壁厚较厚的气瓶尤其如此；因此，如何合理控制缠绕张力是提高气瓶纤维强度发挥的重要环节.张宗毅等 [2] 提出了一种等效降温法，将缠绕张力产生的预应力等效为复合材料层降温产生的预应力，并通过有限元软件研究了缠绕张力对环向缠绕复合材料气瓶应力的影响.研究结果表明：随着缠绕预应力的增大，环向缠绕复合材料气瓶内胆工作应力减小，复合层工作应力增大，缠绕张力产生的预应力较大时会抵消自紧工艺的效果.王欣荣 [3] 研究了缠绕张力对碳纤维缠绕铝内胆复合材料气瓶爆破压力的影响，模拟结果表明有缠绕张力气瓶的爆破压力比无缠绕张力气瓶的爆破压力提高了3.03%.Cohen [4] 采用实验设计方法确定了在缠绕工艺过程中纤维预应力对缠绕结构力学性能的影响，发现提高预应力可以有效增加在纤维缠绕结构中缠绕
层的纤维体积百分比，从而提高结构的强度。
技术效果分析如下：
通过芳纶纤维制造的储能装置，其缩口有弹性，所以缩口不容易损坏。
碳纤维制造的的储能装置，缩口硬度极大，所以瓶口不容易损坏。
通过纤维材质及复合材料制造的储能装置，因材料密度低，所以同体积能存储更多液态气体；因同体积存储的液态气体量多，所以爆炸威力更大；同时也减轻了储能装置的重量，可使储能装置整体重量下降80%。
通过纤维材质及复合材料制造的储能装置，由于其整体化制造，密封性非常好，且非常稳定。
通过纤维材质及复合材料制造的储能装置，由于其纤维质的抗拉强度可达3500MPa以上，是钢材抗拉强度的十倍，因此在厚度方面可以非常小，可较大程度减少重量，非常便于运输和安装。
同时，由于本发明所述的二氧化碳爆破器在制造方工艺上，较为简单，制造过程耗时短，其生产成本非常小，仅为现有钢材爆破管成本的十分之一左右。
因碳纤维的抗拉强度达3500MPa以上，钢材抗拉强度345MPa，
碳纤维按3500Mpa进行计算，则碳纤维抗拉强度是钢材抗拉强度的至少10.1（3500/345）倍，故用碳纤维制造储能装置较用钢材制造储能装置厚度至少能缩小90%；例如现有技术用钢材制造8mm厚度的储能装置，现在改用碳纤维只需制造成0.8mm厚度的储能装置就能满足要求，圆柱体容积计算公式为：容积=底面积*高，即V圆柱体=πr2*h。这样，假如原来用钢材制造腔体外壁厚度直径为106mm, 腔壁厚度8mm,则内圆半径是45mm，高600mm的钢瓶，其容积是3815100mm3；改用碳纤维制造腔体外壁厚度直径为106mm，腔壁厚度0.8mm（满足钢材的抗拉强度）, 则内圆半径是52.2mm,高600mm的储能装置，其容积是5133598.5 mm3；由上分析可知，采用碳纤维材料制造同样腔体外壁大小的储能装置，容积增大了1.34倍（内壁变薄，容积增大），同时，容积增大后，储存的能量就大了1.34倍，爆破威力成倍增大。
芳纶纤维的抗拉强度达5000-6000MPa，钢材抗拉强度345MPa，
芳纶纤维按5000Mpa进行计算，则芳纶纤维抗拉强度是钢材抗拉强度的至少14.5（5000/345）倍，故用芳纶纤维制造储能装置较用钢材制造储能装置厚度至少能缩小93.1%；例如现有技术用钢材制造8mm厚度的储能装置，现在改用芳纶纤维只需制造成0.55mm厚度的储能装置就能满足要求，圆柱体容积计算公式为：容积=底面积*高，即V圆柱体=πr2*h。这样，假如原来用钢材制造腔体外壁厚度直径为106mm, 腔壁厚度8mm,则内圆半径是45mm，高600mm的钢瓶，其容积是3815100mm3；改用芳纶纤维制造腔体外壁厚度直径为106mm，腔壁厚度0.55mm（满足钢材的抗拉强度）, 则内圆半径是52.45mm,高600mm的储能装置，其容积是5182888.7 mm3；由上分析可知，采用芳纶纤维材料制造同样腔体外壁大小的储能装置，容积增大了1.36倍（内壁变薄，容积增大），同时，容积增大后，储存的能量就大了1.36倍，爆破威力成倍增大。
玻璃纤维的抗拉强度约2500MPa，钢材抗拉强度345MPa，
玻璃纤维按2500Mpa进行计算，则玻璃纤维抗拉强度是钢材抗拉强度约7.2（2500/345）倍，故用玻璃纤维制造储能装置较用钢材制造储能装置厚度能缩小86%；例如现有技术用钢材制造8mm厚度的储能装置，现在改用玻璃纤维只需制造成1.1mm厚度的储能装置就能满足要求，圆柱体容积计算公式为：容积=底面积*高，即V圆柱体=πr2*h。这样，假如原来用钢材制造腔体外壁厚度直径为106mm, 腔壁厚度8mm,则内圆半径是45mm，高600mm的钢瓶，其容积是3815100mm3；改用玻璃纤维制造腔体外壁厚度直径为106mm，腔壁厚度1.1mm（满足钢材的抗拉强度）, 则内圆半径是52.2mm,高600mm的储能装置，其容积是5074761.2 mm3；由上分析可知，采用玻璃纤维材料制造同样腔体外壁大小的储能装置，容积增大了1.33倍（内壁变薄，容积增大），同时，容积增大后，储存的能量就大了1.33倍，爆破威力成倍增大。
聚酯纤维（涤纶）的抗拉强度达大于等于500MPa，钢材抗拉强度345MPa，
聚酯纤维按3500Mpa进行计算，则聚酯纤维抗拉强度是钢材抗拉强度的至少10.1（3500/345）倍，故用聚酯纤维制造储能装置较用钢材制造储能装置厚度至少能缩小90%；例如现有技术用钢材制造8mm厚度的储能装置，现在改用聚酯纤维只需制造成0.8mm厚度的储能装置就能满足要求，圆柱体容积计算公式为：容积=底面积*高，即V圆柱体=πr2*h。这样，假如原来用钢材制造腔体外壁厚度直径为106mm, 腔壁厚度8mm,则内圆半径是45mm，高600mm的钢瓶，其容积是3815100mm3；改用聚酯纤维制造腔体外壁厚度直径为106mm，腔壁厚度0.8mm（满足钢材的抗拉强度）, 则内圆半径是52.2mm,高600mm的储能装置，其容积是5133598.5；由上分析可知，采用聚酯纤维材料制造同样腔体外壁大小的储能装置，容积增大了1.34倍（内壁变薄，容积增大），同时，容积增大后，储存的能量就大了1.34倍，爆破威力成倍增大。
石墨烯的抗拉强度达大于等于3450MPa，钢材抗拉强度345MPa，石墨烯按3450Mpa进行计算，则石墨烯抗拉强度是钢材抗拉强度的至少10（3450/345）倍，故用石墨烯制造储能装置较用钢材制造储能装置厚度至少能缩小90%；例如现有技术用钢材制造8mm厚度的储能装置，现在改用石墨烯只需制造成0.8mm厚度的储能装置就能满足要求，圆柱体容积计算公式为：容积=底面积*高，即V圆柱体=πr2*h。这样，假如原来用钢材制造腔体外壁厚度直径为106mm, 腔壁厚度8mm,则内圆半径是45mm，高600mm的钢瓶，其容积是3815100mm3；改用石墨烯制造腔体外壁厚度直径为106mm，腔壁厚度0.8mm（满足钢材的抗拉强度）, 则内圆半径是52.2mm,高600mm的储能装置，其容积是5133598.5；由上分析可知，采用聚酯纤维材料制造同样腔体外壁大小的储能装置，容积增大了1.34倍（内壁变薄，容积增大），同时，容积增大后，储存的能量就大了1.34倍，爆破威力成倍增大。
故完全可以替代现有钢材345MPa进行高压液态易气化介质的约束。
材料名称 材料密度(g/cm3) 与钢材密度比值 抗压强度(MPa) 与钢材抗压强度比值
钢材 7.85 1：1 345 1：
碳纤维 1.8 1：4.36 ≥3500 1： 10.1
芳纶纤维 1.37-1.38 1:5.68 5000-6000 1： 17.3
玻璃纤维 2.4-2.7 1：5.72 2500 1： 7.2
聚酯纤维 1.2-1.37 1：6.54 ≥500 1： 7.2
石墨烯 2.09-2.23 1：3.92 3450 1： 10
由上所述，制造相同高度和直径的储能装置，碳纤维比钢材轻4倍，芳纶纤维比钢材轻5.6倍，玻璃纤维比钢材轻5.7倍，聚酯纤维比钢材轻6.5倍，石墨烯比钢材轻3.9倍；抗拉强度碳纤维比钢材强4倍，芳纶纤维比钢材强5.6倍，玻璃纤维比钢材强5.7倍，聚酯纤维比钢材强6.5倍，石墨烯比钢材强3.9倍；由此可以看出，本发明能用最少的成本达到比原有气体爆破器更好的效果，且出能量更大，爆破威力更强，制造工艺更安全简单，稳定性更强。
与碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维或聚酯纤维或高分子材料相比，石墨烯成本较高，强度最好，弹性最好，最适合用于制作本发明的储能装置。
本发明的优点是：1.厚度薄，重量轻，便于运输、安装；2.制造简单，耗材成本低，生产成本低；3.充气快；4.密封性好，使用寿命长，循环寿命长；5.爆破变形后容易修复，维修成本极低，能现场修复；5.储能后爆破器的稳定性好；6.成品率高；7.制造工艺简单。
附图说明
图1为本发明的单层结构示意图；
图2为本发明的双层结构示意图；
图3为本发明的三层结构示意图；
图4为本发明实施例的单层结构示意图；
图5为本发明实施例的双层结构示意图；
图6为本发明实施例的三层结构示意图；
图7为本发明充气机构结构示意图；
图中：1为储能装置；2为引爆机构；3为充气机构；4为泄能头；5为包边层；6为内螺纹；7为密封头；8为引线孔；9为电热丝；
101为基体层；102为网状层；103为硬化层；321为阀座；322为止挡环；和323锁合弹簧；324气孔；325为气压球阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种一种一次性复合结构气体爆破器，包括储能装置1、引爆机构2、充气机构3、泄能头4、包边层5、内螺纹6、密封头7、引线孔8和电热丝9；储能装置1上设有泄能头4，储能装置1通过包边层5固定泄能头4，泄能头4中部设有内螺纹6和与之配合的密封头7，密封头7下部设有活化器201，密封头7中部设有引线孔8，引线孔8内设有引爆线202，引爆线202连接电热丝9两端。
实施例2
一种气体爆破器，包括储能装置1和泄能头4，储能装置1一端安装有泄能头4；
如图2所示，所述储能装置1包括网状层102和硬化层103，网状层102和硬化层103由内向外依次分布。
实施例3
如图3所示，所述储能装置1包括基体层101、网状层102和硬化层103，基体层101、网状层102和硬化层103由内向外依次分布。
实施例4
实施例1-3任一项所述气体爆破器，如图3所示，所述泄能头4包括密封头7，密封头7上设有充气机构3；所述泄能头4中部设置有密封头7，密封头7通过螺纹结构与泄能头4连接，密封头7通过旋转可向上或向下移动，密封头7上设有引爆机构2。
作为对上述实施方式的制造工艺说明，所述气体爆破器的制造工艺如下：
1. 将密封性胶质浇筑在爆破管管体模型外层，干化后形成具有一定弹性的袋体，并将其密封弹性袋体取出；
2. 使用纤维质材料编制出与管体模型外表面形状、大小一致的纤维质袋体；
3. 将上述密封弹性袋装入纤维质袋体，并同时将密封弹性袋和纤维质袋的开口套接在泄能头4上；
4. 使用充气设备将其密封弹性袋体和纤维质袋体膨胀成爆破管管体模型；
5. 在上述膨胀成管体模型形状的纤维质袋体上蘸浸或喷涂可硬化材质，使其硬化材质渗入到纤维质袋体内，并覆盖纤维质袋体表面。
6.待硬化材质硬化后，其密封弹性袋与纤维质袋均被粘结和固化，形成具有高抗拉强度的密封管体。
实施例5
作为上述实施方式的进一步具体说明，所述基体层101采用pet材料制成。
实施例6
作为上述实施方式的进一步具体说明，所述网状层102采用碳纤维材料制成；碳纤维的抗拉强度达3500MPa以上，其抗拉强度为钢材抗拉强度的10倍左右。
实施例7
作为上述实施方式的进一步具体说明，所述硬化层103采用UV硬化胶。
实施例8
作为上述实施方式的进一步具体说明，（如图4所示）所述储能装置1与泄能头4的连接方式为套接整体硬化。
实施例9
作为上述实施方式的进一步具体说明，（如图4所示）所述泄能头4上的充气机构3采用单向阀结构时，其充气机构3结构是：包括阀座321、止挡环322和锁合弹簧323，止挡环322安装在阀座321中上部，止挡环322中心为气孔324，止挡环322下方为气压球阀325，气压球阀325下部为锁合弹簧323，锁合弹簧323安装在阀座321中部，当气压球阀325下方的压强大于上方压强时，气压球阀325受到压强差力和锁合弹簧323的弹力，与阀座321下部闭合，当气压片322下方的压强小于上方压强时，且气压片322受到压强差力大于锁合弹簧323的弹力时，气压片322向下移动，与阀座321下部张开。
实施例10
作为上述实施方式的进一步具体说明，优选，所述阀座321上方还设置有密封螺帽。
实施例11
作为上述实施方式的进一步具体说明，所述网状层102的厚度为2mm，所述基体层101的厚度为0.5mm，所述硬化层103的厚度为2mm。
实施例12
作为上述实施方式的进一步具体说明，所述储能装置1采用筒柱型。
实施例13
作为上述实施方式的进一步具体说明，所述储能装置1内采用液态或固态二氧化碳作为膨胀介质。
通过上述实施例实施方式所得气体爆破器，相对现有技术中的气体爆破器，由于本发明中网状层102的抗拉强度可达3500MPa以上，而钢材抗拉强度仅为355MPa左右，且其基体层101、网状层102和硬化层103综合密度仅为2.6×103kg/m3，而钢材密度为7.9×103kg/m3；本发明的材质综合密度为爆破管钢材的0.33倍；本实施例的管体厚度可达现有钢材爆破管的0.2倍左右；在抗拉强度上，本实施例的管体为现有钢材爆破管强度的1.2倍；因此，本实施例所述的气体爆破器仅为现有技术中的气体爆破管的0.07倍左右的质量，且抗拉强度大于现有技术中的气体爆破管，本发明具有非常轻质的重量，非常便于运输和安装，。
上述各实施例实施方式所得气体爆破器，
在制造纤维质袋体时，其纤维质袋体还设置有弹性缩口，其泄能头4侧边设置有缩口凹槽；纤维质袋体的弹性缩口可自动卡入缩口凹槽内。
在制造纤维质袋体时，其纤维质袋体还设置有拉绳缩口，其泄能头4侧边设置有缩口凹槽；纤维质袋体的拉绳缩口通过拉紧绳卡入缩口凹槽内；该种连接结构的牢固性较好。
在连接泄能头4过程，先将纤维质袋体套接在泄能头4上，泄能头4外侧具有缩口凹槽和螺纹结构，缩口凹槽用于套接纤维质袋体，密封头7通过螺纹结构连接泄能头4。
所述材料是碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维或聚酯纤维或或石墨烯或高分子材料或其复合材料的其中一种。
所述储能装置1采用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、聚酯纤维或其复合材料中的任意一种固化而成。
所述储能装置1采用碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维或聚酯纤维中的一种或至少两种固化而成。（复合层）
碳纤维或芳纶纤维具有较强的抗拉性和弹性，具有较长的寿命，可循环使用，玻璃纤维或聚酯纤维最便宜，最适合制造一次性的爆破器。
所述材料能根据强度设计和制造成本要求，调节含量比重。
所述储能装置1采用至少两层复合层材料。
所述储能装置1包括由内向外依次分布的网状层102和硬化层103。
所述储能装置1包括由内向外依次分布的基体层101、网状层102和硬化层103。
所述基体层101采用有机玻璃（PMMA）或聚酯纤维(PET)或聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)或软质硅胶材料或金属材料或复合材料中的一种或至少两种制成模体。
所述网状层102采用碳纤维或芳纶纤维或玻璃纤维或聚酯纤维或石墨烯材料中的一种或至少两种制成。
所述硬化层103采用UV硬化胶或树脂或瞬间胶或厌氧胶或石膏或水泥。
在上述实施例中，网状层根据不同的材料固化层选择对应的固化剂。
所述水泥采用高铝酸盐水泥。
所述储能装置1厚度是1-30mm。
最优选所述储能装置1厚度是8-15mm。
次选所述储能装置1厚度是10-20mm。
优选所述储能装置1厚度是1-20mm。
所述储能装置1是球形结构或椭球结构或管柱型结构或方形结构或多边型结构。
所述储能装置直径为1-100cm，高度为1-300cm。
所述储能装置1为圆柱体或球形体。
所述圆柱体截面半径为0.2-10cm,长度为0.2-200cm。所述基体层101的厚度为0.1-20mm。所述网状层102的厚度为0.8-20mm。
所述硬化层103的厚度为0.8-20mm。
优选所述基体层101的厚度为0.3-15mm。
优选所述网状层102的厚度为0.8-15mm。
所述所述硬化层103的厚度为0.8-15mm。
所述充气机构3采用单向阀充气结构。所述充气机构3采用螺扭开关式充气结构。所述充气机构3采用按压开关式充气结构。
所述引爆机构2采用物理加热方式引爆。所述引爆机构2采用化学反应放热方式引爆。所述引爆机构2采用电热丝引爆结构。所述引爆机构2采用化学剂与储能介质反应产生爆炸。所述储能装置1与泄能头4的连接方式为螺纹连接。所述储能装置1与泄能头4为套接整体硬化。
所述储能装置1与泄能头4缠绕连接并硬化成型。所述储能装置1与泄能头4采用纤维布包裹。
所述充气机构3采用单向阀结构时，其充气机构3结构是：包括阀座321、止挡环322和锁合弹簧323，止挡环322安装在阀座321中上部，止挡环322中心为气孔324，止挡环322下方为气压球阀325，气压球阀325下部为锁合弹簧323，锁合弹簧323安装在阀座321中部，当气压球阀325下方的压强大于上方压强时，气压球阀325受到压强差力和锁合弹簧323的弹力，与阀座321下部闭合，当气压片322下方的压强小于上方压强时，且气压片322受到压强差力大于锁合弹簧323的弹力时，气压片322向下移动，与阀座321下部张开。
所述阀座321上方还设置有密封螺帽。实现两次密封。
所述引爆机构2采用电热丝进行引爆时，引爆机构2包括电热丝9和引爆线202。
所述密封头7中部安装设置有泄能头4，泄能头4通过螺纹结构与密封头7连接，泄能头4通过旋转可向上或向下移动。
所述储能装置1设置有至少一条爆破线制成一次性利用结构。
所述储能装置1制成重复利用结构，所述储能装置1还连接有硬质法兰，硬质法兰安装有泄能窗，泄能窗采用相对较薄合金片制成。所述硬质法兰采用钛合金材料制成。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一次性复合结构气体爆破器，包括储能装置1、引爆结构2和充气机构3，储能装置1一端安装有引爆机构2和充气机构3，另一端密封或一体成型；其特征在于：所述储能装置1采用抗压强度大于345Mpa的复合材料制成。
2.根据权利要求1所述一种一次性复合结构气体爆破器，其特征在于：所述复合材料是碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维或聚酯纤维或或石墨烯或高分子材料或其复合材料。
3.根据权利要求1所述一种一次性复合结构气体爆破器，其特征在于：所述储能装置1采用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、聚酯纤维或其复合材料中的任意一种固化而成。
4.根据权利要求1所述一种一次性复合结构气体爆破器，其特征在于：所述储能装置1采用碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维或聚酯纤维中的一种或至少两种固化而成。
5.根据权利要求1所述一种一次性复合结构气体爆破器，其特征在于：所述储能装置1包括由内向外依次分布的网状层102和硬化层103。
6.根据权利要求1所述一种一次性复合结构气体爆破器，其特征在于：所述储能装置1包括由内向外依次分布的基体层101、网状层102和硬化层103。
7.根据权利要求1所述一种一次性复合结构气体爆破器，其特征在于：所述基体层101采用有机玻璃（PMMA）或聚酯纤维(PET)或聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)或软质硅胶材料或金属材料或复合材料中的一种或至少两种制成模体。
8.根据权利要求1所述一种一次性复合结构气体爆破器，其特征在于：所述网状层102采用碳纤维或芳纶纤维或玻璃纤维或聚酯纤维或石墨烯材料中的一种或至少两种制成。
9.根据权利要求1所述一种一次性复合结构气体爆破器，其特征在于：所述硬化层103采用UV硬化胶或树脂或瞬间胶或厌氧胶或石膏或水泥；所述水泥采用高铝酸盐水泥；储能装置1厚度是1-30mm；最优选所述储能装置1厚度是8-15mm；次选所述储能装置1厚度是10-20mm；优选所述储能装置1厚度是1-20mm；储能装置1是球形结构或椭球结构或管柱型结构或方形结构或多边型结构；储能装置直径为1-100cm，高度为1-300cm；储能装置1为圆柱体；圆柱体截面半径为0.2-10cm,长度为0.2-200cm；基体层101的厚度为0.1-20mm；网状层102的厚度为0.8-20mm；硬化层103的厚度为0.8-20mm；优选所述基体层101的厚度为0.3-15mm；优选所述网状层102的厚度为0.8-15mm；所述硬化层103的厚度为0.8-15mm；引爆机构3包括泄能头4、活化器201、内螺纹6、密封头7、引线孔8和电热丝9，泄能头4中部设有内螺纹6和与之配合的密封头7，密封头7下部设有活化器201，密封头7中部设有引线孔8，引线孔8内设有引爆线202，引爆线202连接电热丝9两端；充气机构3采用单向阀充气结构；充气机构3采用螺扭开关式充气结构；充气机构3采用按压开关式充气结构；引爆机构2采用物理加热方式引爆；引爆机构2采用化学反应放热方式引爆；引爆机构2采用电热丝引爆结构；引爆机构2采用化学剂与储能介质反应产生爆炸；储能装置1与泄能头4的连接方式为螺纹连接；储能装置1与泄能头4为套接整体硬化；储能装置1与泄能头4缠绕连接并硬化成型；储能装置1与泄能头4采用纤维布包裹；
充气机构3采用单向阀结构时，其充气机构3结构是：包括阀座321、止挡环322和锁合弹簧323，止挡环322安装在阀座321中上部，止挡环322中心为气孔324，止挡环322下方为气压球阀325，气压球阀325下部为锁合弹簧323，锁合弹簧323安装在阀座321中部，当气压球阀325下方的压强大于上方压强时，气压球阀325受到压强差力和锁合弹簧323的弹力，与阀座321下部闭合，当气压片322下方的压强小于上方压强时，且气压片322受到压强差力大于锁合弹簧323的弹力时，气压片322向下移动，与阀座321下部张开；阀座321上方还设置有密封螺帽；实现两次密封；引爆机构2采用电热丝进行引爆时，引爆机构2包括电热丝9和引爆线202；密封头7中部安装设置有泄能头4，泄能头4通过螺纹结构与密封头7连接，泄能头4通过旋转可向上或向下移动；储能装置1设置有至少一条爆破线制成一次性利用结构；储能装置1制成重复利用结构，所述储能装置1还连接有硬质法兰，硬质法兰安装有泄能窗，泄能窗采用相对较薄合金片制成；硬质法兰采用钛合金材料制成。
10.根据权利要求1-9任一项所述一种一次性复合结构气体爆破器，其特征在于：制造工艺是先做一个基体，然后对基体进行充气后成固定形状，在基体外层缠绕或套接一层抗拉强度大于345Mpa的网状层，网状层通过硬化材料进行硬化。
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