CN203758390U - 爆炸丝起爆装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种爆炸丝起爆装置，所述的爆炸丝起爆装置包括膨胀环组件、直流高压电源、储能电容器组、球隙开关、触发器、脉冲变压器。本实用新型中的膨胀环组件的轴心金属镀银丝一端通过同轴电缆连接球隙开关，另一端接地。当球隙开关被触发导通时，储能电容器组储存的能量瞬时沉积在直径很细的轴心爆炸丝上，在电流加热作用下经过固态加热融化、液态加热汽化爆炸等物理过程，直至金属汽体发生电离形成等离子体，爆炸丝在轴线上同步起爆柱形装药，形成柱面爆轰波加载驱动器，最终试样环与驱动器脱开，试样环开始自由膨胀运动。本实用新型的爆炸丝起爆装置采用了轴线爆炸丝线起爆，提高了试样环加载的稳定性和实验重复性。

Description

爆炸丝起爆装置

技术领域

本实用新型涉及一种爆炸丝起爆装置，应用于爆炸膨胀环实验。

背景技术

现有的爆炸膨胀环起爆装置采用两端点雷管起爆方式，爆轰波在装药中心位置发生对碰，对碰爆轰波压力急剧升高，如果直接作用于驱动器会造成驱动器内复杂的应力状态及复杂的变形，为了避免这一问题，将炸药与驱动器直接预留了一定的间隙，希望等到爆轰产物压力均匀后再加载驱动器。但随着间隙的增大，爆轰产物的压力越均匀，但同时压力越低。于是，在此实验装置中要实现爆轰产物对驱动器的均匀加载是很困难的。间隙的不均匀性、试样环在轴向上装配的不对称性等均会影响试样环的径向膨胀速度历史，既传统爆炸膨胀环实验存在着试样环加载的不稳定、实验重复性差等问题。

发明内容

为了克服已有技术中试样环加载的不稳定、实验重复性差的不足，本实用新型提供一种爆炸丝起爆装置。本实用新型的爆炸丝起爆装置采用了轴线爆炸丝线起爆替代两端雷管起爆，克服了两端点雷管起爆方式存在的试样环加载的不稳定、实验重复性差等问题。

本实用新型的一种爆炸丝起爆装置，其特点是，所述起爆装置包括膨胀环组件、直流高压电源、储能电容器组、球隙开关、触发器、高压脉冲变压器；其中，膨胀环组件含有爆炸铜丝、绝缘盖板、绝缘塞、粉末炸药、装药筒、驱动器、试样环。所述膨胀环组件外形为筒状；其连接关系是，所述的装药筒固定设置在驱动器内，装药筒的上端、下端分别设置有绝缘塞，绝缘盖板设置在绝缘塞上，粉末炸药填充于装药筒内，驱动器外围横向中心位置设置有试样环，爆炸铜丝穿过膨胀环组件的轴心；所述的装药筒、驱动器、 绝缘盖板、绝缘塞为同轴心设置；所述的膨胀环组件的轴心爆炸铜丝一端通过同轴电缆与球隙开关连接，另一端接地；所述的触发器接高压脉冲变压器初级，经高压脉冲变压器升压，再经过隔离电容C1加在球隙开关的触发极上；球隙开关的上电极直接与储能电容器组的高压端相连，下电极通过爆炸铜丝接地；所述直流高压电源输出端与储能电容器组高压端、球隙开关上端连接。

所述的驱动器试样环为过盈装配。

所述球隙开关为场畸变充气开关，单次工作电压为200kV，电流为100kA。

所述储能电容器组为三只4μF电容并联，储能电容组高压端和接地端分别采用铜板连接。

所述球隙开关触发极一端经电容器C1接高压变压器次级，另一端与两串接电阻中点相连。

所述球隙开关壳体采用尼龙材料。

本实用新型的爆炸丝起爆装置可在10 kV－40 kV范围内可靠工作，为膨胀环实验组件输出脉冲大电流。爆炸铜丝长度可以达到200 mm以上，能够形成较好的柱面爆轰波或柱面冲击波。通过实验研究表明：膨胀环组件的动态重复性较好，对于无氧铜试样环，相同加载条件下径向膨胀速度幅值的最大偏差控制在7％以内，因此在该实验平台上，可以应用于开展一维拉伸加载下、平面应变加载条件下的金属环、柱壳的动态响应实验，研究材料在一维高应变率拉伸加载下的本构关系、金属环的动态破碎规律、金属柱壳膨胀过程中裂纹的扩展规律等。

本实用新型的起爆装置输出高压脉冲大电流通过膨胀环组件轴心爆炸铜丝时，突然产生很高的热量使金属丝熔化、汽化，并最终形成等离子体，以致急剧压缩周围介质而产生冲击波，在热与冲击波的综合作用下起爆太安之类的猛炸药。用爆炸丝起爆，在实验装置中形成柱面爆轰波，均匀加载驱动器，避免了对碰爆轰波加载带来的不稳定性。本实用新型中设置低阻抗材料隔离炸药与金属驱动器，降低加载压力，这样可以提高装配精度，提高实验装置的轴对称性，增加试样环加载的均匀性。本实用新型的爆炸丝起爆装置采用了轴线爆炸丝线起爆，提高了试样环加载的稳定性和实验重复性。

附图说明

图1为本实用新型爆炸丝起爆装置的电原理示意图；

图2为本实用新型爆炸丝起爆装置中的膨胀环组件结构示意图；

图3为本实用新型中的爆炸铜丝的电流波形图；

图4为本实用新型中的有膨胀环组件的爆炸铜丝电流波形图；

图中：1.爆炸铜丝 2.绝缘盖板 3.绝缘塞 4.粉末炸药 5.装药筒 6.驱动器 7.试样环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的说明。

实施例1

图1为本实用新型爆炸丝起爆装置的电原理示意图，图2为本实用新型爆炸丝起爆装置中的膨胀环组件结构示意图。

在图1、2中，本实用新型的爆炸丝起爆装置，包括膨胀环组件、直流高压电源、储能电容器组、球隙开关、触发器、高压脉冲变压器；其中，膨胀环组件含有爆炸铜丝1、绝缘盖板2、绝缘塞3、粉末炸药4、装药筒5、驱动器6、试样环7。所述膨胀环组件外形为筒状；其连接关系是，所述的装药筒5固定设置在驱动器6内，装药筒5的上端、下端分别设置有绝缘塞3，绝缘盖板2设置在绝缘塞3上，粉末炸药4填充于装药筒5内，驱动器6外围横向中心位置设置有试样环7，爆炸铜丝1穿过膨胀环组件的轴心；所述的装药筒5、驱动器6、 绝缘盖板2、绝缘塞3为同轴心设置；所述的膨胀环组件轴心的爆炸铜丝1一端通过同轴电缆与球隙开关连接，另一端接地。所述的触发器接高压脉冲变压器初级，经高压脉冲变压器升压，再经过隔离电容C1加在球隙开关的触发极上；球隙开关的上电极直接与储能电容器组的高压端相连，下电极通过爆炸铜丝1接地；所述直流高压电源输出端与储能电容器组高压端、球隙开关上端连接。

所述的驱动器6与试样环7为过盈装配。

所述球隙开关为场畸变充气开关，单次工作电压为200kV，电流为100kA。

所述储能电容器组为三只4μF电容并联，储能电容高压端和接地端分别采用铜板连接。

所述球隙开关触发极一端经电容器C1接高压变压器次级，另一端与两串接电阻中点相连。。

本实施例中，球隙开关壳体材料为尼龙。

本实用新型的爆炸丝起爆装置，当球隙开关被触发导通时，储能电容器组储存的能量瞬时沉积在直径很细的爆炸铜丝1上，在电流加热作用下经过固态加热融化、液态加热汽化爆炸等物理过程，直至金属汽体发生电离形成等离子体。爆炸铜丝1在轴线上同步起爆柱形装药，形成柱面爆轰波加载驱动器，柱面冲击波经驱动器传到试样环中，经试样环自由面放射稀疏波到试样环7与驱动器界面时，试样环7与驱动器脱开，试样环7开始自由膨胀运动。

图1为本实用新型爆炸丝起爆装置的电原理示意图。爆炸丝起爆装置包括膨胀环组件、直流高压电源、储能电容器组、球隙开关、触发器、脉冲变压器、电动接地开关、偏置电阻R1、偏置电阻R2、限流保护电阻R4、隔离电容C1。触发器输出1.5kV脉冲信号，经1:40的高压脉冲变压器升压再经隔离电容C1加在开关的触发极上；球隙开关为场畸变充气开关，单次工作电压和电流可达200kV/100kA；储能电容器组采用低感脉冲电容器3只并联，每只4μF/50 kV，总电容量12μF。偏置电阻R1、偏置电阻R2为100MΩ，电阻R3为30KΩ，电阻R4为1MΩ。

图2中，爆炸铜丝1直径为0.2 mm，长度可以根据需要进行确定；绝缘盖板2和绝缘塞3的作用都是防止爆炸丝与驱动器之间发生放电，采用绝缘性较好的材料；粉末炸药4选择起爆阈值较低的太安粉，装填密度可以在小范围内调节，装填密度范围约为1.0 g/cm3～1.2 g/cm3；装药筒5选择绝缘性较好的材料，如有机玻璃等。装药筒长度大于驱动器，驱动器6材料需要具有较好的动态延展性，在实验过程中尽量保持完好，材料选择要与试样环材料匹配，最好是驱动器材料的声阻抗比试样环材料的声阻抗略大。膨胀环组件装配过程如下：装药筒5中填装粉末炸药4,爆炸铜丝1置于粉末炸药4中心，绝缘塞3压紧在装药筒5两端，随后将爆炸铜丝1、绝缘塞3、粉末炸药4、装药筒5整体放入驱动器6之中，并在两端使用绝缘盖板2压紧，驱动器6与试样环7采用过盈装配。

本实用新型中的膨胀环组件装配好后，膨胀环组件的轴心爆炸铜丝一端连接球隙开关，另一端接地；储能电容为3只4μF电容并联，储能电容器组高压端和接地端分别采用6×50mm的铜板连接，长约1.3m，两端间距约0.2m，高压端接球隙开关和直流高压电源正端，另一端接地；球隙开关为场畸变充气开关，开关壳体材料为尼龙，开关安装使用前应对尼龙材料抽高真空，球隙开关的上电极直接与储能电容器高压端相连，下电极通过膨胀环组件中的爆炸铜丝接地，开关触发极一端经电容器C1接高压变压器次级，一端接阻值为100MΩ的两只电阻串接提供的偏置电压；触发器接脉冲变压器初级；电动接地开关高压端接直流电源输出端及储能电容高压端，接地端可靠接地。

图3为本实用新型中的爆炸铜丝的电流波形图，图3是只设置有爆炸铜丝的电流波形图。

图4为本实用新型中设置有膨胀环组件的爆炸铜丝电流波形图。

从图3、图4中可以看出，有膨胀环组件的波形与只设置有爆炸丝的电流波形相比，振荡周期减少、幅度降低。

Claims (6)

1.一种爆炸丝起爆装置，其特征在于：所述起爆装置包括膨胀环组件、直流高压电源、储能电容器组、球隙开关、触发器、高压脉冲变压器；其中，膨胀环组件含有爆炸铜丝（1）、绝缘盖板（2）、绝缘塞（3)、粉末炸药（4）、装药筒（5）、驱动器（6）、试样环（7）；所述膨胀环组件外形为筒状；其连接关系是，所述的装药筒（5）固定设置在驱动器（6）内，装药筒（5）的上端、下端分别设置有绝缘塞（3)，绝缘盖板（2）设置在绝缘塞（3)上，粉末炸药（4）填充于装药筒（5）内，驱动器（6）外围横向中心位置设置有试样环（7），爆炸铜丝（1）穿过膨胀环组件的轴心；所述的装药筒（5）、驱动器(6)、 绝缘盖板（2）、绝缘塞（3)为同轴心设置；所述的膨胀环组件轴心的爆炸铜丝（1）一端通过同轴电缆与球隙开关连接，另一端接地；所述的触发器接高压脉冲变压器初级，经高压脉冲变压器升压，再经过隔离电容C1加在球隙开关的触发极上；球隙开关的上电极直接与储能电容器组的高压端相连，下电极通过爆炸铜丝（1）接地；所述直流高压电源输出端与储能电容器组高压端、球隙开关上端连接。

2.根据权利要求1所述的爆炸丝起爆装置，其特征在于：所述的驱动器（6）与试样环（7）为过盈装配。

3.根据权利要求1所述的爆炸丝起爆装置，其特征在于：所述球隙开关为场畸变充气开关，单次工作电压为200kV，电流为100kA。

4.根据权利要求1所述的爆炸丝起爆装置，其特征在于：所述储能电容器组为三只4μF电容并联，储能电容高压端和接地端分别采用铜板连接。

5.根据权利要求1所述的爆炸丝起爆装置，其特征在于：所述球隙开关触发极一端经电容器C1接高压变压器次级，另一端与两串接电阻中点相连。

6.根据权利要求1所述的爆炸丝起爆装置，其特征在于：所述球隙开关壳体采用尼龙材料。