CN1171073C - 雷管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷管(1)中使用的引起装填于雷管中的雷管药包(2)爆炸的一种起爆装置(5)。该起爆装置包括可燃性的导爆药(9，10)，这些导爆药在燃烧过程中能够产生气体，在这些气体的作用下，雷管药包被引爆。起爆装置包括一个压缩装置(7)，该压缩装置在燃烧产生气体的作用下向着雷管药包的方向移动，实现对雷管药包的压缩。本发明还涉及一种引爆雷管中压缩雷管药包的方法，在引燃阶段，雷管药包被进一步压缩以实现密度的增加。另外，本发明还涉及一种雷管，该雷管的雷管药包在爆炸时刻具有增加的密度。

Description

雷管

发明领域

本发明总的涉及一种雷管，和一种起爆装置，以及相关的方法。

发明背景

雷管本身可以用作爆炸物，也可用于引爆其它爆炸物。

在典型的实施例中，雷管由一个末端封闭的外壳构成，紧靠外壳末端是压缩的雷管药包。在封闭外壳的另一端，是点火装置，如烟火导爆线、NONEL(商标)管或者是电点火头。在点火装置和雷管药包之间充填了导爆药，导爆药由点火装置引燃。通过导爆药的燃烧引爆雷管药包。

概括来讲，炸药可以分为敏感炸药和钝感炸药。敏感炸药的特点是：在自由状态下，即不受任何约束下，少量敏感炸药在未被加热条件下，就能够完全爆炸。相反，钝感炸药需要在一定的约束下，受到大量的或者是重的机械冲击时才会爆炸。为安全起见，通常避免使用敏感炸药，本发明仅涉及不使用敏感炸药的雷管。所说的钝感炸药有：季戊炸药(PETN)、HMX(cyclotetramethylenetetranitramine)、三次甲基三硝基胺(RDX)、TNT(梯恩梯或三硝基甲苯)、三硝基苯甲硝胺(Tetryl)或者它们中的一种或多种的混合物。

炸药的传爆速度和爆炸时传播的冲击波的能量间的关系是二次关系。要达到最大可能的爆炸效果，必须有一个高的传爆速度。雷管用于引爆其它炸药就属于这种情况，雷管中通常仅装填少量的钝感炸药，使该钝感炸药达到最大可能高的传爆速度，实现最大的爆炸效果。

炸药的传爆速度随着炸药密度的增加而增加。例如，密度为1.8g/cm3的RDX的传爆速度为8.7km/s，而密度为1.5g/cm3时，其传爆速度仅为7.6km/s，相应地有30％的冲击波能量的衰减。

根据现有技术，雷管的雷管药包密度通常可以压缩到大约1.5-1.55g/cm3。既使要求更高的装药密度，在实际中也是无法做到的。

发明总结

本发明的主要目的是提供一种雷管，该雷管在雷管药包量一定条件下，能够产生比通过现有技术所达到的更高的冲击波能量。

本发明的更明确的目的是进一步增加雷管中装填的雷管药包的密度，以便增加传爆药的传爆速度，进而提高爆炸效果。

本发明的另一个目的是提供一种雷管使用的起爆装置，该起爆装置可以进一步增加雷管中装填的雷管药包的密度，并在雷管药包引爆之前一直保持该密度。

本发明的上述目标通过附加的权利要求中提及的一种方法和一种雷管或者是一种起爆装置实现。

因此，本发明建立在如下知识基础上：在雷管药包装填量一定的条件下，如果雷管药包的密度大致在引爆的瞬间已经增加，那么雷管就具有更高的爆炸效果。如果雷管药包压缩到这样一种程度，即在雷管药包引爆之前和引爆过程中，至少有一部分雷管药包处于晶体状态，那么就能明显提高炸药的爆炸效果。

根据本发明的一个方面，利用导爆药燃烧产生的压力进一步增加已压缩的雷管药包的密度，并保持雷管药包的这种高密度直至雷管药包被引爆，结果得到更高的传爆速度，达到更强的爆炸效果。更确切的说，雷管药包的如此高的密度使得雷管药包，至少是部分雷管药包，保持在晶体状态。

根据本发明的另一个方面，利用导爆药燃烧产生的气体对钝感炸药进行加热至燃烧，对松散压缩的、没有约束的钝感炸药进行压缩，使钝感炸药的能量增加，最终导致钝感炸药的爆炸，引起受到压缩而密度增加的雷管药包的爆炸。

根据本发明的另一个方面，在雷管中用起爆装置引爆装填在雷管中的压缩的雷管药包。

根据本发明的起爆装置包括一种压缩装置，该压缩装置受导爆药燃烧产生的气体的作用而发生作用，以便进一步压缩雷管药包。

根据本发明的起爆装置能使得导爆药燃烧产生的热气体传递到设于该起爆装置中的腔室内，该腔室与起爆装置外的雷管药包室相邻。在该腔室中，松散压缩或不受约束的钝感炸药被更好地排列、压缩，在整个燃烧气体的作用下，钝感炸药被加热直至引爆，最终引起所述雷管药包的爆炸。

本发明还涉及一种起爆装置，该起爆装置使用所述燃烧气体对松散压缩的钝感炸药进行加热和压缩，引起钝感炸药爆炸，同时由于压缩的雷管药包受到来自于导爆药燃烧产生的外力的作用，雷管药包的密度进一步增加，结果使得至少一部分雷管药包处于晶体状态。更确切地说，当这种压缩发生作用时，松散压缩的钝感炸药就已经被加热直至被引爆。

本发明中，雷管中的雷管药包在雷管生产过程中就已经被压缩，压缩的雷管药包通过一种方法在导爆药的帮助下被引爆，在这种方法中，导爆药燃烧产生的压力在雷管药包爆炸之前用于进一步压缩雷管药包。

根据本发明的一个优选实施例，起爆装置包括一种钝感炸药，钝感炸药用于引爆雷管中的雷管药包。

根据本发明的起爆装置的一个优选实施例，该起爆装置的钝感炸药能够引起雷管药包的爆炸，这种引爆通过对雷管药包的加热直至引燃和通过起爆装置中充填的导爆药的燃烧产生的气体的压缩来实现。

根据本发明的雷管的一个实施例，可包括一个起爆装置，该起爆装置有一个与雷管药包相连的腔室，在该腔室内充填着相对松散压缩的或者不受约束的钝感炸药。在引燃阶段，即在导爆药的燃烧阶段，腔室的体积减小，使得腔室内的压力增加。同时，导爆药的燃烧使得雷管药包进一步被压缩，使至少一部分雷管药包至少处于晶体状态或者处于紧压缩状态。雷管药包的引爆通过导爆药燃烧产生的气体传入到该腔室内实现，在该腔室内，雷管药包被加热直至引爆。当该腔室内的炸药被加热直至引爆时，该腔室内的压力和能量增加，最终导致炸药的引爆，也就是引起雷管药包的引爆。

在优选实施例中，所述腔室中的压力增由一正压力提供，该正压力由引燃的导爆药产生，通过该压力推动一个可移动的活塞进入该腔室，使得腔室自身的体积减小。活塞的厚度宜大于0.15mm小于1.0mm。

所述腔室的直径宜大于放置在所述腔室中的炸药的临界爆炸直径。例如，PETN的临界爆炸直径大约为1mm。更进一步，较优的方案是选择腔室的长度(轴向长度)大于腔室的直径，而小于腔室直径的10倍左右。

而且，在优选的实施例中，应选用适当的活塞状的压缩装置实现所述雷管药包的进一步压缩，在该压缩装置中，所述腔室最好设置为一个轴向的管道。我们已经发现，压缩装置直径的较优选择至少比管道直径大1.1倍，更优选择是至少大于所述管道直径1.5倍，最优选择大约大于管道直径2倍。

本发明中允许的起爆装置的总长度为9-10mm，这与根据现有技术制造的雷管中敏感炸药腔室水平是可以匹敌的，在起爆装置中，导爆药中敏感炸药柱的长度通常约为6-7mm。

附图简要说明

通过以下对一系列实施例的描述，可以很明显的看到本发明的特点和功能。说明书中参照了附图，其中：

图1示出本发明中的雷管的横剖面图；

图2示出本发明中的雷管在燃烧阶段的横剖面图；

图3-9示出本发明中的起爆装置的多种实施例的示意图。

可以注意到具有相同或相似外形或功能的元件或部分在图中以相同的附图标记。

优选实施例

现在详细说明图1所示的本发明中的雷管的一个优选实施例。根据本发明的本实施例，雷管由一个一端开口、一段封闭的外壳1构成，外壳的外径大约为6.5mm。钝感炸药的雷管药包2压缩在外壳的封闭端(密度大约为1.5-1.55g/cm3)，在外壳的开口端用密封条4安装一个点火装置3，本发明中，点火装置采用NONEL管。在外壳1的内部，紧靠所述雷管药包2放置一个起爆装置5，通过该起爆装置将燃烧产生的冲激波从NOVEL管3传递到雷管药包2引起雷管药包的爆炸。起爆装置基本上说是圆柱形的，其一端面向NOVEL管3，另一端面向雷管药包2，在起爆装置面向NOVEL管3方向的一端，有一开口6。在起爆器件5的内部，与所述开口6相邻处装填烟火药9，在烟火药后装填钝感炸药10。烟火药和钝感炸药共同构成导爆药。关于烟火药的详细描述在以下部分给出。钝感炸药10紧靠起爆器装填，该起爆器分别由第一活塞7和第二活塞8构成。第一活塞7的一个端面靠在压缩的雷管药包2上，几乎不能移动，因此第一活塞视作是静止的。但是，多数情况下，在引爆阶段，可以认为静止的活塞7在朝着雷管药包的方向有一个小的位移δ。在所述活塞7内部的中央形成一个圆柱形的管道11，该圆柱形管道沿静止活塞7的中心纵向轴，并且其一端与压缩的雷管药包2相连，另一端的位置由一个可移动的第二活塞8确定。由于第二活塞8能够比第一静止活塞7进行更大的移动，活塞8被称为运动活塞。圆柱形管道11内装填了钝感炸药12，可以采用PETN、HMX、RDX或者是一种以上该类钝感炸药的混合物，钝感炸药的存在状态为不受约束状态或者是松散压缩状态(密度大约为0.8-1.4g/cm3)。管道11内存在一定量的空气(或者可能是其它混合气体)。

典型雷管的外径约为7.5mm，长约为65mm。雷管外壳的壁厚大约为0.8mm，圆柱形起爆装置的外壳外径约为5.5mm，壁厚约为0.4mm。起爆装置内部放置的圆柱形的、静止活塞的外经约为5.1mm，长约为5mm，静止活塞内部的管道也是圆柱形的，直径约为3mm，长约为5mm。因此，起爆装置包含一个静止活塞，其外径约大于静止活塞内部所形成管道外径的1.7倍。因此，管道大约占据了静止活塞纵横截面积的35％。这种情况下，运动活塞8的厚度约为0.4mm，直径基本上对应于管道的直径。起爆装置的总长度约为10mm。

现在，参考图2详细阐述本发明中的雷管的引爆过程。本发明中的点火装置3为TUNEL管，当点火装置3燃烧释放出燃烧冲击波后，烟火药9被点燃，在很短的感应周期内，钝感炸药10被引燃。导爆药的燃烧产生很大的压力，该压力作用于活塞7和8。于是静止活塞7对雷管药包2施加一个很大的压力，使得雷管药包至少在靠近活塞的一端呈现晶体状态或者至少处于高密度的紧压缩状态。所谓的静止活塞即使基本上保持静止状态，也可能在朝着雷管药包的方向有一个小的位移δ。雷管存在这样一种结构，通过该结构，导爆药燃烧产生的气体穿过管道11作用到运动活塞8上，对管道内的炸药12被加热至引燃。在燃烧气体的作用下，活塞8被压入到静止活塞的管道11中，使得管道内的压力增加。由于活塞和管道壁之间存在摩擦力或者本身质量造成的阻力如惯性的存在，活塞8无法以燃烧气体同样的速度运动，因此，在管道内压力急剧增加之前，管道11内的炸药12已经被加热至燃烧。随着管道11内温度和压力的增加，管道内的能量增加，当能量达到一定值时，由于钝感炸药处于松散压缩状态，几乎在同一时间在整个管道内获得爆炸所需要的临界能量，于是管道11中的钝感炸药12瞬间在整个管道内发生爆炸。该起爆过程产生了一个相当快的爆炸，该爆炸传递到雷管药包2，由于雷管药包2处于紧压缩状态，雷管药包2便很快产生爆炸。

所述起爆过程要求雷管药包在爆炸过程中大致处于晶体状态，如具有很高的密度。对于雷管中给定的雷管药包来说，通过选择适当质量和大小的活塞、选择适当尺寸的管道11和里面充填的适当密度的炸药12，可以保证爆炸过程具有尽可能高的爆炸速度。

本领域技术人员按照常规的方法通过测试和试爆就可以确定这些适当的选择。

毋庸置疑，即便图1和图2给出的雷管中的点火装置3为一个NONEL管，其它的点火装置如电子引信头也可以应用。

图3-9给出了本发明中的起爆装置5的几种实施例子。实际中虽然起爆装置5的外套可以用任何材料制作，但是最好采用高强度材料制作，如钢、青铜或者黄铜。采用高强度材料，使得起爆装置的外套的壁厚较薄，这样起爆器的直径几乎等于外壳1的内径，几乎等于雷管药包2的外径，以便在爆炸阶段在雷管药包2的大部分横截面产生压缩效果。

起爆装置的活塞系统7、8、13-18可以由多个活塞组成或者初步形成为一个单元。但是，在爆炸阶段，至少存在一个增加雷管药包压力的静止活塞和至少一个保证实现腔室11内松散压缩炸药12被压缩的运动活塞。在活塞系统形成一个单元的情况下，在引爆阶段从单元中分离出运动活塞是很重要的(例如利用导爆药燃烧产生的压力的方式)，这样运动活塞在静止活塞形成的管道中便可以移动。在不同的应用中，活塞中的材料可以不同；但是，研究表明，较好的材料为弹性系数与压缩雷管药包的弹性系数相同或者稍大的材料。

在一些优选的实施例中，静止活塞7具有有些近似圆锥的外形，面向导爆药的一端较窄，因此，静止活塞容易在引爆阶段离开起爆装置的外套，例如在压力下起爆装置外套轻微膨胀，静止活塞便离开起爆装置外套。同时，圆锥形的外形使得静止活塞很容易被压入起爆装置的外套中。一旦静止活塞从起爆装置外套的内壁释放出来，就可以利用更大的压力对雷管药包进行压缩。

图3中采用了与图1所示雷管中相同的起爆装置。在这种情况下，运动活塞8和静止活塞7是两个分离的单元。这种情况下，运动活塞的横截面为圆形，与静止活塞内形成的管道11的横截面大致互补。管道11的直径为3mm，长为5mm。静止活塞7的外径约大于运动活塞8外径的1.7倍(也就是约大于管道11外径的1.7倍)。

图4所示的起爆装置包括两个静止活塞13和14，而图5所示的起爆装置中的活塞系统则包含两个运动活塞8和15。

图6所示的起爆装置的活塞系统起初包括由部件7和部件16构成的单元。在引爆阶段，导爆药燃烧产生的压力将部件16从单元中分离，该部件形成运动活塞，与图3中所示的运动活塞8相对应。

本发明也包括活塞系统的其它布置结构形式。例如，如图7所示，起爆器的起爆装置包括两部分：一部分为静止活塞，与图3中的静止活塞相对应；另一部分为圆盘状部件17，放置在静止活塞7的前端，盖住静止活塞的管道11。为了与上述情况相对应，在起爆阶段，圆盘状部件17的一部分可以被分离出，用作运动活塞。根据图6和图7所阐述的实施方式，为了保证构成运动活塞的部件从活塞系统中正确分离，要在分离发生区域设置凹槽或破裂线19。这在图8中得到例证，在图8中，所述凹槽或破裂线的尺寸的选择仅仅用于图示说明的目的。根据本发明制造的真实起爆装置中，这些破裂线的尺寸应该根据起爆装置的其它部分确定，与图中所示尺寸有所不同。

图9示出了本发明中的起爆装置的另一个实施例。在该种实施例中，活塞系统的静止部分包含两个具有与管道11相同外径和相同直径的活塞。在这些活塞部件之间，放置一个圆盘状部件，在引爆阶段，运动活塞以上述方式脱离该圆盘状部件。

起爆器可以全部安置在起爆装置5的外套内(如图3-6所示)，可部分地安置其内(如图7所示)，或只是搭靠在所述外套上(如图8-9所示)。

管道11的横截面宜选圆形，进而运动活塞8的横截面宜选圆形，但是本发明不限制采用特殊几何形状的管道。在特定条件下，几何设计的选择只是基于方便的考量，这种方便性的选择由本领域技术人员确定，可以在本发明范围内或者在本发明的发明思路内自由选择。

导爆药说明

导爆药中的烟火药9宜取燃烧速度大于5m/s的烟火药，更适宜的选择是大于10m/s的烟火药，最适宜的选择是大于20m/s的烟火药。起爆装置中从爆燃到爆炸的转变时间不应长于0.5ms，因此烟火药的燃烧速度不能太低。同时，导爆药中的钝感炸药应该具有很好的平面燃烧前沿，保证活塞系统的活塞能同步工作。而且，所述钝感炸药的引燃周期应该使得零间隔雷管的偏差不超过±0.1ms。本发明主旨的起爆器的功能依赖于导爆药燃烧中所产生的足够高的压力。在实际中，这意味着引燃的烟火药的温度应该高于2000摄氏度，更合适的温度应该高于2500摄氏度，最合适的温度应该高于3300摄氏度。烟火药的高燃烧温度能够保证导爆药中的钝感炸药被快速、可靠地引燃。适合于该目的的烟火材料是所谓的“铝热剂”，它包括用作燃料的金属粉(如镁、铝、钛、锆)和用作氧化剂的金属氧化物。例如烟火混合物可以采用(30-40)％Al+(70-60)％Fe₂O₃和(20-40)％Ti+(80-60％)Bi₂O₃，这些金属氧化物能够在0.1-0.5ms内引起雷管药包的爆炸。从爆燃到爆炸的转变时间与采用敏感炸药的雷管的转变时间相等。

试验说明

下面说明的两个不同试验，证明了本发明中的雷管具有高爆炸速度。

例1

对三种不同类型雷管的爆炸速度进行比较。本例中采用广泛采用的方法比较不同雷管的爆炸速度(即爆炸效果)，在该方法中，将雷管的一端固定在厚度为5mm的铅板上，用雷管爆炸过程中在铅板上形成的空洞的直径大小来度量爆炸效果(爆炸速度)。

对三种类型的10个雷管进行了试验。第一种类型的雷管是根据现有技术制造的带有敏感炸药的雷管；第二种类型的雷管是不含有现有技术中的敏感炸药的雷管；第三种雷管为根据本发明的雷管。所有的雷管的装药量相同，即470mg RDX和180mg PETN。根据现有技术的雷管，不管是否采用敏感炸药，大致产生相同的爆炸效果，生成空洞的直径范围为9-10mm。根据本发明的雷管具有明显高的爆炸速度，生成空洞的直径约为12.0-12.1mm。

例2

例2中同样对例1中三种类型的雷管进行比较。本例中采用广泛采用的所谓“现有”方法比较不同雷管的爆炸速度。试验表明，根据现有技术技术的两种类型的雷管对应于11号雷管，而根据本发明的雷管对应于13.5号雷管。

上述例子表明，根据本发明的雷管与基于现有技术的雷管相比，其爆炸速度得到明显增加。这主要由于采用了本发明主旨的一种起爆装置和一种起爆方法，在不增加雷管药包装药量的情况下，获得明显增强的爆炸效果。

Claims (15)

1.一种引爆雷管中压缩雷管药包的方法，雷管药包由导爆药引爆，其特征在于，在引爆阶段燃烧的导爆药产生的燃烧气体的压力作用下，雷管药包被进一步压缩到增加的密度，该燃烧气体产生的压力通过安放在导爆药和雷管药包之间的一个雷管药包压缩装置作用于雷管药包，所述增加的密度一直保持直至雷管药包被引爆。

2.如权利要求1所述的方法，其中，对引爆阶段产生的雷管药包的进一步压缩使得至少一部分雷管药包达到晶体状态。

3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，在雷管药包密度增加的条件下，设于导爆药和雷管药包之间的钝感炸药被引爆，雷管药包由所述钝感炸药的爆炸引爆。

4.如权利要求3所述的方法，其中，钝感炸药处于一种松散压缩或者是不受约束的状态，导爆药燃烧产生的气体还被用于加热钝感炸药直至引燃，并用于压缩钝感炸药，最终引起钝感炸药的爆炸。

5.如权利要求3所述的方法，其中，由导爆药燃烧产生的压力采用由设置在导爆药和钝感炸药之间的一个钝感炸药压缩装置传递力的方式对钝感炸药进行间接压缩。

6.如权利要求4所述的方法，其中，钝感炸药首先被燃烧气体加热至引燃，导爆药燃烧产生的气体流入钝感炸药，从而钝感炸药受到所述压缩作用。

7.一种使用在雷管中用于引起设在雷管中的压缩的雷管药包爆炸的起爆装置，该起爆装置包括可燃的导爆药，该导爆药在燃烧过程中能够产生燃烧气体，在燃烧气体作用下，雷管药包会被引爆，其特征在于：它包含一活塞状的雷管药包压缩装置，该雷管药包压缩装置被设置成当起爆装置安置在雷管中时，该压缩装置的一端与雷管药包相接，另一端在所述燃烧气体的作用下向雷管药包一端移动，以对雷管药包进行压缩。

8.如权利要求7所述的起爆装置，它包含一种钝感炸药，当起爆装置被安置在雷管中时，该钝感炸药被设在导爆药和雷管药包之间，由所述燃烧气体引爆，从而引起雷管药包的爆炸。

9.如权利要求8所述的起爆装置，其中所述钝感炸药处于松散压缩或不受约束状态。

10.如权利要求9所述的起爆装置，其中所述装置被设置成加热直至引燃，并利用燃烧气体的作用对松散压缩的钝感炸药进行压缩，进而使能量增加到使之引爆的水平。

11.如权利要求10所述的起爆装置，其中所述松散压缩的钝感炸药设置在管道内的雷管药包压缩装置中或者是雷管药包压缩装置的周围，钝感炸药压缩装置可移动地设置于管道内，以便使所述钝感炸药在燃烧气体产生的压力的作用下压缩。

12.如权利要求11所述的起爆装置，其中所述管道长度大于其直径，而小于直径的10倍。

13.如权利要求11或12所述的起爆装置，其中所述雷管药包压缩装置包括第一活塞，所述钝感炸药压缩装置包括可以移动的第二活塞，所述第一活塞的外径宜选为可移动的第二活塞直径的1.1倍至5.0倍之间。

14.如权利要求7-12任一权利要求所述的起爆装置，其中该起爆装置有一个圆形的截面，截面直径与雷管的内径相等，所述起爆装置放置在该雷管的内部。

15.一种雷管，包括由钝感炸药构成的压缩的雷管药包，其特征在于，所述雷管中被安置了权利要求7-14中任一权利要求所述的起爆装置。

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