乳化炸药套管装药实验研究.pdf

2 0 1 1 年1 2 月乳化炸药套管装药实验研究张玉磊等 乳化炸药套管装药实验研究 张玉磊①倪欧琪①解立峰①侯旷怡⑦李斌①朱英中① ①南京理工大学1 ％r - 学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 ②中国空空导弹研究院 河南洛阳，4 7 1 0 0 3 【摘要] 文章研究了乳化炸药套管装药的阻隔防爆性能。通过改变套管中心管材质、粗糙度及药层厚度等参 数，系统地分析了乳化炸药套管装药条件下的阻隔防爆效果，得到不同材质的中心管套管装药的临界药层厚度。 光滑实心钢棒的临界药层厚度小于2 ．5 r a m ；壁厚1 ．0 m m 的不锈钢管以及装满碳酸氢钠的壁厚0 ．3 r a m 不锈钢管的 临界药层厚度小于3 ．0 r n m ；租糙木棒的临界药层厚度介于2 ．5 r a m 和4 ．0 m m 之间；而壁厚0 ．3 r a m 的不锈钢管与光 滑实心木棒的I l 缶界药层厚度大于4 ．O m m 。外部约束强度越强，套管装药爆轰传播长度越长。置于钢板上时套管爆 轰传播的长度为3 1 0 ．0 m m ，悬吊时爆轰长度为2 7 0 ．0 m m 。 [ 关键词] 乳化炸药套管中心管阻隔防爆 [ 分类号] T J 5 5T D 2 3 5 ．2 1 l 引言 乳化炸药是应用广泛的工业炸药，其爆轰反应 与单质炸药的爆轰反应有着显著的不同，由于单质 炸药的极限直径较小，在一般条件下，其爆轰可看成 理想爆轰，而乳化炸药在一般使用条件下都处于非 理想爆轰状态⋯。乳化炸药生产中的诸多安全隐 患，主要体现在制备和输送过程中。在制备过程中， 由于外界能量输入导致的爆炸事故层出不穷，而输 送过程使这些局部事故进一步扩大，造成了更多的 人员伤亡和财产损失。国内外学者对乳化炸药生产 过程中的安全性进行了详细的探讨和研究，对事故 发生的原因及生产工艺的改进提出了各种看法和建 议，力图将事故发生的概率以及严重度降到最 低[ 2 】。T a k a h a s h iK 、M u r a t aK 等口1 研究了乳化炸药 的非理想爆轰状态；E n g e l k eR 、C a m p e l lAW H o 等人 介绍了测量单质炸药和工业炸药的爆轰临界直径的 方法；谭多望等人【5 1 实验研究了钝感炸药的直径效 应，认为钝感炸药爆轰波的传播速度及强度与波阵 面曲率有密切关系。 在实际应用中，当源头由于机械摩擦等因素产 生能量输入时，源头爆炸所产生的爆轰波在管路中 乳化炸药的支持下持续传播，爆轰范围难以控制。 目前对于管路的安全性改造可以从管道效应和拐角 效应两方面出发，本文采取的套管装药方式是基于 管道效应进行的管路改进措施，对管路的阻隔防爆 效果有重要的意义。 本文基于乳化炸药套管管路的阻隔防爆技术， 对某种乳化炸药进行了套管装药实验研究，在不同 中心管材质、粗糙度及装药厚度条件下，系统地分析 了这种装药的阻隔防爆效果，并定性得到了不同中 心管及外界约束条件下，套管中心管材质的优先选 择顺序及安全条件下装药的药层厚度范围，对乳化 炸药套管管路的安全改造提供技术支持。 1 实验装置 实验模拟套管管路的实际情况，对套管管路中 的单个套管进行装药研究，通过雷管起爆套管中的 乳化炸药，研究爆轰波的传播情况，探寻套管装药方 式的抑爆效果。 套管外管材料为无缝钢管，内径2 8 ．0m m ，壁厚 3 ．0m m ，长度7 0 0 ．0m m 。沿内孔轴线插入不同中 心管，分别为中空和有填充物的不锈钢管、实心木棒 和实心钢棒，并保证一定的装药厚度。使用自制装 药机装药，保证装药密度一致，为1 ．2 2g ／c m 3 。将装 好的乳化炸药固定于钢板上引爆，点火源为一发8 ‘ 铜壳电雷管。实验温度为2 8 。C ，湿度为6 0 ％。实验 时，每种尺寸的样品测试3 次，取平均值作为最终结 果。 2 实验及结果分析 2 ．1 不同填充物套管实验比较 实验对不同中心管的套管装药进行研究，起爆 ●收稿日期2 0 1 1 4 3 9 1 7 基金项目国防安全科技项目 B 2 6 2 0 0 8 0 1 3 5 作者简介张玉磊 1 9 8 7 一 ．男。硕士研究生。研究方向为多相爆轰及爆炸场测试技术。E m a i l k a k a z y l 1 6 3 ．e o m 通讯作者倪欧琪 1 9 5 3 一 ，男，教授。研究方向乳化炸药配方与特性。E - m a i l n o q I E M c n ．1 3 0 1 1 1 万方数据 2 爆破器材E x p l o a i v eM a t e r i a l s第4 0 卷第6 期 前装置图和实验结果图如图I 所示。 l ■叠一l ●■i _ 刮 ～’醚p 廿 a 乳化炸药套管装置； b 乳化炸药套管起爆后残余 图1 乳化炸药套管实验图 实验对爆炸后的管体残余情况进行分析，结果 见表l 。 表1 几种不同中心管的套管实验 由表1 可以看出，在相同药层厚度下，中心管为 粗糙木棒、光滑钢棒及装满碳酸氢钠的不锈钢管时， 未发现管体残余，说明爆轰波完全传播至管体尾部， 爆轰完全；而中心管材为0 ．3 m m 空心不锈钢管和光 滑实心木棒时。管体仍有残余，爆轰并不完全。从实 验结果可以看出，不同的中心管材质对于套管抑爆 效果有重要影响。为此，实验继续深入，对不同中心 管材质的套管进行研究，测定各种中心管条件下的 临界药层厚度。 2 ．2 不同中心管条件下的套管临界药层厚度实验 根据前面实验的结果，对各种中心管装药条件 下的套管进行研究，通过改变中心管直径而改变药 层厚度，测定了各种中心管的临界药层厚度，结果见 表2 。 由表1 和表2 的实验结果可以看出，光滑实心 钢棒的临界药层厚度要小于2 ．5 m m ；壁厚1 ．0 m m 的 不锈钢管以及装满碳酸氢钠的壁厚0 ．3 m m 不锈钢 表2 不同中心管套管药层厚度定性分析 管的临界药层厚度小于3 ．O m m ；粗糙木棒的临界药 层厚度介于2 ．5 m m 和4 ．0 m m 之间；而壁厚0 ．3 m m 不锈钢管与光滑木棒的临界药层厚度要大于4 ．0 m o 由于装药厚度已经很小，从而实验数据较少，故 本文仅定性研究了不同材质中心管的套管临界药层 厚度。 之所以存在临界药层厚度的差异，主要是由于 不同材质中心管使得套管内部的约束强度不同。根 据爆轰波在乳化炸药中传播特性可知，由于管道效 应的存在。中心管约束越强，先导激波压缩乳化炸药 的效果越差，使得炸药爆炸产生的爆轰波可以跟上 先导激波的步伐，爆轰波在套管内完全传播下去；反 之在先导激波的压缩下，乳化炸药自身被压缩而不 再连续，使爆轰波得不到乳化炸药的能量支持，发生 熄爆。之所以粗糙木棒和光滑木棒的效果不同，主 要也是由于约束壁面的粗糙度不同，对先导激波的 传播速度造成影响。当约束壁面足够光滑，先导激 波传播速度受影响不大，当其远大于爆轰波速度时， 容易造成熄爆；而约束壁面粗糙时，先导激波传播速 度有下降的可能，对乳化炸药的压缩不彻底，使得爆 轰波在乳化炸药中的传播得以持续”J 。 2 ．3 外界约束条件对爆轰传播长度的影响 针对套管装药的研究发现，不仅内部中心管约 束强度对管体爆轰效果有影响，外界约束条件对爆 轰长度同样有一定的影响。 本文选取中心管为光滑实心木棒，药层厚度为 4 ．O m m 的套管，采用悬挂的方式引爆，测定其爆轰 后管体的爆轰长度，并和置于钢板上引爆的方式进 行对比。实验装置和结果见图2 。实验结果如表3 所示。 n 由表3 可以看出，在其他实验条件一致的情况 下，套管置于钢板上时，爆轰传播的长度为3 1 0 ．0 m i l l ，比悬吊起来时的2 7 0 ．O m m 多传播了约3 0 ％， 结果说明当套管外部的约束强度较强时，套管内部 爆轰波传播较长，其原因与中心管约束强度的影响 万方数据 2 0 1 1 年1 2 月乳化炸药套管装药实验研究张玉磊等 3 ‘ a 悬吊套管实验装置； b 悬吊套管实验结果 图2 悬吊套管实验装置与结果图 表3 管外约束条件对爆轰长度的影响 原因一样先导激波对乳化炸药的压缩效果越弱，使 得后续爆轰波可以跟上先导激波的步伐，爆轰波在 套管内完全传播下去。 3 结论 1 模拟乳化炸药的套管装药方式，对装有不 同材质中心管的套管进行传爆实验，结果说明中心 管约束强度越大，爆轰波传播的长度越长； 2 通过平置与悬吊实验研究了外部约束条件 对套管中爆轰波传播长度的影响，结果说明外界约 束强度越大，爆轰波传播长度越长； 3 不同材质的中心管套管的临界药层厚度不 尽相同光滑实心钢棒的I I 缶界药层厚度小于2 ．5 r a m ； 壁厚1 ．O r a r n 的不锈钢管以及装满碳酸氢钠的壁厚 0 ．3 r a m 不锈钢管的l 临界药层厚度小于3 ．O m m ；粗糙 木棒的I 临界药层厚度介于2 ．5 m m 和4 ．O m m 之同； 而壁厚0 ．3 m m 的不锈钢管与光滑实心木棒的临界 药层厚度大于4 ．O m m 。 参考文献 【1 】吕春绪．工业炸药理论[ M 】．北京兵器工业出版社， 2 1 1 0 3 2 5 埘． [ 2 ] 杨桐．从乳化炸药六起事故中吸取教训[ J ] ．爆破器 材，1 9 9 5 4 2 7 - 2 9 ． [ 3 ] ‰l l iK ，M L m a t aK ，K m oY ，e ta 1 ．N o n - i d e 日ld e t o n a - t i o no fe m , Ⅱl s l o n 瓿p l o 缸v 曙[ J ] ．J m l 瑚l0 fb l a t e l i a l sP b ㈣i J I gT e e l m o l e g y ，1 9 9 9 ，5 2 5 5 5 2 - 5 5 ． [ 4 ] E n g e l k eR ，c 。p e l lAw ．D i a m e t e rF ．蓝e e ti n 碰g h - I l e m i l yH e t e r o g e n e o u sE 砷l ∞8 曲n [ M ] ．C o t 砌u t oC l d l f o m a O t f i e eR e s e m e h - D e p a r h m t0 f t h eN a 吖，1 9 7 7 6 4 ．2 ． [ 5 ] 谭多望，方青，张光升，等．钝感炸药直径效应实验研 究[ J ] ．爆炸与冲击．2 0 f f 3 ，2 3 4 3 1 1 0 - 3 1 7 4 ． [ 6 ] 宗琦，刘积铭．硝铰混合炸药内管道效应的初步探讨 [ J ] ．工程爆破，2 0 0 1 ，7 1 7 9 - 8 2 ． [ 7 ] 宋锦泉．乳化炸药爆轰特性研究[ D ] ．北京北京科技 大学，姗，3 2 - 4 5 ． [ 8 】冯志红．t U X 混合炸药临界直径的实验与数值模拟研 究[ D ] ．太原中北大学，2 0 0 7 ． E 】币砌m 明t a lS t u d yo fE m u 瑚O nE x p l o r eC h a r g e d l nC _ 濉l n gT u b e Z l t A N GY u l e i 。，N IO u q i 。。X I EL f f e n g 。，H O UK 咖鲥。，uB i n 。，Z t t UY i , 讪n g 中 ①s c h ddC h e m i c a lE l l g i I I e e d l l g ，N 柚j 沁u I l ；v e 墙竹0 fS c i e n c e 町l d ‰蛔r J i 8 咿uN 衄j i n g ，2 X 0 ∞4 ②c h h mA i r b o r n eM i s s i l e c B d e l 町 H e ’I 蛐h l o y 蚰g ，4 7 1 1 0 3 [ A B S T R A C r ] I n t h i Bp a p e r ，t h eb l e e k l n g 髓p l 鹏i ∞p r o o fP e 击曲啪c eo fe m I l l B i 蚰e p l ∞i v ec h a r 8 e d i ne a s i n g t I l b e 帅s 蚰l d i e de 。p e r i 卫n e n t a l l y ．1 1 l eB y 5 t e Ⅲ“ca n a l y s i s0 ft h ee 砷l ∞i 佣．p r 0 0 fb a r r i e re f f e c tW I t se ．蛐i e d 伽t , m d e rt h e ∞础6 蛐o f d i f f e r e n t 傀n h a lr o b e ，姒l g h n ∞sa I l dt h et h i c k n 鹤B0 fm u l s i 蚰。印l ∞i 憎．T h et b i c k l l e 聃嘲o fe m 幽伽“p M o 越瑚d e r t h ec o l 曲d o 叫o fd i f f e r e n tc e n t r a lt t l b em a t e r i a l sw e m 西v 衄．C 五d e s lt h i d m 髓W a l tl e 瞄t b 8 n2 ．5 mw h e ne e n m dm b e 帅s B m o o t l I ∞b d 日t e dr o d 商6 伽l t h i c k n 哪’啪l ∞8 t l l 8 n3 ．0 衄w h e ne e n 也s l t u b e w 明t h e w a l l t l d e k n e 鼬o f l ．0 m 毗a i r l l c s 6 8 t e dp i p e 蛐dt l l ew a 】lt l l i c k n 嘲0 f0 ．3 m m “n l 鹤日s t e e lp i p e6 | l e d 埘t l l ∞d i 咖b i c 盯b o m t e ；e r i d e ．a lt h i 吐I 蚺w 曲b e - 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