загрузка...

1.11. ЭНЕРГОВЫДЕЛЯШЩИЕ КОМПОЗИЦИИ

Основные понятия

Взрывом называют физическое или химическое превращение вещества, при котором его энергия быстро переходит в энергию сжатия и движения самого вещества или продуктов его превращения и окружающей среды.

Химический взрыв — самораспространяющееся химическое превращение вещества, протекающее с большой скоростью, выделением тепла и образованием газов, сжатых до высокого давления.

Детонация — частный случай взрыва, осуществляемого с постоянной, максимальной для данного вещества скоростью. Детонационная волна отличается от ударной тем, что в ней осуществляется химическая реакция, в ходе которой внутренняя энергия газов возрастает. Общая энергия ВВ может быть рассчитана, исходя из выражения:

NRT

где N — число молекул в газах взрыва; R — газовая постоянная;

Т — температура взрыва в градусах Кельвина; у = — —

С,

отношение удельных теплоемкостей газов взрыва; Ср — удельная теплоемкость при постоянном давлении;

Cv — удельная теплоемкость при постоянном объеме. Величины экспериментально найденных значений знак для продуктов взрыва: ?

тротила большей плотности — 1, 23; ?

насыпного тротила— 1, 24; ?

прессованного ТЭНа— 1, 21; ?

нитроглицерина— 1( 19.

Температура разогрева Г (в °К) газа с исходными параметрами РО и ТО при сжатии до давления Р в предположении адиабатического процесса:

у-\ (р)-

где

у = —

' С,-

отношение удельных теплоемкостей продуктов взрыва.

Взрыв сопровождается выделением большого количества энергии в ограниченном объеме за очень короткий промежуток времени. Наиболее существенные признаки взрыва: ?

экзотермичность процесса; ?

большая скорость распространения; ?

наличие газообразных продуктов под большим давлением.

Давление газов взрыва, приложенное к стенкам зарядной камеры, передается в другие точки среды в форме ударной волны, возникающей на границе раздела двух сред: ВВ — среда (рис. 17).

Ударной волной называется мгновенное возмущение среды, параметры состояния вещества на фронте которой меняются скачкообразно, а скорость его распространения превышает скорость звука в данной среде. Распространение ударной волны связано со значительными потерями энергии и физически возможно лишь до тех пор, пока давление на фронте ударной волны превышает модуль объемного сжатия среды, которая переходит в текучее состояние.

Практически область распространения ударной волны ограничена 3 — 7 радиусами заряда. В дальнейшем в среде наблюдается переход ударной волны в волну сжатия — неупругое возмущение среды, параметры которой изменяются достаточно плавно, скорость распространения возмущения равна скорости звука в данной среде, а время выведения вещества из состояния покоя всегда меньше времени возвращения его к этому состоянию. В области распространения волн сжатия среда ведет себя не упруго, в ней возникают остаточные деформации, вызывающие нарушение сплошности строения среды.

Зона распространения этих деформаций охватывает объем до 120— 150 радиусов заряда. По мере дальнейшего распространения в среде волны сжатия наблюдается ее переход в сейсмическую волну — упругое возмущение среды, скорость которой равна скорости звука в данной среде, а время упругого возмущения вещества равно времени его возвращения к состоянию покоя.

Область распространения упругих колебаний обычно определяется общей массой заряда и упруго- пластическими свойствами среды и превышает 150 радиусов заряда.

Рис. 17. Зоны распространения ударных волн (1), волн сжатия (2) и сейсмических волн (3): 3

^ X 2

Л. / \ У . > /SOг-' 7- /Sor' >4?.

tS— время спада напряжений от max до 0; tH — время нарастания напряжений от 0 до max; г' — радиус заряда.

Основные параметры воздушной ударной волны: а) при воздушном взрыве тротилового заряда избыточное давление на фронте ударной волны, МПа:

Ve Ve1 Q АР, = 0,084 — 4- 0,27-- + 0,7~. ф R R~ R"

Продолжительность фазы сжатия, с: = 1,5 • lQ~3$j~Q ? \I~R • Импульс давления в фазе сжатия (МПа. с), отнесенный к поверхности фронта волны площадью 1 м2:

б) при наземном взрыве тротилового заряда:

л/ё № q

АР' = 0,1 — + 0,43 Щ- + 1,4 -Ц- МПа ф R R R

і = 6,3-

в) при взрыве в штольне сечением 5 м2 неограниченной длины:

\IQ Ш Q

АРл = 0,146 — + 0,92 -^FT + 4,4 МПа , * SR S2R2 S]R

где О — масса тротилового заряда, кг;

R — расстояние от центра взрыва, м.

При подходе волны напряжения к границе раздела полупространства происходит отражение прямой волны сжатия и ее преобразование в отраженную волну растяжения, которая распространяется от центра мнимого заряда (зеркально отраженного заряда). Коэффициент полезного действия взрыва обычно составляет 4 — 5%.

Таблица 1.43. Разрушающие давления воздушной ударной волны Объект Давление, кПа Характер разрушения Бетонная противопожарная перемычка толщиной 0, 25 м 80-100 Полное разрушение Кирпичная (шлакоблочная) перемычка толщиной 0, 24-0. 36 м 40-50 Полное разрушение Оборудование массой до 1 т (лебедки, вентиляторы) 40-60 Смещение с фундамента, опрокидывание, поломка Вагонетки» расположенные торцевой стороной к направлению действия в. у. д 140-250 Сбрасывание с рельсов, общая деформация кузова и рамы Вагонетки, расположенные боковой стенкой к направлению действия в. у. д 45-75 Тоже Проходческие машины 125-240 Опрокидывание, деформация и повреждение деталей Водо-воздуховоды, подвешенные к стенке выработки 30-50 Деформация и поломка в результате обрыва крепления

Водо-воздуховоды уложенные на почве выработки 120-200 Деформация и поломка трубопровода Арочная крепь 150-200 j Деформация арок, полсмка засновки Органная крепь 140-1&0 Перелом стоек |Хо'ювые восстающие 80-120 [Повреждение подков, лестниц |Контактный провод 80-140 Обрыв, деформация Вентиляционный трубопровод 30-40 То же Деревянные ветиляцнонные перемычки, двери 20-40 Поломка досок и стоек Э.'.сктрообору до взни е 15-20 Деформация, роломка

60-е гг. XX в. потребовали от науки исследовать максимальные технологические возможности энергогидравлического эффекта (ЭГЭ). Изучение физических особенностей плазмы и гидродинамических течений потребовало проведения математического моделирования всех совокупных процессов.

Были определены наиболее надежные и рациональные конструкции энергогидравлических установок (ЭГУ) для различных технологических процессов.

Впервые в мире электрическое взрывание произвел член-корреспондент Петербургской академии наук П.Л.

Шиллинг в 1812 г.

Совместное использование взрывных химических реакцирі, искрообразования и электричества стало предметом изучения на протяжении двух столетий. Новые эксперименты в 60 — 80-х гг. XX в. потребовали мощных (10 — 7, 19 —9 Вт) и энергоемких (1 —250 кДж) разрядов, которые для инициирования были использованы впервые. Эксперименты способствовали созданию нового класса веществ, способных к взрывному превращению. Они отличались от существующих ВВ исключительной безопасностью при изготовлении и эксплуатации.

Советские ученые К.А. Наугольных и Н.А. Рой первыми указали на «интересную возможность инициирования разрядов проволочками из материала, реакция которого с кислородом, образующимся в результате диссоциации воды, обладает большим тепловым эффектом». Такие материалы — алюминий, цирконий, бериллий. Тепловой эффект экзотермических реакций существенно увеличивает механическую работу, совершаемую каналом разряда.

Их работы послужили началом по усилению ЭГЭ за счет химических превращений.

Практическое применение ЭГЭ потребовало теоретически обосновать воспроизведение ЭГЭ при помощи взрывающихся тепловых элементов (ВТЭ). Тепловой элемент, состоящий из энергосоставляющего материала, может способствовать взрыву. В качестве комбинированного взрывающегося теплового элемента (КВТЭ) могут применяться бензин, керосин, угольный порошок, алюминиевая пудра, сахарная пудра, а в качестве окислителя — марганцовокислый калий, бертолетова соль, сильные кислоты.

При температуре 4000 °С указанные окислители и горючие материалы никаких взрывных реакций не дают; вещество находится в плазменном состоянии.

Реакции с выделением тепла происходят на порядок ниже. Эти составы пожаро- и взрывоопасны, и при определенных соотношениях горение переходит в детонацию. Требования, предъявляемые к энерговыде- ляющим композициям, в основном те же, что и к ВВ, но эти композиции отличаются простотой изготовления и безопасностью применения.

Основные требования к ЭК

ЭК должны: ?

увеличивать эффективность работы ЭГУ в несколько раз, компенсируя усложнение технологии проведения разряда с участием ЭК; ?

обеспечивать безопасность применения в любом технологическом процессе: производстве, хранении и транспортировке; ?

быть устойчивыми к тепловым, механическим, электрическим воздействиям обычной бытовой и производственной техники; ?

надежно и безотказно инициироваться импульсным электрическим разрядом; ?

быть простыми в изготовлении, чтобы их можно было изготавливать в месте использования, не прибегая к сложным и трудоемким операциям. Временной фактор должен быть сведен к минимуму; ?

быть устойчивыми к воздействию мороза, солнечных лучей, кислорода, влаги;

? не изменять своих свойств с момента изготовления до момента использования. Чувствительность ЭК должна быть согласована с параметрами разряда и условиями проведения разряда (водная среда, открытые или закрытые камеры, скальная или рыхлая порода).

Не только исходные ЭК должны быть безопасными; конечные продукты реакции в определенных случаях, невоенного использования, должны обладать теми же свойствами.

При производстве ЭК обычно находят компромиссное решение, определяемое особенностью технологического процесса. При необходимости разрушить железобетонный фундамент морского причала, находящийся под водой, ЭК должно быть повышенной мощности и водоустойчивости.

При разрушении бетонных и простых фундаментов следует учитывать требования «мягкого» взрыва (без значительного разлета продуктов разрушения) или «жесткого» (с большей поражающей поверхностью). Все зависит от конкретной боевой задачи: в первом случае подразделение может быстро выдвинуться на боевой рубеж, во втором предусматривается наибольший поражающий фактор.

Исследования показали, что в ЭК, содержащих аммиачную селитру, в качестве окислителя следует использовать дешевую мочевину (карбамид).

Самым высоким теплосодержанием обладают ЭК, в состав которых входят металлические порошки — алюминия, кремния, ферросилиция и с ели ко кальция. Смесь с 40% алюминия и 60% аммиачной селитры (без воды) характеризуется наиболее высоким теплосодержанием. Она легко поджигается при пропускании электрической искры. Разряд идет в порах между гранулами селитры и алюминия, приводя к мгновенному объемному сгоранию смеси. Теплота взрыва равна 9830 кДж/кг.

NH4NO3 4- 2AL = AL203 + N2 + 2Н2 Хорошо зарекомендовал себя состав с 18,4% содержания алюминия, обладающий более низким теплосодержанием: теплота взрыва = 6980 кДж/кг.

3NH4N03 + 2AL = AL2O3 + 6H20 + 3N2

Насыпная плотность бинарных смесей равна 0,8 — 0,9 г/см3, следовательно, сравнительно невелика и объемная плотность энергии.

Этот недостаток устраняется введением в бинарную смесь воды. Происходит изменение энтальпии реакции взаимодействия алюминия с водой — 7 кДж/г, с аммиачной селитрой — 9,8 кДж/г, ЭК в сравнении с ВВ обладают лучшими детонирующими способностями. Им отдается предпочтение при проведении мелкомасштабных взрывов (порядка 1 кг = 10 МДж).

Предлагаемые ЭК содержат: горючие материалы 2 —90 % вода 5-50 % окислитель — остальное.

Кроме того, в состав ЭК могут входить желатинизато- ры, сшивающие агенты, сенсибилизаторы и ингибиторы.

В качестве окислителя опробованы соли — нитраты и перхлораты.

Алюминий используется в виде пудры, порошка и стружек.

ЭК изготавливаются смешиванием в механическом смесителе желатинизированного или неже- латинизированного раствора окислителя с органическим горючим и алюминием, Соотношение между фазами должно соответствовать установленным нормам.

При невозможности изготовления на месте ЭК доставляется в мешках из политиленовой пленки.

По степени опасности при хранении и перевозке ЭК относится ко второй группе, номер вещества по списку ООН — 0082, группа совместимости — Д.

<< | >>
Источник: Матвейчук В.В.. Взрывное дело (Внимание, взрыв): Учебно-практическое пособие. — М.: Академический Проект. —512 с.. 2005

Еще по теме 1.11. ЭНЕРГОВЫДЕЛЯШЩИЕ КОМПОЗИЦИИ:

  1. Глава I ОТ ПОРОХА ДО ЭНЕРГОВЫДЕЛЯШЩИХ композиций
  2. 4.1. Синтез расширяющейся композиции на основе доломитов 4.1.1. Изучение влияния температуры и добавок на возможность регулирования расширения композиции
  3. Анализ композиции Общее понятие композиции
  4. Типы композиции
  5. КОМПОЗИЦИЯ СЮЖЕТА
  6. Композиция образной системы
  7. КОМПОЗИЦИЯ СЮЖЕТА
  8. Форма и композиция
  9. 3. КОМПОЗИЦИЯ ПРОИЗВЕДЕНИЯ
  10. Композиция художественной речи
  11. Опорные точки композиции
  12. 1.4 Композиции для ароматизированных вин
  13. 4. РАЗРАБОТКА МАЛОЭНЕРГОЕМКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВЯЖУЩИХ КОМПОЗИЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАГНИЙСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ
  14. СЮЖЕТ И КОМПОЗИЦИЯ ЛИТЕРАТУРНОГО ПРОИЗВЕДЕНИЯ
  15. ТЕМА И КОМПОЗИЦИЯ ТРУДА ГЕРОДОТА
  16. Физико-химические свойства энерговыделяющих композиций
  17. 4.1.2. Изучение влияния расширяющейся композиции на свойства твердеющего цемента
  18. 2.3 Оптимизация составления композиций пряно-ароматического сырья для ароматизации вина
  19. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО ОМОНОЛИЧИВАНИЯ СИЛИКАТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ. СТРУКТУРА СИЛИКАТНГО КАМНЯ И КРИТЕРИИ ЕЕ ОЦЕНКИ
  20. Черкасов, Андрей Викторович. Малоэнергоемкая технология вяжущих композиций с управляемым расширением на основе магнийсодержащих материалов / Дис. канд. техн. Наук / Белгород, 2006