CN111551087A - 一种并行管道影响的线性聚能切割器及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种并行管道影响的线性聚能切割器及试验方法，包括切割器外壳、药型罩、主装药、雷管放置槽体和电子雷管；切割器外壳底端开口，顶端封闭，且封闭端开有通孔；药型罩置于切割器外壳中，且与切割器外壳封闭端底部不接触；主装药铺设在切割器外壳封闭端底部和药型罩之间形成的容腔，雷管放置槽体为上下开口的长方体方框状，位于切割器外壳封闭端顶部；电子雷置于雷管放置槽体内；药型罩的聚能穴方向与切割器外壳上开有的通孔、雷管放置槽体的中心线三者均同轴；药型罩的聚能穴方向与切割器外壳的开口方向一致。本发明采用固体炸药带V型槽的长方体装药结构，此种装药结构具有装药密度大、能量集中均匀、便于安放的特点。
Description
技术领域
本发明属于管道爆炸切割技术领域，具体涉及一种并行管道影响的线性聚能切割器及试验方法。
背景技术
输气管道断裂控制试验通过模拟真实输气管道运行条件，采用天然气介质开展高压输气管道全尺寸断裂研究，真实模拟管道破裂释放的天然气爆炸后对环境产生的影响，完成对环境造成的灾害评估。开展这项工作的关键之一在管道初始裂纹的产生，并行管道影响的线性聚能切割器应运而生。根据爆炸基本理论，炸药爆轰产物运动方向具有与药包表面垂直或大体垂直的基本规律。利用这一规律在药包底部预留聚能穴(或加金属药型罩)，并选取适当的炸高。在药包爆轰时，靠聚能穴闭合时产生的高温、高速、高密度的气体(金属)射流，使得爆轰产物在一定方向上聚集，爆炸能量密度大大提高，沿轴线向外射出高能流密度的聚能流，这种射流具有很强的穿透能力，从而大大提高了药包对该方向上的局部破坏作用，这种效应称为“聚能效应”，又称为“诺尔曼效应”。利用这种聚能效应制成聚能切割器，并应用到大型钢结构物的爆破切割中，不仅可以缩短工期，减小工作量，还可以大大提高爆破切割的安全性和可靠性。
然而，目前线型聚能切割器的制作没有一个统一的标准，只有一些经验和公式，每次使用都是根据工程的需要进行设计制作，使之既具有足够的切割能力达到工程设计的要求，又没有太多的爆炸能量剩余，同时还要便于安放，十分不便。
发明内容
针对现有技术中的不足之处，本发明提供一种并行管道影响的线性聚能切割器，可远程起爆聚能切割装置后形成稳定的射流刀，射流刀在管道壁上切开一定尺寸的裂纹，可提高整个施工过程的安全性、可靠性和便捷性。本发明另一目的在于提供一种并行管道影响的爆炸切割验证性试验方法。
为了达到上述目的，本发明技术方案如下：
一种并行管道影响的线性聚能切割器，包括切割器外壳、药型罩、主装药、雷管放置槽体和电子雷管；切割器外壳底端开口，顶端封闭，且封闭端开有通孔；药型罩置于切割器外壳中，且与切割器外壳封闭端底部不接触；主装药铺设在切割器外壳封闭端底部和药型罩之间形成的容腔，雷管放置槽体为上下开口的长方体方框状，位于切割器外壳封闭端顶部；电子雷置于雷管放置槽体内；药型罩的聚能穴方向与切割器外壳上开有的通孔、雷管放置槽体的中心线三者均同轴；药型罩的聚能穴方向与切割器外壳的开口方向一致，实现纵向三点位置切割管道。
进一步的，所述切割器外壳选用5mm厚的钢板。
进一步的，所述药型罩选用1.5mm厚度的压制成形的紫铜板。
进一步的，所述电子雷管选用双发数码电子雷管，采用并联连接。
进一步的，所述主装药采用混合炸药。
还包括固定支架，所述固定支架将切割器外壳底部固定在管道上。
还包括防护罩，所述防护罩盖住切割器外壳和雷管放置槽体的外侧。
一种并行管道影响的爆炸切割验证性试验方法，包括以下步骤：
S1防腐材料打磨、点焊切割器，安装固定支架；
S2铺设起爆主线，并做好检测；
S3进行电子雷管注册；
S4安装切割器、防护罩；
S5网路连接；
S6人员撤离、做好警戒；
S7起爆线性聚能切割器；
S8爆后检查；结果测量。
有益效果：本发明采用固体炸药带V型槽的长方体装药结构，此种装药结构具有装药密度大、能量集中均匀、便于安放的特点。
附图说明
图1为本发明的并行管道影响的线性聚能切割器结构示意图；
图2为本发明的并行管道影响的线性聚能切割器截面示意图；
图3为本发明的并行管道影响的线性聚能切割器计算标注示意图；
图4为本发明的并行管道影响的线性聚能切割器安装示意图；
图5为本发明的并行管道影响的爆炸切割验证性试验方法流程图；
图6为本发明的爆破试验中线性聚能切割器纵向三点位置切割管道示意图。
图中，1-切割器外壳，2-药型罩，3 -主装药，4-雷管放置槽体，5-电子雷管，6-通孔，7-固定支架，8-防护罩。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
如图1和图2所示，一种并行管道影响的线性聚能切割器，包括切割器外壳1、药型罩2、主装药3、雷管放置槽体4和电子雷管5；切割器外壳1的横截面为倒置的类V型槽，其底端开口，顶端封闭，且封闭端开有通孔6；药型罩2的横截面为标准的倒置V型板状，其置于切割器外壳1中，且与切割器外壳1封闭端底部不接触；主装药3铺设在切割器外壳1封闭端底部和药型罩2之间形成的容腔，主装药3根据施工需求选择，选用高爆压、威力大的TNT、太安、黑索金混合炸药，为了提高侵彻能力，还必须尽可能地提高装填密度；雷管放置槽体4为上下开口的长方体方框状，位于切割器外壳1封闭端顶部；电子雷管5置于雷管放置槽体4内；药型罩2的聚能穴方向与切割器外壳1上开有的通孔6、雷管放置槽体4的中心线三者均同轴；药型罩2的聚能穴方向与切割器外壳1的开口方向一致，实现纵向三点位置切割管道。需要说明的是，需要保证药型罩两侧的装药量和装药密度均一致。如果两侧装药量不一致，切割光速都不会成型，达不到切割效果。
具体的，如图4所示，并行管道影响的线性聚能切割器底部通过固定支架7固定在管道上，其上方还设有防护罩8。
具体的，选用5mm厚的钢板作为切割器外壳1和防护罩8；选用1.5mm厚度的压制成形的紫铜板作为药型罩2。
具体的，电子雷管5选用双发数码电子雷管，采用并联连接，以提高起爆安全可靠性。
如图3所示，切割器计算数据
D：外壳底部宽度
d：聚能穴宽度 d=0.370D
λ：聚能穴上部炸药高度 λ=0.625D(1-0.25/tanα)
h：聚能穴高度 h=0.47D/tanα
h 1：外壳高度 h 1=0.18D/tanα
H：装药总高度 H=0.625D(1+0.5/tanα)
d 1：药型罩顶部宽 d 1=0.14D；
d0通过计算得出来的，d0=19mm。
具体的，药型罩母线长、罩厚、装药厚度等参数对射流的速度和质量也有一定的影响，它们之间存在一个最合适的匹配关系，可以通过正交实验法优化得到。药型罩厚度为其底部宽度0.05～0.08倍时切割效果最好。根据切缝控制在10mm及药型罩厚度，确定药型罩底部宽度为35mm，装药高度设计为92mm，药型罩母线长度选为25mm。切割器药型罩张开角的范围是60°～101°之间，本次工程应用中取为70°。切割器的最佳炸高一般近似取药型罩底部宽度，切割深度随着炸高的增加而加深，但装药时如果炸高超过最佳炸高，则金属射流会发散，使切割深度明显降低。。
制造时，先将药型罩2放入切割器外壳1内，聚能穴方向与切割器外壳1开口方向一致，在药型罩2与主装药3相接触的一面涂上粘结剂，然后将压制成型的主装药1放在药型罩2上方；最后将电子雷管5安装与连接，完成管道线性聚能切割装置的制造，将制造完成后的线性聚能切割装置固定在待切割的管道上，将电缆两接线头与安全雷管两脚线连接，盖上土层，两公里外起爆，完成切割任务。
一种并行管道影响的爆炸切割验证性试验方法，如图5所示，包括以下步骤：
S1防腐材料打磨、点焊切割器，安装固定支架；
S2铺设起爆主线，并做好检测；
S3进行电子雷管注册；
S4安装切割器、防护罩；
S5网路连接；
S6人员撤离、做好警戒；
S7起爆线性聚能切割器；
S8爆后检查；结果测量。
测试试验：
1. 管道断裂控制试验场：距离哈密市南湖花园乡以南50km的戈壁滩。
2. 爆破施工内容：如图6所示，线性聚能切割器纵向三点位置切割管道。
3. 爆破试验参数：
3.1 爆破对象：OD1219 X80 16.5mm厚的钢管；
3.2线性爆炸切割器参数：
1）切割器材质：2mm厚紫铜；长度：50cm；炸高：2cm；聚能角：70°；
2）主装药选用TNT：黑索金：太安=45：45：10；
3）切割器均为两发雷管起爆，采用中间起爆方式；装药量：476g；
3.3起爆网络的电缆：
1）型号：RVSP2*2.0，采用屏蔽双绞线；
2）2080米电阻：40欧姆；
2.4 起爆距离：2040m。
4. 爆破试验目标：使用线型聚能切割器在直径为OD1219 X80 16.5mm的X80输气管道上纵向三点位置切割一条长500mm宽10mm的裂缝；同时高性能炸药切透一侧钢管后不允许损伤对面的钢管内壁；确保短时间内管道内泄出的高压空气形成物理爆炸。
5. 爆破试验：
5.1 在进行切割前，要在管道内灌输空气，使管道内的压力达到12MPa；切割器要保证能完全侵彻穿透管道壁，在切割透管道壁后，高压空气随即向上空喷射；从而完成此次试验；
5.2 爆破试验工作流程：
为实施可靠安全的起爆，结合类似工程经验，确定采用电子微芯片控制线型聚能切割器的爆炸时间，确保爆破前检测是否存在问题，保证在恶劣条件下使用，实现了全过程只需按一下控制仪上的起爆按钮，安全无误完成起爆。
6. 爆破试验效果：
（1）在现场查看时未发现哑炮、盲炮，说明爆炸器材已全部正常作用；
（2）切缝长度在500mm，两端比较尖锐，切缝宽度在10mm；管道的切割断面平整，断裂方向是沿侧向3点位置方向展开的，满足了试验技术要求；
（3）切割器切透最上侧的钢管后没有损伤对面的钢管内壁；
（4）空气喷射出来后达到一定高度后形成很典型，可视效果很好，达到了预期的目的；
（5）线性爆炸切割器完全切透OD1219mm X80 16.5mm管道钢板，满足切割要求；
（6）距起爆点2000米采用PSVP2*2.0型电缆能可靠起爆。
7. 试验总结：
（1）实验结果表明，当切口质量要求较高时，采用切割厚度略大于待切钢板厚度的切割器，能获得较好的切割效果，但药量不宜过大，否则切口处会发生卷曲或出现缺口；
（2）对同样材质和厚度的钢板进行切割，采用聚能装药可以大大减少药量，而且聚能切割器具有体积小、布设方便、切割迅速等优点；
（3）当切割器装药采用中间起爆时，则切口比较均匀，切割槽深度相近；起爆点设置于切割器上方时，对切割器中爆轰波的传播和药型罩形成金属粒子射流有利，可明显改善切割效果。
Claims (10)
1.一种并行管道影响的线性聚能切割器，其特征在于：包括切割器外壳、药型罩、主装药、雷管放置槽体和电子雷管；切割器外壳底端开口，顶端封闭，且封闭端开有通孔；药型罩置于切割器外壳中，且与切割器外壳封闭端底部不接触；主装药铺设在切割器外壳封闭端底部和药型罩之间形成的容腔，雷管放置槽体为上下开口的长方体方框状，位于切割器外壳封闭端顶部；电子雷置于雷管放置槽体内；药型罩的聚能穴方向与切割器外壳上开有的通孔、雷管放置槽体的中心线三者均同轴；药型罩的聚能穴方向与切割器外壳的开口方向一致，实现纵向三点位置切割管道。
2.如权利要求1所述的并行管道影响的线性聚能切割器，其特征在于：所述药型罩选用1.5mm厚度的压制成形的紫铜板。
3.如权利要求1所述的并行管道影响的线性聚能切割器，其特征在于：所述电子雷管选用双发数码电子雷管，采用并联连接。
4.如权利要求1所述的并行管道影响的线性聚能切割器，其特征在于：所述主装药采用TNT、太安、黑索金混合炸药。
5.如权利要求1所述的并行管道影响的线性聚能切割器，其特征在于：所述药型罩厚度为其底部宽度0.05～0.08倍。
6.如权利要求1所述的并行管道影响的线性聚能切割器，其特征在于：所述药型罩张开角的最佳范围是70°。
7.如权利要求1所述的并行管道影响的线性聚能切割器，其特征在于：还包括固定支架，所述固定支架将切割器外壳底部固定在管道上。
8.如权利要求1所述的并行管道影响的线性聚能切割器，其特征在于：还包括防护罩，所述防护罩盖住切割器外壳和雷管放置槽体的外侧。
9.一种并行管道影响的爆炸切割验证性试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1防腐材料打磨、点焊切割器，安装固定支架；
S2铺设起爆主线，并做好检测；
S3进行电子雷管注册；
S4安装切割器、防护罩；
S5网路连接；
S6人员撤离、做好警戒；
S7起爆线性聚能切割器；
S8爆后检查；结果测量。
10.如权利要求9所述的并行管道影响的爆炸切割验证性试验方法，其特征在于：线性聚能切割器进行纵向三点位置切割管道。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200818 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |