Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория горения и взрыва. Учебник
.pdf
заряду направление разлетающихся продуктов взрыва составляет не-
ω
=×
uD
1
tg2ϕ
kk-
=
который угол φ с перпендикуляром к оси заряда (рис. 11.1).
Рис. 11.1. Схема движения взрывных газов при взрыве
удлиненного заряда ВВ
Можно принять, что
tgωϕu= ,
где
– скорость движения продуктов взрыва за фронтом детонации, направленная по оси заряда; u – скорость разлета продуктов взрыва из поверхностного слоя заряда, направленная перпендикулярно к оси заряда.
Поскольку
1
ω D
k
1
+
,
21k
2
k=-
,
то
,
k =
1
1 2tgϕ
-
.
Таким образом, экспериментальное определение сводится к измерению угла φ, которое может быть произведено различными способами, например взорвать удлиненный заряд ВВ в виде буквы Г на
алюминиевой пластинке. При инициировании взрыва такого заряда
с одного из его концов окажется, что после взрыва на листе металла
помимо заряда отпечатывается линия, идущая внутри угла и отклоняющаяся от биссектрисы этого угла как раз на угол φ (рис. 11.2).
121
Рис. 11.2. Схема движения газов при взрыве заряда ВВ,
4
20
ρρ
4
2
3
4
cD=×
20 2
ρωpD
имеющего форму буквы Г
Л.Ф. Докучаевым были проделаны многочисленные опыты по опи-
санной схеме, которые дали значения k = 2,85…3,0.
Ф.А. Баум и Б.И. Шехтер также провели экспериментальную проверку и установили для гексогена (ρ0 = 1,6 г/см3) k = 3,17; для тротила
(ρ0 = 1,61 г/см3) k = 3,20.
Таким образом, было показано, что для существенно отличных по
своим свойствам ВВ показатель k близок к трем. Поэтому, для общей
характеристики процесса расширения продуктов детонации, а также
для приближенного расчета параметров на фронте детонационной волны в дальнейшем можно пользоваться значением k = 3. Тогда основные
соотношения для детонационной волны примут следующий вид:
2
ρ Dp×
0
= ;
2
1
ω D=×;
2
4
=× ;
3
.
Между давлением, скоростью детонации и скоростью движения продуктов взрыва за фронтом детонационной волны существует
связь, выражаемая уравнением
122
= ×× .
Подсчет по этим формулам дает возможность получить представ-
( )
2
21D kQ= × -×
ление об основных параметрах детонационных волн различных ВВ.
В табл. 11.2 приведены параметры детонационных волн некоторых
ВВ.
Таблица 11.2
Параметры детонационных волн
Взрывчатое
вещество
Тротил
прессованный
Тетрил 1630 7460 1865 2173 22,7
Тэн 1690 8340 2085 2253 29,4
Порэмит 1А 1250 5000 1250 1667 7,8
Аммонит
6ЖВ
Плотность
ВВ ρ0,
кг/м
1600 7000 1750 2133 19,6
900 4800 1200 1200 5,2
3
Скорость
детонации
D, м/с
Скорость
продуктов
детонации
ω2, м/с
Плотность
продуктов
детонации
ρ2, кг/м
3
Давление волны
в плоскости
Чепмена–Жуге
p2, ГПа
Современные методы экспериментальных исследований позволяют опытным путем определить скорость детонации ВВ, скорость
движения продуктов детонации в детонационной волне и длину зоны
химического превращения ВВ.
11.2. Скорость детонации конденсированных
взрывчатых веществ
Важнейшим параметром ВВ является скорость детонации. Скорость детонации служит одной из характеристик, определяющих разрушающее действие ВВ при их практическом применении.
Изучение зависимости скорости детонации от свойств ВВ и условий взрыва позволяет сделать важные выводы о механизме детонации. Точные значения скорости детонации, легко получаемые
опытным путем, используются для вычисления других параметров
взрывчатого превращения.
Для расчета скорости детонации конденсированных ВВ имеет место точно такая же формула, как и для газов
.
Указанная формула применима к конденсированным ВВ, как об
этом предупреждал Я.Б. Зельдович, только при одной предельной
123
плотности ВВ, при которой энергия химического превращения пол-
эт
эт
Q
DD
Q
=
эт
эт
1300
7000 8000
1000
Q
DD
Q
== »
0
ρD AB=+
ностью переходит в упругую энергию сил межмолекулярного взаимодействия, без повышения температуры.
Однако выраженная в указанной формуле зависимость позволяет
приближенно при любой плотности находить скорость детонации ВВ,
теплота взрыва которых известна, по уравнению
,
где D
и Qэт − скорость детонации и теплота взрыва какого-либо ВВ,
эт
скорость детонации которого известна при различной плотности.
Задача 11.1. Найти приближенно скорость детонации гексогена при плотности ρ
= 1,6 г/см3, зная, что теплота взрыва гексогена
0
Q = 1300 ккал/кг.
Решение
1. Воспользуемся известными данными для тротила. Теплота
взрыва тротила Q
3
1,6 г/см
Dэт = 7000 м/с.
= 1000 ккал/кг, скорость детонации при плотности
эт
2. Скорость детонации гексогена
м/с.
Указанным способом можно с удовлетворительной для практики
точностью определить скорость детонации большинства индивидуальных и смесевых ВВ. Однако если в состав ВВ входит алюминий,
то подсчет приводит к явно завышенным результатам. Доказано, что
добавление алюминиевого порошка или пудры, например к тротилу значительно повышает энергию взрыва и в тоже время приводит
к снижению скорости детонации.
Также для определения скорости детонации можно воспользоваться полуэмпирическими методиками расчета.
Большинство исследователей пришли к выводу, что при ρ
≥ 1 г/см3
0
скорость детонации может быть описана линейной зависимостью
вида
где A и B – коэффициенты (табл. 11.3); ρ
124
,
– плотность ВВ, г/см3.
0
Таблица 11.3
( )
* 0*
ρρ
( )
2
21D kQ= × -×
Значения коэффициентов А и в для тротила, гексогена и их смесей
Взрывчатое вещество А В
Тротил 2360 2799
Тротил/гексоген 78/22 (ТГ78) 2702 3193
Тротил/гексоген 65/35 (ТГ65) 2673 3127
Гексоген 2515 3466
М.А. Кук предложил:
DD M= +× - ,
где D
– скорость детонации ВВ при плотности ρ*, м/с; М – коэффи-
*
циент пропорциональности, м·см3/(г·с).
В табл. 11.4 для разных ВВ, имеющих плотности ρ*, представлены значения скорости детонации D* и коэффициента М, позволяющие
определить скорость детонации D для любой плотности более 1 г/см3.
Таблица 11.4
Значения необходимые для установления зависимости D(ρ0) для некоторых ВВ
(по М.А. Куку)
Взрывчатое вещество ρ
Тротил 1,0 5010 3225
Тэн 1,0 5550 3950
Пентолит 50/50 (тэн – тротил) 1,0 5480 3100
Тетрил 1,0 5600 3225
Пикриновая кислота 1,0 5255 3045
Гексоген 1,0 6080 3590
Дина 1,0 5950 2930
Азид свинца 4,0 5100 560
Гремучая ртуть 4,0 5050 890
, г/см
*
3
D*, м/с М, м·см3/(г·с)
Если нет никаких экспериментальных данных о скорости детонации данного ВВ, то для приближенного расчета скорости при интересующей плотности в формулу М.А. Кука можно подставить значение
скорости детонации D
, рассчитанное по формуле
*
при этом в качестве ρ* принять максимальную плотность ВВ (плотность монокристалла), а коэффициент M = 3500 (усредненное значение).
,
125
РАЗДЕЛ 4. ВОЗБУЖДЕНИЕ
ДЕТОНАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
ТЕМА 12. НАЧАЛЬНЫЙ ИМПУЛЬС
И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ
ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
12.1. Способы инициирования зарядов ВВ,
применяемые в военном деле и промышленности
Любые ВВ это достаточно неустойчивые в термодинамическом
смысле системы и для того, чтобы произошел взрыв необходимо оказать на ВВ внешнее воздействие, способное вывести его из равновесия.
Начальным импульсом называется определенное внешнее воздействие, оказываемое на ВВ и приводящее к его взрывчатому превращению (горению, взрыву или детонации).
Возбуждение или инициирование взрыва химического ВВ можно
осуществлять различными способами.
Например, в военном деле схемы инициирования чаще всего основаны на ударном действии: боек ударяет по капсюлю, инициирующее
вещество взрывается и воспламеняет порох в патроне или снаряде
(рис. 12.1).
126
Рис. 12.1. Унитарный патрон стрелкового оружия
(ударное инициирование
Капсюль – это маленькая лепешечка на дне патронной гильзы, наполненная «ударным порохом» – смесью гремучей ртути, пороховой
мякоти и бертоллетовой соли (или селитры). При ударе бойка о нее
происходит взрыв пороха в патроне и выстрел.
В промышленных целях используют огневое (рис. 12.2) и электрическое (рис. 12.3) инициирование зарядов ВВ.
Рис. 12.2. Схема огневого инициирования
Рис. 12.3. Схема электрического инициирования
В любом случае для возбуждения взрыва необходимо оказать то
или иное внешнее воздействие на ВВ, способное вызвать реакцию его
взрывного разложения.
127
12.2. Чувствительность взрывчатых веществ
Известно, что для возбуждения взрыва одних ВВ достаточно слабого воздействия, для других требуются более сильные воздействия.
Например, йодистый азот (I
воздействиям и взрывается от самого легкого к нему прикосновения,
образуя розовато-фиолетовое облако паров йода. Тротил же менее
чувствительное ВВ и для его взрыва требуется детонатор.
Таким образом, различные ВВ обладают разной чувствительностью к внешним воздействиям.
Чувствительностью называется способность ВВ реагировать на
внешние воздействия возникновением в веществе взрывчатого превращения.
Чем меньшее воздействие необходимо для возбуждения в веществе его взрывчатого превращения, тем больше его чувствительность.
Поэтому чувствительность ВВ к внешним воздействиям характеризуют минимальной величиной начального импульса, необходимой для
возбуждения взрывного превращения ВВ.
В процессе производства взрывных работ, при транспортировке
и заряжании ВВ могут подвергаться механическим (толчки, удары,
трение) и тепловым (нагревание, зажигание) воздействиям. Поэтому
в горной промышленности используются ВВ, обладающие низкой
чувствительностью к нагреву, удару, трению и не взрывающиеся от
зажигания. Последнее обстоятельство снижает опасность взрыва при
случайном воспламенении или пожаре.
Низкая чувствительность ВВ не служит препятствием к инициированию взрыва при их применении, так как детонацию заряда вызывают с помощью детонатора. Детонатор может быть введен во ВВ
только намеренно, поэтому отсутствует опасность случайного взрыва, а механические воздействия, которым ВВ подвергается в процессе
перевозки и зарядки, значительно слабее, чем действие детонатора, и
к взрыву не приводят.
Если чувствительность ВВ не должна быть слишком большой изза опасности их производства и применения, то она не должна быть
и слишком малой. В практических условиях возможны изменения
ВВ, сопровождающиеся снижением их чувствительности, например
в случае слеживания или увлажнения. Поэтому необходимо, чтобы
ВВ обладало известным «запасом чувствительности» и взрывалось
бы от стандартного инициатора даже и при этих неблагоприятных изменениях.
128
N) очень чувствителен к механическим
3
Таким образом, иногда возникает необходимость понижать чувствительность – флегматизировать ВВ или повышать чувствительность – сенсибилизировать ВВ. Так, в качестве флегматизатора используются вазелин, парафин, тальк, различные масла и другие
примеси, а роль сенсибилизатора могут выполнять газогенерирующие добавки, полые микросферы, алюминиевая пудра.
12.3. Условия, необходимые для возникновения
взрывчатого превращения
Молекулы всех веществ находятся в постоянном движении или
колебании, тем более интенсивном, чем выше температура. При движении происходит столкновение молекул. В твердых ВВ свободному
движению и столкновению молекул при повышении температуры
предшествует распад связей в кристаллической решетке. Столкновения молекул являются необходимым условием возникновения химического распада или взаимодействия молекул вещества.
Но далеко не все движущиеся молекулы обладают энергией, достаточной для того, чтобы при столкновении произошла химическая
реакция. Как показал шведский ученый Аррениус, химическое взаимодействие молекул возможно при столкновении только активных
молекул, которые обладают запасом энергии, обеспечивающим возможность протекания реакции.
Энергия единичных активных молекул, существующих даже при
низкой температуре, вследствие большого числа столкновений с неактивными молекулами рассеивается и поэтому не может вызвать самораспространяющуюся реакцию в массе ВВ. Для того чтобы реакция
стала возможной, необходимо увеличить число активных молекул.
Повысить число активных молекул проще всего нагреванием вещества до более высокой температуры.
Нагревание вещества, непосредственное или путем механического
воздействия, а также действием взрыва другого заряда вызывает увеличение числа реагирующих молекул в том или ином объеме вещества до такого количества, которое обеспечивает возникновение химической реакции в ВВ и ее самораспространение.
12.4. Основные виды начального импульса
Для возбуждения взрыва можно применять разнообразные воздействия: тепловое, механическое, электрическое, химическое, взрывное,
129
облучение и т.д. Если эти начальные импульсы характеризовать по их
энергии, то оказывается, что между величинами энергии в различных
формах эквивалентности в отношении инициинирования взрыва не
наблюдается. Взрывчатые вещества избирательно чувствительны к
отдельным видам воздействия.
Например:
1. Черный дымный порох имеет более низкую чувствительность
к тепловому воздействию (температура вспышки ≈ 315 °С), чем бездымный порох (≈ 200 °С). Однако лучом огня черный порох воспламеняется гораздо легче, чем бездымный.
2. Азид свинца – Pb(N3)2 – имеет более высокую температуру
вспышки (≈ 330 °С), чем тротил – С7Н5(NO2)3 – (≈ 300 °С), но к трению тротил гораздо менее чувствителен, чем азид свинца.
3. Смесь, содержащая 60 % хлората калия (бертолетова соль) –
KClO3 – и 40 % железистосинеродистого калия – K4[Fe(CN)6] взрывается при падении груза 5 кг с высоты 25 см и имеет температуру
вспышки (≈310 °С). Смесь из 60 % хлората калия и 40 % тиосульфита
натрия – Na2S2O3 – имеет меньшую чувствительность к удару, взрывается при падении груза с высоты 100 см, но более чувствительна
к нагреву – дает вспышку уже при 155 °С.
Это обстоятельство объясняется тем, что способность воспринимать энергию в данной ее форме различна у разных ВВ в зависимости от их физических свойств и условий, в которых производится воздействие.
Так, при нагреве нелетучего и неплавящегося ВВ вся сообщаемая ему тепловая энергия затрачивается на повышение температуры.
Если же подводить тепло к летучему ВВ, то по достижении температуры кипения дальнейший подъем температуры приостанавливается
до тех пор, пока все вещество не превратится в пары.
В случае удара доля механической энергии, поглощаемая веществом, может быть различна в зависимости от свойств ВВ и условий
удара. Например, при ударе по ВВ в жидком состоянии, оно может
просто выдавливаться в стороны без заметного поглощения энергии.
Кроме того, при ударе развитие вызванной им реакции происходит
под давлением, что благоприятствует возникновению горения и взрыва. Этого нет при обычных условиях разогрева. В последнем случае
в свою очередь более благоприятны условия для развития химического самоускорения реакции, так как нагрев более продолжителен, чем
действие удара.
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]