«Химические технологии энергонасыщенных материалов и изделий» (стр. 14 из 31)
Представление, например, о степени снижения пробития преграды кумулятивным зарядом при электродинамическом воздействии различной интенсивности дает рисунок 3.18, где приведены кривые изменения разрядного тока, протекающего через кумулятивную струю, полученные в экспериментах с зарядом диаметром 50 мм при его действии на стальную (рисунок 3.18 а) и алюминиевую (рисунок 3.18 б) преграды (при размещении одного из электродов непосредственно на преграде).
 |  |
| а) – при действии на стальную преграду, б) – при действии на алюминиевую преграду; цифры над кривыми – глубина пробития преграды Рисунок 3.18 - Эффект пробития кумулятивного заряда диаметром 50 мм при пропускании по струе токовых импульсов различной формы | |
Для каждой кривой указана глубина пробития преграды, соответствующая данному режиму электродинамического воздействия. В отсутствие воздействия глубина пробития стальной преграды составляет 210 мм, а алюминиевой преграды – 365 мм.
Наиболее вероятные физические причины снижения глубины пробития преграды кумулятивной струей при электродинамическом воздействии – это развитие магнитогидродинамической (МГД) неустойчивости перетяжечного типа и объёмное разрушение материала струи. Оба этих механизма обусловлены действующими на струю при протекании по ней тока пондеромоторными нагрузками, эквивалентными приложенному к поверхности струи магнитному давлению
,где
0=4p×10-7 Гн/м – магнитная постоянная;I – сила тока, протекающего по кумулятивной струе, А;
r - радиус шейки кумулятивной струи, мм.
Объёмное разрушение кумулятивной струи проявляется в виде радиального рассеивания материала струи при ее выходе из межэлектродного промежутка. Это влечет за собой последующее уменьшение средней плотности материала элементов струи и, как следствие, снижение ее пробивной способности.
Таким образом, учеными [20] экспериментально и теоретически показана возможность электромагнитного управления кумулятивным эффектом взрыва. Снижение пробития достигается пропусканием мощного импульсного электрического воздействия по кумулятивной струе, созданием аксиального магнитного поля в кумулятивной облицовке непосредственно перед подрывом заряда, а также созданием поперечного магнитного поля в материале проводящей преграды. На повышение пробивной способности струи за счет увеличения ее предельного удлинения ориентированы варианты воздействия на нее продольного низкочастотного и высокочастотного магнитных полей, а также «мягкое» токовое воздействие.
4 Критерии безопасности ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
В технической литературе и научных публикациях к взрывчатым характеристикам ВВ относят чувствительность веществ к различным внешним воздействиям (механическим, тепловым), приводящим, как правило, к их воспламенению. С точки зрения механизма физико-химических процессов, протекающих в них, такая трактовка отражает действительную сущность протекающих реакций в веществах. Однако с точки зрения безопасности процессов при эксплуатации ВВ, в частности, при перевозке, хранении и снаряжении, правильнее будет характеризовать чувствительность к внешним воздействиям как критерий безопасности, что отражает действительную сущность перерабатываемых веществ на стадии эксплуатации. Поэтому такая трактовка более приемлема и понятна для обслуживающего персонала в условиях эксплуатации, где чаще возникают аварийные ситуации непрогнозируемых воздействий на ВВ.
Взрывчатые вещества при обычных условиях обладают определенной степенью устойчивости. Это позволяет сравнительно легко получать ВВ в промышленных масштабах, подвергая их при этом целому ряду как химических, так и физических воздействий. Однако подобная устойчивость ВВ к внешним воздействиям имеет определенную границу. Независимо от того, проявляется ли внешнее воздействие в виде нагревания, удара, трения или иного вида энергии, при переходе определенного предела воздействия во взрывчатом веществе возникает экзотермический процесс распада, который, начавшись хотя бы в одной точке ВВ, распространяется в дальнейшем по всей массе ВВ в виде вспышки, горения или детонации.
Чувствительность ВВ к внешним воздействиям определяется тем минимальным внешним воздействием, которое вызывает в системе ВВ процесс взрывного превращения. Такой минимальный порог инициирования (внешнего воздействия) ВВ и будет являться критерием безопасности вещества по отношению к тому или иному виду воздействия с учётом коэффициента безопасности.
Чувствительность ВВ к таким видам воздействий, как нагрев, удар, трение, достаточно изучены и определяются стандартными методами [5, 7], в то время как информация по чувствительности к электрической искре, вибрации и совместным воздействиям на ВВ крайне ограничена.
Критерии безопасности ВВ, являющиеся основными критериями при оценке эксплуатационной безопасности объектов:
· чувствительность к тепловому импульсу;
· чувствительность к удару;
· чувствительность к трению;
· чувствительность к электростатическому разряду;
· чувствительность к совместным воздействиям.
4.1 Чувствительность ВВ к тепловому импульсу
Обычно тепловые воздействия подразделяются на гомогенный – равномерный подогрев всей массы ВВ до некоторой критической температуры с развитием процесса разложения ВВ по законам теплового взрыва - и локальный нагрев в виде поджигания со значительным градиентом температуры. Соответственно определяют чувствительность ВВ к прогреву и к поджиганию (воспламеняемость).
Определение температуры вспышки
Мерой чувствительности ВВ к нагреву обычно служит температура их вспышки, устанавливаемая при определенных условиях опыта. Если поместить навеску ВВ в объём с достаточно высокой постоянной или медленно возрастающей температурой, то через некоторое время вещество прогревается до температуры окружающей среды и может произойти вспышка. Механизм вспышки в этих условиях соответствует механизму теплового взрыва и определяется соотношением теп-
лоприхода в результате экзотермических реакций в нагретом веществе и теплоотвода в окружающую среду.
Температура вспышки ВВ зависит от количества испытываемого ВВ, скорости нагрева и других условий опыта, определяющих условия теплоприхода и теплоотвода.
Наиболее распространены два варианта определения температуры вспышки.
1. Определенное количество ВВ (обычно 0,05 г) в пробирке помещают в металлическую баню, заполненную легкоплавким сплавом Вуда (сплав: Bi (50 %), Pb (25 %), Sn (12,5 %) и Cd (12,5 %), имеющий температуру плавления tпл ~ 68 0С] и предварительно нагретую до 100 оС. Дальнейший нагрев производится со скоростью 20 оС в минуту. Отмечают температуру сплава в момент вспышки и характер вспышки ВВ.
2. Второй метод заключается в установлении зависимости изменения периода индукции t или задержки вспышки от температуры. По этому методу температуру сплава поддерживают постоянной и в предварительно вставленную нагревшуюся пробирку вводят навеску ВВ, замеряя время с момента помещения ВВ в пробирку до его вспышки. Этот метод позволяет полнее характеризовать отношение ВВ к тепловому воздействию, в частности, найти такие кинетические параметры, как энергия активации E и предэкспоненциальный множитель B, характеризующие тепловую стабильность ВВ исходя из выражения
, (4.1)где R – универсальная газовая постоянная, равна 8,314 Дж/(Кмоль);
T – температура вспышки, ºС.
В таблице 4.1 приведены известные значения температуры вспышки при нагревании для некоторых ВВ. Зависимость температуры вспышки ВВ от массы заряда объясняется тем, что теплоприход пропорционален объёму ВВ, а теплоотвод – его поверхности. С увеличением массы ВВ температура вспышки снижается. С увеличением скорости нагрева ВВ температура вспышки возрастает. При слишком медленном нагреве бóльшая часть ВВ успевает разложиться при низких температурах без вспышки. При быстром достижении температуры, превышающей температуру кипения ВВ, оно превращается в пар, вспышка вследствие меньшей плотности и меньшего самоускорения распада возникает труднее.
Таблица 4.1 – Значения температуры вспышки при нагревании
для некоторых ВВ