芯數(shù)對延期體延期精度的影響

陳 磊，韓體飛，孟麗娟，2

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芯數(shù)對延期體延期精度的影響

陳 磊1，韓體飛1，孟麗娟1，2

（1.安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽 淮南，232001；2.河北607化工有限公司，河北 邯鄲，056201）

為研究延期體芯數(shù)對延期時間精度的影響，對三芯和五芯延期體的延期時間進(jìn)行了測量，并采用高速攝影儀對它們末端的噴火過程進(jìn)行了拍攝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：五芯鉛芯延期體比三芯鉛芯延期體的延期精度高、藥芯噴火集中、噴火速度快持續(xù)時間短、藥劑燃燒比較充分，燃燒火焰比較明亮以及未燃燒端噴出的未燃燒藥劑比較少，生產(chǎn)較長切長延期體時可采用五芯延期體。

鉛芯延期體；延期精度；高速攝影儀；噴火狀態(tài)

隨著工程爆破技術(shù)的發(fā)展，對工業(yè)延期雷管延期精度要求越來越高，而工業(yè)延期雷管的延期精度又受到延期藥劑、點(diǎn)火方式、延期體的結(jié)構(gòu)以及雷管的加工工藝等諸多因素的影響。為了研究延期體結(jié)構(gòu)對延期精度的影響，馬志鋼[1]等人用高速攝影法對鉛芯延期體的燃燒過程進(jìn)行了拍攝。研究表明：鉛芯內(nèi)的延期藥燃燒存在不穩(wěn)定性，噴火端的延期藥在延期體的長度不超10mm時對延期精度會有一定影響。張滿青[2]等人在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下對比了三芯和五芯延期體的秒量精度、安全性、延期藥消耗等方面，得出了三芯鉛芯延期體代替五芯鉛芯延期體，延期藥消耗量可降低20%，切斷后馬蹄狀對三芯鉛芯延期體藥芯影響較小，從而秒量精度較高，同時三芯鉛延期體毫秒延期電雷管也具有良好的安全度。周海卿[3]等人用導(dǎo)爆索的編織方法將高精度微氣體延期藥制作成索式結(jié)構(gòu)的延期體，得出該種延期體秒量精度比鉛芯結(jié)構(gòu)的好、成本較低，且生產(chǎn)效率高。為了進(jìn)一步拓寬延期體結(jié)構(gòu)對其延期精度影響的研究，本文采用導(dǎo)爆管光電法對三芯和五芯兩種不同芯數(shù)結(jié)構(gòu)的鉛芯延期體的燃速進(jìn)行了測定，并采用高速攝影機(jī)對噴火狀態(tài)進(jìn)行了研究，對比了三芯和五芯延期體的優(yōu)越性。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器和材料

采用某化工有限公司生產(chǎn)的同批延期藥劑拉拔而成三芯和五芯延期體；日本 HIOKI 公司生產(chǎn)的8841型數(shù)字儲存記錄儀；日本PHOTRON公司生產(chǎn)的Fastcam 10K高速攝像機(jī)。

1.2試驗(yàn)樣品制備

將延期體切成長為 12.00～12.50mm，裝入切除底部的雷管殼，末端安裝上光電元件；卡中腰位置距延期體點(diǎn)火端2.00mm，卡腰直徑約為5.50~5.60mm，卡口直徑為5.30mm；采用橡膠卡口塞將導(dǎo)爆管卡在點(diǎn)火端制作成半成品延期雷管。

1.3延期時間的測試及噴火的高速攝影

采用光電法測試延期體的延期時間，測試從導(dǎo)爆管燃燒到卡口塞到延期體噴火之間的時間，每組測試20個樣品。在距離延期體噴火端20cm設(shè)置高速攝像機(jī)的位置，攝像視角與噴火端的橫截面成45°夾角，高速攝像機(jī)的幀數(shù)為10 000幀/s，每種芯數(shù)的延期體做2組平行實(shí)驗(yàn)。

2　結(jié)果與分析

2.1延期時間的測量結(jié)果

光電法測試三芯和五芯鉛芯延期體的燃速結(jié)果見表1。

表1　三芯和五芯鉛芯延期體的燃燒速度Tab.1　The burning rate of three-core and five-core lead delay element

由表1的數(shù)據(jù)對比可知，五芯的延期時間要比三芯的延期時間長，極差小，數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差小，從而可以得出在同一批藥劑加工出來的五芯延期體的延期精度要高于三芯。這主要是因?yàn)槲逍狙悠隗w的藥芯直徑比三芯延期體藥芯直徑小[5-6]，而隨著藥芯直徑的減小，藥劑的燃燒速度變慢，燃速的標(biāo)準(zhǔn)差變小，延期精度變高[6]。

2.2噴火過程的高速攝影

三芯和五芯鉛芯延期體噴火過程的拍攝結(jié)果按每張圖片間隔為0.1ms整理，如圖1~2所示。

圖1　三芯鉛芯延期體的噴火過程Fig.1　The spit fire process of three-core lead delay element

圖2　五芯鉛芯延期體的噴火過程Fig.2　The spit fire process of five-core lead delay element

對圖1中1#和2#三芯延期體的拍攝結(jié)果進(jìn)行分析：（1）三芯延期體的3個藥芯不是一次性噴火，而是有明顯的先后次序；（2）未燃燒的藥粉從第1個藥芯噴出到最后1個藥芯的燃燒藥劑全部噴出的過程所持續(xù)的時間分別是6.6ms和3.6ms；（3）從拍攝圖片的前兩張可以得出文獻(xiàn)[1]所提到的現(xiàn)象，既在延期體的噴火端會有部分未被燃燒的藥劑噴出，并對其延期精度產(chǎn)生一定的影響；（4）根據(jù)其噴出的火焰夾大量的黑煙可以判斷出藥劑的燃燒是不完全燃燒；（5）以延期體的外徑為6.2mm為參照并結(jié)合照片的幀數(shù)，可以粗略地計(jì)算 1#和 2#三芯延期體的噴火速度均為27cm/s左右。

對圖2中1#和2#五芯延期體的拍攝結(jié)果進(jìn)行分析：（1）五芯延期體的5個藥芯雖然同樣不是一次性完成噴火，沒有特別明顯先后次序，但噴火的過程相對比較集中。（2）五芯鉛芯延期體未燃燒的藥粉從第1個藥芯噴出到最后1個藥芯的燃燒藥劑全部噴出所持續(xù)的時間分別是2.2ms和1.7ms;（3）從拍攝的前兩張的圖片同樣可以得出文獻(xiàn)[1]所提到的現(xiàn)象，在延期體的噴火端會有部分未被燃燒的藥劑噴出并對其延期精度產(chǎn)生一定的影響；（4）其燃燒噴火過程的火焰比較明亮，幾乎觀察不到整個過程中有黑色煙霧產(chǎn)生，這說明藥劑燃燒得比較充分；（5）以延期體的外徑為 6.2mm為參照并結(jié)合照片的幀數(shù)，可以粗略地計(jì)算1#和2#五芯延期體的噴火速度均為54cm/s左右。

對比圖1和圖2 的分析結(jié)果可以得出：（1）五芯鉛芯延期體和三芯鉛芯延期體藥芯雖然都有先后次序，但五芯鉛芯延期體藥芯噴火的過程相對比較集中；（2）五芯延期體噴火速度是三芯延期體噴火速度的2倍左右，噴火持續(xù)的時間只有三芯延期體的1/2左右；（3）雖然三芯和五芯鉛芯延期體的噴火端都有未燃燒的藥劑噴出，但可以明顯地觀察到三芯的噴出的較多，這主要是由于三芯拉拔的直徑比五芯大，導(dǎo)致拉拔的密度小，既拉拔對藥劑產(chǎn)生的壓力?。淮送馑巹┦枪柘滴怏w延期藥，其燃燒的主反應(yīng)是氧化劑分解產(chǎn)生大量的氣體，氣體在燃燒加熱的作用下會膨脹傳播形成脈動燃燒，因此在局部空間內(nèi)的氣體含量隨著燃燒反應(yīng)長度的增加而積累，在高溫下形成高壓。當(dāng)藥柱所剩藥劑的封堵壓力低于氣體產(chǎn)生壓力時，氣體就會挾帶著未燃燒的藥劑一同噴出[7-9]。這個分析結(jié)果同樣可以解釋文獻(xiàn)[10]中通過實(shí)驗(yàn)得出延期體的切長不易過長，切長過長燃燒線性關(guān)系將不明顯、極差變大以及精度下降的現(xiàn)象，既因?yàn)榍虚L過長，延期藥燃燒過程中在燃燒層產(chǎn)生的氣體量會更多，在拉拔次數(shù)較少以致藥芯內(nèi)藥劑的壓力較小的情況下，就會有更多的藥劑隨著氣體噴出的現(xiàn)象；（4）五芯延期體燃燒產(chǎn)生的火焰比三芯延期體的更加明亮，主要原因：一是五芯拉拔的次數(shù)更多，拉拔的密度更加密實(shí)；二是五芯延期體火焰亮度是2個藥芯甚至3個藥芯疊加產(chǎn)生的結(jié)果。

3　結(jié)論

（1）對比相同批次延期藥拉拔成的三芯和五芯鉛芯延期體，可得：五芯鉛芯延期體的燃燒速度小于三芯鉛芯延期體，但延期精度要好于三芯鉛芯延期體。（2）三芯延期體的3個藥芯噴火有明顯的先后次序，而五芯延期體的5個噴火藥芯雖然也有先后次序，但噴火過程比較集中，噴出的火焰比較明亮。（3）五芯鉛芯延期體的噴火速度是三芯鉛芯延期噴火速度的2倍左右，噴火持續(xù)的時間是三芯鉛芯延期體1/2左右。（4）五芯延期體噴出的未燃燒的藥劑明顯少于三芯延期體，因此在生產(chǎn)較長切長延期體時建議采用五芯延期體。

[1] 馬志鋼,王瑾,葛雷,等.高速攝影法研究鉛芯延期體的燃燒特性[J].火工品, 2006(6):39-41.

[2] 張滿青,劉嵩,曹長太,等. 三芯鉛延期體在毫秒雷管生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[J]. 爆破器材,2004(6):31-32.

[3] 周海卿,郭敬木,沈雪紅.導(dǎo)爆管雷管延期體結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J].火工品, 2003(3):17-18.

[4] 安徽理工大學(xué).一種測試?yán)坠苎悠隗w延時的新方法:CN 201410710154.X[P].2015-04-08.

[5] 仝俊.對五芯鉛延期體在制備和導(dǎo)爆管毫秒雷管裝配成品過程中影響秒量因素的探討[J].爆破器材,1989(3):17-21.

[6] 肖殿臣,殷鶴華,王慶堯.改延期體單芯湯三芯,提高高段延期雷管的秒量精度[J].煤礦爆破,1998(1):33-33.

[7] 路秀偉.煤礦許用毫秒延期電雷管延期精度的實(shí)驗(yàn)研究[D].遼寧:遼寧工程技術(shù)大學(xué),2009.

[8] 勞允亮,盛滌倫,編著.火工藥劑學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2001.

[9] 馬勇,馬志鋼,石玉硝,等.環(huán)境壓力對鉛芯延期時間的影響[J].爆破,2013(9):120-124.

[10] 劉媛媛,馬志鋼,馬勇,等.延期藥脈動燃燒機(jī)理的研究[J].爆破,2014(9):132-135.

Influence of Number of Cores on Accuracy of Delay Element

CHEN Lei1，HAN Ti-fei1，MENG Li-juan1,2
（1.School of Chemical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan, 232001；2. Hebei 607Chemical Co. Ltd., Handan, 056201）

Aimed at the effect of cores number on the delay accuracy of delay element, the delay time of three-core and five-core lead delay elements was tested, and the spit fire process of delay element ends was photographed by high-speed camera. It showed that five-core lead delay element is comparatively of higher accuracy, more concentrated fire and full combustion of powder, shorter spurting process, brighter flames and less unburned powder from ends than those of three-core lead delay element. It is suggestion that five-core lead delay element could be adopted for less longer delay element production.

Lead-core delay element；Delay accuracy；High-speed camera；Fire state

TJ45+5

A

1003-1480（2015）06-0014-03

2015-05-27

陳磊（1989 -），男，在讀碩士研究生，主要從事火工煙火專業(yè)方向的研究。