芯数对延期体延期精度的影响

陈 磊，韩体飞，孟丽娟，2



芯数对延期体延期精度的影响

陈 磊1，韩体飞1，孟丽娟1，2

（1.安徽理工大学化学工程学院，安徽 淮南，232001；2.河北607化工有限公司，河北 邯郸，056201）

为研究延期体芯数对延期时间精度的影响，对三芯和五芯延期体的延期时间进行了测量，并采用高速摄影仪对它们末端的喷火过程进行了拍摄。实验结果表明：五芯铅芯延期体比三芯铅芯延期体的延期精度高、药芯喷火集中、喷火速度快持续时间短、药剂燃烧比较充分，燃烧火焰比较明亮以及未燃烧端喷出的未燃烧药剂比较少，生产较长切长延期体时可采用五芯延期体。

铅芯延期体；延期精度；高速摄影仪；喷火状态

随着工程爆破技术的发展，对工业延期雷管延期精度要求越来越高，而工业延期雷管的延期精度又受到延期药剂、点火方式、延期体的结构以及雷管的加工工艺等诸多因素的影响。为了研究延期体结构对延期精度的影响，马志钢[1]等人用高速摄影法对铅芯延期体的燃烧过程进行了拍摄。研究表明：铅芯内的延期药燃烧存在不稳定性，喷火端的延期药在延期体的长度不超10mm时对延期精度会有一定影响。张满青[2]等人在同样的实验条件下对比了三芯和五芯延期体的秒量精度、安全性、延期药消耗等方面，得出了三芯铅芯延期体代替五芯铅芯延期体，延期药消耗量可降低20%，切断后马蹄状对三芯铅芯延期体药芯影响较小，从而秒量精度较高，同时三芯铅延期体毫秒延期电雷管也具有良好的安全度。周海卿[3]等人用导爆索的编织方法将高精度微气体延期药制作成索式结构的延期体，得出该种延期体秒量精度比铅芯结构的好、成本较低，且生产效率高。为了进一步拓宽延期体结构对其延期精度影响的研究，本文采用导爆管光电法对三芯和五芯两种不同芯数结构的铅芯延期体的燃速进行了测定，并采用高速摄影机对喷火状态进行了研究，对比了三芯和五芯延期体的优越性。

1　实验部分

1.1仪器和材料

采用某化工有限公司生产的同批延期药剂拉拔而成三芯和五芯延期体；日本 HIOKI 公司生产的8841型数字储存记录仪；日本PHOTRON公司生产的Fastcam 10K高速摄像机。

1.2试验样品制备

将延期体切成长为 12.00～12.50mm，装入切除底部的雷管壳，末端安装上光电元件；卡中腰位置距延期体点火端2.00mm，卡腰直径约为5.50~5.60mm，卡口直径为5.30mm；采用橡胶卡口塞将导爆管卡在点火端制作成半成品延期雷管。

1.3延期时间的测试及喷火的高速摄影

采用光电法测试延期体的延期时间，测试从导爆管燃烧到卡口塞到延期体喷火之间的时间，每组测试20个样品。在距离延期体喷火端20cm设置高速摄像机的位置，摄像视角与喷火端的横截面成45°夹角，高速摄像机的帧数为10 000帧/s，每种芯数的延期体做2组平行实验。

2　结果与分析

2.1延期时间的测量结果

光电法测试三芯和五芯铅芯延期体的燃速结果见表1。

表1　三芯和五芯铅芯延期体的燃烧速度Tab.1　The burning rate of three-core and five-core lead delay element

由表1的数据对比可知，五芯的延期时间要比三芯的延期时间长，极差小，数据的标准差小，从而可以得出在同一批药剂加工出来的五芯延期体的延期精度要高于三芯。这主要是因为五芯延期体的药芯直径比三芯延期体药芯直径小[5-6]，而随着药芯直径的减小，药剂的燃烧速度变慢，燃速的标准差变小，延期精度变高[6]。

2.2喷火过程的高速摄影

三芯和五芯铅芯延期体喷火过程的拍摄结果按每张图片间隔为0.1ms整理，如图1~2所示。

图1　三芯铅芯延期体的喷火过程Fig.1　The spit fire process of three-core lead delay element

图2　五芯铅芯延期体的喷火过程Fig.2　The spit fire process of five-core lead delay element

对图1中1#和2#三芯延期体的拍摄结果进行分析：（1）三芯延期体的3个药芯不是一次性喷火，而是有明显的先后次序；（2）未燃烧的药粉从第1个药芯喷出到最后1个药芯的燃烧药剂全部喷出的过程所持续的时间分别是6.6ms和3.6ms；（3）从拍摄图片的前两张可以得出文献[1]所提到的现象，既在延期体的喷火端会有部分未被燃烧的药剂喷出，并对其延期精度产生一定的影响；（4）根据其喷出的火焰夹大量的黑烟可以判断出药剂的燃烧是不完全燃烧；（5）以延期体的外径为6.2mm为参照并结合照片的帧数，可以粗略地计算 1#和 2#三芯延期体的喷火速度均为27cm/s左右。

对图2中1#和2#五芯延期体的拍摄结果进行分析：（1）五芯延期体的5个药芯虽然同样不是一次性完成喷火，没有特别明显先后次序，但喷火的过程相对比较集中。（2）五芯铅芯延期体未燃烧的药粉从第1个药芯喷出到最后1个药芯的燃烧药剂全部喷出所持续的时间分别是2.2ms和1.7ms;（3）从拍摄的前两张的图片同样可以得出文献[1]所提到的现象，在延期体的喷火端会有部分未被燃烧的药剂喷出并对其延期精度产生一定的影响；（4）其燃烧喷火过程的火焰比较明亮，几乎观察不到整个过程中有黑色烟雾产生，这说明药剂燃烧得比较充分；（5）以延期体的外径为 6.2mm为参照并结合照片的帧数，可以粗略地计算1#和2#五芯延期体的喷火速度均为54cm/s左右。

对比图1和图2 的分析结果可以得出：（1）五芯铅芯延期体和三芯铅芯延期体药芯虽然都有先后次序，但五芯铅芯延期体药芯喷火的过程相对比较集中；（2）五芯延期体喷火速度是三芯延期体喷火速度的2倍左右，喷火持续的时间只有三芯延期体的1/2左右；（3）虽然三芯和五芯铅芯延期体的喷火端都有未燃烧的药剂喷出，但可以明显地观察到三芯的喷出的较多，这主要是由于三芯拉拔的直径比五芯大，导致拉拔的密度小，既拉拔对药剂产生的压力小；此外药剂是硅系微气体延期药，其燃烧的主反应是氧化剂分解产生大量的气体，气体在燃烧加热的作用下会膨胀传播形成脉动燃烧，因此在局部空间内的气体含量随着燃烧反应长度的增加而积累，在高温下形成高压。当药柱所剩药剂的封堵压力低于气体产生压力时，气体就会挟带着未燃烧的药剂一同喷出[7-9]。这个分析结果同样可以解释文献[10]中通过实验得出延期体的切长不易过长，切长过长燃烧线性关系将不明显、极差变大以及精度下降的现象，既因为切长过长，延期药燃烧过程中在燃烧层产生的气体量会更多，在拉拔次数较少以致药芯内药剂的压力较小的情况下，就会有更多的药剂随着气体喷出的现象；（4）五芯延期体燃烧产生的火焰比三芯延期体的更加明亮，主要原因：一是五芯拉拔的次数更多，拉拔的密度更加密实；二是五芯延期体火焰亮度是2个药芯甚至3个药芯叠加产生的结果。

3　结论

（1）对比相同批次延期药拉拔成的三芯和五芯铅芯延期体，可得：五芯铅芯延期体的燃烧速度小于三芯铅芯延期体，但延期精度要好于三芯铅芯延期体。（2）三芯延期体的3个药芯喷火有明显的先后次序，而五芯延期体的5个喷火药芯虽然也有先后次序，但喷火过程比较集中，喷出的火焰比较明亮。（3）五芯铅芯延期体的喷火速度是三芯铅芯延期喷火速度的2倍左右，喷火持续的时间是三芯铅芯延期体1/2左右。（4）五芯延期体喷出的未燃烧的药剂明显少于三芯延期体，因此在生产较长切长延期体时建议采用五芯延期体。

[1] 马志钢,王瑾,葛雷,等.高速摄影法研究铅芯延期体的燃烧特性[J].火工品, 2006(6):39-41.

[2] 张满青,刘嵩,曹长太,等. 三芯铅延期体在毫秒雷管生产中的应用研究[J]. 爆破器材,2004(6):31-32.

[3] 周海卿,郭敬木,沈雪红.导爆管雷管延期体结构改进[J].火工品, 2003(3):17-18.

[4] 安徽理工大学.一种测试雷管延期体延时的新方法:CN 201410710154.X[P].2015-04-08.

[5] 仝俊.对五芯铅延期体在制备和导爆管毫秒雷管装配成品过程中影响秒量因素的探讨[J].爆破器材,1989(3):17-21.

[6] 肖殿臣,殷鹤华,王庆尧.改延期体单芯汤三芯,提高高段延期雷管的秒量精度[J].煤矿爆破,1998(1):33-33.

[7] 路秀伟.煤矿许用毫秒延期电雷管延期精度的实验研究[D].辽宁:辽宁工程技术大学,2009.

[8] 劳允亮,盛涤伦,编著.火工药剂学[M].北京:北京理工大学出版社,2001.

[9] 马勇,马志钢,石玉硝,等.环境压力对铅芯延期时间的影响[J].爆破,2013(9):120-124.

[10] 刘媛媛,马志钢,马勇,等.延期药脉动燃烧机理的研究[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

陈磊（1989 -），男，在读硕士研究生，主要从事火工烟火专业方向的研究。