低当量有毒爆炸物气囊回收式防爆结构的制作方法

1.本发明属于一种防爆结构，具体涉及一种低当量有毒爆炸物气囊回收式防爆结构。


背景技术：

2.炸药在一定的外界作用下能够进行高速的化学反应，放出热量并产生大量的气体产物。如一个炸药包用雷管引爆后，人们所看到的是炸药包立即变成一团火光，放出大量的热量，同时形成烟雾并产生巨大的响声。炸药爆炸具有如下三个特征，即反应的放热性、过程的高速度和反应过程中生成大量的气体产物。炸药爆炸时之所以能够膨胀做功并对周围介质造成破坏，其根本原因之一在于炸药爆炸时，能在极短的时间内生成大量气体产物，其密度要比正常条件下气体的密度大几百倍至几千倍，也就是说正常情况下同体积的气体被强烈地压缩在炸药爆炸前所占据的体积内，从而造成109～10
10
pa以上的高压。
3.炸药的爆炸反应过程，实质上就是炸药内部的可燃元素和氧元素高速反应的过程。可燃元素与氧元素的比例对爆炸反应和炸药的热化学参数都有显著的影响。由于炸药爆炸时化学反应不完全，会产生大量有毒气体产物。产生的有毒气体主要包括co和no
x
(如no、no2、n2o3等)，有时候还有少量的so2、hs、 h2s、hcl、cl2等其他有毒气体。大量有毒气体散布于空气中，不仅污染环境，而且对人员的生命安全造成巨大危害。
4.目前在火工品运输和临时保管时，重点考虑防爆结构对爆炸冲击波的防护作用，很少考虑炸药产生的有毒气体对人员和环境的危害。在运输或临时保管有毒爆炸物，特别是剧毒爆炸物时，尽管能够防爆爆炸对人员和设备的物理安全，但是产生的大量化学有毒气体产物仍然对人员的生命健康和环境构成巨大威胁。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是针对目前防爆结构无法回收爆炸物产生的有毒气体产物的问题，提供一种低当量有毒爆炸物气囊回收式防爆结构，阻止有毒气体对环境的污染，保护人员生命健康安全。
6.本发明的技术方案是：
7.本发明低当量有毒爆炸物气囊回收式防爆结构中部为圆柱、两端为长方体。本发明由缓冲层、筒形气囊、固定机构组成，缓冲层和筒形气囊由内向外同轴嵌套，缓冲层和筒形气囊夹在固定机构的两个端面(即上端面和下端面)之间。缓冲层的上端卡在固定机构的上端面的第一卡槽内，缓冲层的下端卡在固定机构的下端面的第二卡槽内。固定机构的上端面和下端面通过4个螺杆套件连接。
8.缓冲层由内缓冲管、外缓冲管、2个泡沫缓冲块、泡沫夹层组成。内缓冲管同轴嵌套在外缓冲管中，泡沫夹层位于内缓冲管和外缓冲管之间的夹层内，两个泡沫缓冲块同轴嵌套于内缓冲管两端，与内缓冲管两个端面的间距均为t， 0.05h0<t<0.2h0，两个泡沫缓冲块轴向之间的距离为q，满足0.3h0<q<0.7h0。内缓冲管、外缓冲管夹在上端面上的第一卡槽和
下端面上的第二卡槽之间。
9.内缓冲管为圆筒，内直径为d0，d0与爆炸物尺寸和威力有关，0.01m<d0<1.0m，外直径为d0，满足1.2d0<d0<1.8d0，高度为h0，满足2d0<h0<10d0。内缓冲管的侧壁开设多圈沿环向均匀分布的内阵列泄气孔，每圈有2n个内阵列泄气孔，n 为正整数，优选n＝2、3、4或5。上下相邻两个内阵列泄气孔间距为l1，满足 0.05h0<l1<0.5h0。内阵列泄气孔为圆形通孔，直径φ1满足0.05h0<φ1<0.25h0。内缓冲管材料为金属，密度大于7g/cm3，屈服强度大于400mpa。
10.外缓冲管为圆筒状，内直径为d1，满足1.2d0<d1<2d0，外直径为d1，满足1.2d1<d1<1.8d1，高度等于h0。外缓冲管的侧壁开设多圈沿环向均匀分布的外阵列泄气孔，每圈有2n个外阵列泄气孔。上下相邻两个外阵列泄气孔间距为l2，满足l2＝l1。外阵列泄气孔为圆形通孔，直径φ2满足φ1<φ2<0.25h0。外缓冲管材料为金属，密度大于7g/cm3，屈服强度大于400mpa。内缓冲管和外缓冲管同轴装配，且内阵列泄气孔和外阵列泄气孔沿环向的夹角为s，s＝180
°
/(2n)。
11.2块泡沫缓冲块分别位于内缓冲管两端，与内缓冲管两个端面的间距等于t。泡沫缓冲块为圆柱状，直径等于d0，高度为p，满足p＝(h0‑
q
‑
2t)/2。泡沫缓冲块材料为金属泡沫(包括金属开孔泡沫和金属闭孔泡沫)，密度在0.3g/cm3到 0.6g/cm3之间，屈服应力不小于20mpa。
12.泡沫夹层呈圆筒状，内直径等于d0，外直径等于d1，高度为h2，h2＝(h0‑
2t)。泡沫夹层材料为金属开孔泡沫，密度在0.3g/cm3到0.6g/cm3之间，屈服应力不小于20mpa。
13.内缓冲管、外缓冲管和泡沫夹层形成了夹心结构缓冲层，当爆炸物在内缓冲管中(位于两个泡沫缓冲块之间的空间)爆炸时，内部爆炸冲击波和爆轰产物作用下整体向外膨胀，由于内阵列泄气孔和外阵列泄气孔之间保持了夹角s，气体向外排出过程存在拐角效应，爆轰产物气体速度迅速降低。
14.筒形气囊为薄壁圆筒，壁厚在0.5mm到5mm之间，内直径为d2，满足 1.5d1<d2<4d1，高度为h1，满足1.2h0<h1<1.6h0。筒形气囊材料为纺织物编织结构和橡胶类涂层组成的功能结构材料，密度在1.1g/cm3到1.8g/cm3之间，拉伸强度不小于1000mpa，失效应变大于2.0，筒形气囊体积能够膨胀十几倍甚至几十倍，并且承载高压爆轰产物气体。筒形气囊的上端夹在固定机构的上端盖和上夹具套件中间且紧装配压紧，筒形气囊的下端夹在固定机构的下端盖和下夹具套件中间且紧装配压紧。当爆炸物产生的大量爆轰产物从缓冲层的外阵列泄气孔排出后，筒形气囊受压膨胀数倍到数十倍，收集大量有毒气体爆轰产物，阻止有毒气体对环境的污染，保护人员生命健康安全。
15.固定机构由2个端盖(即上端盖、下端盖)、2个夹具套件(即上夹具套件、下夹具套件)、4个螺杆组件组成。上端盖、下端盖的形状、结构完全相同，沿缓冲层轴向对称安装在缓冲层和筒形气囊两端；上夹具套件、下夹具套件的形状、结构完全相同。上端盖嵌于上夹具套件中心、下端盖嵌于下夹具套件中心，上端盖、下端盖通过4个螺杆组件连接，作用是将上端盖、下端盖和缓冲层固定在一起。上端盖为圆饼状，直径等于d2，厚度为h3，满足0.1h1<h3<0.3h1。上端盖铣出第一内卡槽和第一外卡槽，第一内卡槽和第一外卡槽为两个同心的环状槽，深度等于t。靠近上端盖轴心的第一内卡槽的内直径等于d0，外直径等于 d0。远离上端盖轴心的第一外卡槽内直径等于d1，外直径等于d1。上端盖的圆周方向均匀分布4个固定孔，4个固定孔中心轴所在的圆周直径为f，其中 1.1d1<f<0.95d2。固定孔为上端盖厚度方向的通
孔，4个螺杆组件穿过上端盖的 4个固定孔、下端盖上的4个固定孔，将上端盖和下端盖整体连接在一起，固定孔直径为φ3，满足0.1d2<φ3<0.3d2。上端盖材料为金属，密度大于2g/cm3，屈服强度大于100mpa。上端盖、下端盖的作用是固定缓冲层1，同时阻止爆轰产物气体沿缓冲层1两端泄漏出去。
16.上夹具套件由2个夹具组件和2个螺钉组件组成。夹具组件由月牙扣和夹具耳组成，两个夹具耳焊接在月牙扣两端。月牙扣呈月牙形，通过将长方饼一侧切除半圆形通孔加工而成，长方饼厚度等于h3，长方饼长为d3，满足 1.1d2<d3<1.3d2，宽度为d4，d4＝d3/2，切除的半圆形通孔直径等于d2。夹具耳为中间挖有通孔的长方体，宽等于h3，长为k1，满足1.5h3<k1<3h3，厚度为k2，满足0.3h3<k2<0.5h3，中间通孔直径为φ4，满足0.4h3<φ4<0.8h3。夹具组件材料为金属，密度大于7g/cm3，屈服强度大于400mpa。螺钉组件为标准配件，螺钉直径与夹具耳上的通孔内径相同。螺钉组件材料为金属，密度大于7g/cm3，屈服强度大于400mpa。2个夹具组件的半圆形通孔的一侧通过2个螺钉组件固定在一起组成上夹具套件，2个半圆形通孔组成一个圆形通孔，正好将端盖嵌入，筒形气囊被夹紧在上端盖和上夹具套件之间的缝隙中。上端盖和上夹具套件将筒形气囊上端固定，下端盖和下夹具套件将筒形气囊下端固定。筒形气囊与上端盖和下端盖形成一个密闭空间(其内包裹缓冲层)，确保爆轰产物气体从缓冲层的外阵列泄气孔排出时保存在筒形气囊内部。
17.螺杆组件由一个长螺杆和一个配套螺母组成。长螺杆为细长的圆柱形，直径等于φ3，长度为h4，满足1.2h1<h4<1.5h1，两端加工有螺纹，螺纹长度不小于 h4/4。长螺杆材料为金属，密度大于7g/cm3，屈服强度大于400mpa。配套螺母为标准螺母，能够与长螺杆匹配安装。配套螺母材料为金属，密度大于7g/cm3，屈服强度大于400mpa。4个螺杆组件连接上端盖和下端盖，将上端盖和下端盖之间的缓冲层整体固定。
18.使用本发明运输或临时保管火工品时，拧开任意一端夹具套件上的两个螺钉组件，松开夹具套件的两个夹具组件，将这一端四个螺杆套件上的螺帽从螺杆上拧出，并将螺帽下面的端盖沿着螺杆向外抽出，并拔出泡沫缓冲块。随后将爆炸物放入内缓冲管，再将泡沫缓冲块插入到原来位置，再依次安装端盖和夹具套件。
19.本发明爆炸防护和爆轰产物收集过程主要分为三个阶段：
20.第一阶段，当爆炸物在本发明内缓冲管发生爆炸后，爆炸产生的大量爆轰产物气体向外膨胀，内缓冲管最先受到冲击波和爆轰产物作用，开始向外膨胀，部分爆轰产物沿着内缓冲管的内阵列泄气孔向外排出。
21.第二阶段，内缓冲管、外缓冲管和泡沫夹层形成的夹芯结构缓冲层，在内部爆炸冲击波和爆轰产物作用下整体向外膨胀，由于内阵列泄气孔和外阵列泄气孔之间保持一定夹角，气体向外排出过程存在拐角效应，爆轰产物气体速度迅速降低。
22.第三阶段，爆轰产物从外阵列泄气孔排出后作用于筒形气囊，筒形气囊向外膨胀，筒形气囊的材料拉伸强度高、失效应变大，筒形气囊体积能够膨胀十几倍甚至几十倍，并且承载高压爆轰产物气体。
23.与现有技术相比，采用本发明可以达到以下有益效果：
24.(1)本发明采用双层缓冲管泡沫夹芯结构设计，不仅能够防护爆轰产物和冲击波的压力载荷作用，而且能够极大降低爆轰产物的流动速度，引导爆轰产物气体按照内阵列泄气孔排和外阵列泄气孔排预设的路线向外排放；
25.(2)本发明通过夹芯结构缓冲层和筒形气囊，在实现了爆炸防护的基础上，进一步通过筒形气囊膨胀收集爆炸物爆炸产生的大量有毒气体爆轰产物，阻止有毒气体对环境的污染，保护人员生命健康安全。
附图说明
26.图1是本发明总体结构示意图；
27.图2是图1a
‑
a’方向剖视图；
28.图3是本发明缓冲层1结构示意图，图3(a)是缓冲层1侧视图；图3(b)是图 3(a)的b
‑
b’截面视图，图3(c)是图3(a)的c
‑
c’截面视图；
29.图4是本发明固定机构3结构示意图，图4(a)是固定机构3俯视图，图4(b) 是图4(a)的e
‑
e’截面视图；图4(c)是固定机构3的斜视图。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明作进一步说明。
31.如图1所示，本发明低当量有毒爆炸物气囊回收式防爆结构中部为圆柱、两端为长方体。如图2所示，本发明由缓冲层1、筒形气囊2、固定机构3组成，缓冲层1和筒形气囊2由内向外同轴嵌套，缓冲层1和筒形气囊2夹在固定机构3的两个端面(即上端面34和下端面34*，见图1)之间。缓冲层1的上端卡在固定机构3的上端面34的第一卡槽311内，缓冲层1的下端卡在固定机构 3的下端面34*的第二卡槽311*内。固定机构3的上端面34和下端面34*通过4 个螺杆套件33连接。
32.如图3(b)所示，缓冲层1由内缓冲管11、外缓冲管12、2个泡沫缓冲块 13、泡沫夹层14组成。内缓冲管11同轴嵌套在外缓冲管12中，泡沫夹层14 位于内缓冲管11和外缓冲管12之间的夹层内，两个泡沫缓冲块13同轴嵌套于内缓冲管11两端，与内缓冲管11两个端面的间距均为t，0.05h0<t<0.2h0，两个泡沫缓冲块13轴向之间的距离为q，满足0.3h0<q<0.7h0。内缓冲管11、外缓冲管12夹在上端面34上的第一卡槽311和下端面34*上的第二卡槽311*之间(见图2)。
33.内缓冲管11为圆筒，内直径为d0，d0与爆炸物尺寸和威力有关， 0.01m<d0<1.0m，外直径为d0，满足1.2d0<d0<1.8d0，高度为h0，满足2d0<h0<10d0。内缓冲管11的侧壁开设多圈沿环向均匀分布的内阵列泄气孔111，每圈有2n个内阵列泄气孔111(如图3(b))，n为正整数，优选n＝2、3、4或5。上下相邻两个内阵列泄气孔111间距为l1，满足0.05h0<l1<0.5h0。内阵列泄气孔111为圆形通孔，直径φ1满足0.05h0<φ1<0.25h0。内缓冲管11材料为金属，密度大于 7g/cm3，屈服强度大于400mpa。
34.如图3(b)所示，外缓冲管12为圆筒状，内直径为d1，满足1.2d0<d1<2d0，外直径为d1，满足1.2d1<d1<1.8d1，高度等于h0。如图3(a)所示，外缓冲管12 的侧壁开设多圈沿环向均匀分布的外阵列泄气孔121，每圈有2n个外阵列泄气孔 121。上下相邻两个外阵列泄气孔121间距为l2，满足l2＝l1。外阵列泄气孔121为圆形通孔，直径φ2满足φ1<φ2<0.25h0。外缓冲管12材料为金属，密度大于 7g/cm3，屈服强度大于400mpa。内缓冲管11和外缓冲管12同轴装配，且内阵列泄气孔111和外阵列泄气孔121沿环向的夹角为s，s＝180
°
/(2n)，如图3(c)所示。
35.2块泡沫缓冲块13分别位于内缓冲管11两端，与内缓冲管11两个端面的间距等于t。泡沫缓冲块13为圆柱状，直径等于d0，高度为p，满足p＝(h0‑
q
‑
2t)/2。泡沫缓冲块13材料为金属泡沫，密度在0.3g/cm3到0.6g/cm3之间，屈服应力不小于20mpa。
36.泡沫夹层14呈圆筒状，内直径等于d0，外直径等于d1，高度为h2，h2＝(h0‑
2t)。泡沫夹层14材料为金属开孔泡沫，密度在0.3g/cm3到0.6g/cm3之间，屈服应力不小于20mpa。
37.内缓冲管11、外缓冲管12和泡沫夹层14形成了夹心结构缓冲层，当爆炸物在内缓冲管11中(位于两个泡沫缓冲块13之间的空间)爆炸时，内部爆炸冲击波和爆轰产物作用下整体向外膨胀，由于内阵列泄气孔111和外阵列泄气孔121 之间保持了夹角s，气体向外排出过程存在拐角效应，爆轰产物气体速度迅速降低。
38.如图2所示，筒形气囊2为薄壁圆筒，壁厚在0.5mm到5mm之间，内直径为d2，满足1.5d1<d2<4d1，高度为h1，满足1.2h0<h1<1.6h0。筒形气囊2材料为纺织物编织结构和橡胶类涂层组成的功能结构材料，密度在1.1g/cm3到 1.8g/cm3之间，拉伸强度不小于1000mpa，失效应变大于2.0，筒形气囊2体积能够膨胀十几倍甚至几十倍，并且承载高压爆轰产物气体。筒形气囊2的上端夹在固定机构3的上端盖31和上夹具套件32中间且紧装配压紧，筒形气囊2 的下端夹在固定机构3的下端盖31*和下夹具套件32*中间且紧装配压紧。当爆炸物产生的大量爆轰产物从缓冲层1的外阵列泄气孔121排出后，筒形气囊2 受压膨胀数倍到数十倍，收集大量有毒气体爆轰产物，阻止有毒气体对环境的污染，保护人员生命健康安全。
39.如图4(c)所示，固定机构3由2个端盖(即上端盖31、下端盖31*)、2 个夹具套件(即上夹具套件32、下夹具套件32*)、4个螺杆组件33组成。上端盖31、下端盖31*的形状、结构完全相同，沿缓冲层1轴向对称安装在缓冲层1 和筒形气囊2两端；上夹具套件32、下夹具套件32*的形状、结构完全相同。上端盖31嵌于上夹具套件32中心、下端盖31*嵌于下夹具套件32*中心，上端盖31、下端盖31*通过4个螺杆组件33连接，作用是将上端盖31、下端盖31* 和缓冲层1固定在一起。如图4(a)所示，上端盖31为圆饼状，直径等于d2，厚度为h3，满足0.1h1<h3<0.3h1。如图4(b)所示，上端盖31铣出第一内卡槽 311和第一外卡槽312，第一内卡槽311和第一外卡槽312为两个同心的环状槽，深度等于t。靠近上端盖31轴心的第一内卡槽311的内直径等于d0，外直径等于d0。远离上端盖31轴心的第一外卡槽312内直径等于d1，外直径等于d1。如图4(a)所示，上端盖31的圆周方向均匀分布4个固定孔313，4个固定孔 313中心轴所在的圆周直径为f，其中1.1d1<f<0.95d2。固定孔313为上端盖31 厚度方向的通孔，4个螺杆组件33穿过上端盖31的4个固定孔313、下端盖31* 上的4个固定孔313，将上端盖31和下端盖31*整体连接在一起，固定孔313 直径为φ3，满足0.1d2<φ3<0.3d2。上端盖31材料为金属，密度大于2g/cm3，屈服强度大于100mpa。上端盖31、下端盖31*的作用是固定缓冲层1，同时阻止爆轰产物气体沿缓冲层1两端泄漏出去。如图4(b)所示，下端盖31*铣出第一内卡槽311*和第一外卡槽312*，下端盖31*的圆周方向均匀分布4个固定孔313*。
40.如图4(c)所示，上夹具套件32由2个夹具组件321和2个螺钉组件322 组成。夹具组件321由月牙扣3211和夹具耳3212组成，两个夹具耳3212焊接在月牙扣3211两端。如图4(a)所示，月牙扣3211呈月牙形，通过将长方饼一侧切除半圆形通孔加工而成，长方饼厚度等于h3，长方饼长为d3，满足 1.1d2<d3<1.3d2，宽度为d4，d4＝d3/2，切除的半圆形通孔直径等于d2。夹具耳 3212为中间挖有通孔的长方体，宽等于h3，长为k1，满足1.5h3<k1<3h3，厚度为 k2，满足0.3h3<k2<0.5h3，中间通孔直径为φ4(如图4(b)所示)，满足0.4h3<φ4<0.8h3。夹具组
件321材料为金属，密度大于7g/cm3，屈服强度大于400mpa。螺钉组件 322为标准配件，螺钉直径与夹具耳3212上的通孔内径相同。螺钉组件322材料为金属，密度大于7g/cm3，屈服强度大于400mpa。2个夹具组件321的半圆形通孔的一侧通过2个螺钉组件322固定在一起组成上夹具套件32，2个半圆形通孔组成一个圆形通孔，正好将端盖31嵌入，筒形气囊2被夹紧在上端盖31 和上夹具套件32之间的缝隙中(如图2所示)。上端盖31和上夹具套件32将筒形气囊2上端固定，下端盖31*和下夹具套件32*将筒形气囊2下端固定。筒形气囊2与上端盖31和下端盖31*形成一个密闭空间(其内包裹缓冲层1)，确保爆轰产物气体从缓冲层1的外阵列泄气孔121排出时保存在筒形气囊2内部。
41.如图4(b)所示，螺杆组件33由一个长螺杆331和一个配套螺母332组成。长螺杆331为细长的圆柱形，直径等于φ3，长度为h4，满足1.2h1<h4<1.5h1，两端加工有螺纹，螺纹长度不小于h4/4。长螺杆331材料为金属，密度大于7g/cm3，屈服强度大于400mpa。配套螺母332为标准螺母，能够与长螺杆331匹配安装。配套螺母332材料为金属，密度大于7g/cm3，屈服强度大于400mpa。4个螺杆组件33连接上端盖31和下端盖31*，将上端盖31和下端盖31*之间的缓冲层1 整体固定。