Технология изготовления облицовок кумулятивных зарядов, обладающих повышенной пробивной
 Скачать 0.83 Mb.
|
|
УДК 662.21 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБЛИЦОВОК КУМУЛЯТИВНЫХ ЗАРЯДОВ, ОБЛАДАЮЩИХ ПОВЫШЕННОЙ ПРОБИВНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ © 2011 В.В. Калашников, Д.А. Деморецкий, О.В. Трохин, П.В. Рогожин, М.В. Ненашев, И.В. Нечаев, С.Ю. Ганигин, И.Е. Хлыстова, М.А. Крылова Самарский государственный технический университет Поступила в редакцию 21.03.2011 В статье предложен новый способ изготовления облицовки кумулятивного заряда, позволяющий повысить пробивную способность изделий, приведены результаты расчетов на основе математи- ческого моделирования зарядов с двухслойными облицовками, изготовленными с применением детонационного способа напыления покрытий. Представлены результаты испытаний зарядов с облицовками, изготовленными предложенным способом, по пробитию стальных мишеней. Ключевые слова: кумулятивный заряд, кумулятивная облицовка, кумулятивная струя, детонаци- онное покрытие В настоящее время для перфорации неф- те- и газодобывающих скважин в подавляю- щем большинстве случаев применяются куму- лятивные заряды (КЗ). Прострелочно- взрывные работы имеют важное, часто ре- шающее значение для достижения максималь- но возможной отдачи пластов, сокращения сроков освоения, капитальных ремонтов и вос- становления скважин. Одним из основных элементов КЗ, определяющим пробивную спо- собность зарядов, является кумулятивная об- лицовка (КО). Основными направлениями со- вершенствования КО являются улучшение фи- зико-механических, технологических и экс- плуатационных свойств и структуры материа- ла облицовки, оптимизация геометрической формы и размеров облицовки, разработка раз- личных вариантов многослойных и комбини- рованных облицовок [1]. Возрастание пробивной ______________________________________________ Калашников Владимир Васильевич, доктор техниче- ских наук, президент. E-mail: ttxb@samgtu.ru Деморецкий Дмитрий Анатольевич, доктор техниче- ских наук, профессор кафедры «Технология твердых химических веществ». E-mail: ttxb@samgtu.ru Трохин Олег Вадимович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология твердых химических веществ». E-mail: ttxb@samgtu.ru Рогожин Павел Викторович, аспирант. Ненашев Максим Владимирович, доктор технических наук, проректор по научной работе. E-mail: max71@mail.ru Нечаев Илья Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология твердых химиче- ских веществ». E-mail: ttxb@samgtu.ru Ганигин Сергей Юрьевич, кандидат технических на- ук, доцент кафедры «Технология твердых химических веществ» Хлыстова Ирина Евгеньевна, студентка Крылова Мария Александровна, студентка способности также связывается с использова- нием КО из тугоплавких высокоплотных мате- риалов (сплавы вольфрама, обедненный уран) [2]. Интересен кумулятивный заряд [3], у кото- рого внутренний слой облицовки изготовлен из порошкового псевдосплава вольфрам-медь, по- лученного методом механического легирова- ния. Для повышения пробивной способности КЗ в СамГТУ предложен принципиально новый способ изготовления многослойных КО, осно- ванный на нанесении покрытия из высокоплот- ного порошкового материала детонационным способом на металлическую облицовку [4]. По- крытие наносится детонационной пушкой, в которой продукты взрыва имеют температуру до 4000 0 С и начальную скорость (на выходе из ствола) более 1 км/с [5] (см. рис. 1). Газовый поток разогревает и расплавляет (полностью или частично) частицы введенного в ствол по- рошка и метает их с высокой скоростью на по- верхность КО, установленную перед стволом пушки. При этом происходит микросварка час- тиц метаемого материала с поверхностью под- ложки. Достоинством предлагаемого способа являются: низкая пористость формируемого высокоплотного покрытия, высокая адгезия с материалом подложки, незначительное терми- ческое воздействие, позволяющее избегать не- желательных термонапряжений и коробления тонкостенных облицовок за счет импульсного характера процесса. В качестве материала по- крытия предлагается использовать карбид вольфрама, плакированный частицами кобаль- та, а также другие материалы обладающие бо- лее высокой плотностью, по сравнению с мате- риалом подложки (медь, алюминий и др.). Новые конструкционные материалы и конверсионные технологии 373 Рис. 1. Схема нанесения покрытия на поверхность КО Выполнено математическое моделирова- ние процессов формирования кумулятивной струи (КС) и пробития стальной преграды с применением двухслойных КО медь–карбид вольфрама. В качестве примера на рис. 2 пред- ставлен результат расчета формирования КС при использовании конической облицовки с покрытием, нанесенным на внутреннюю по- верхность, а на рис. 3 – зависимость глубины пробития стальной мишени зарядом типа ЗПКС-80 от толщины слоя покрытия кумуля- тивной облицовки. а) б) в) г) Рис. 2. Формирование кумулятивной струи из многослойной КО в моменты времени: а) – 0 мкс; б) – 10 мкс; в) – 15 мкс; г) – 19 мкс Рис. 3. Зависимость глубины пробития от толщины покрытия КО Расчеты показали возможность увеличе- ния глубины пробития зарядов ЗПКС-80 на 20- 25% при нанесении покрытия на внутреннюю поверхность КО, при этом максимальная эф- фективность изделий наблюдается при толщи- не покрытия 0,20-0,25 мм. С применением предлагаемой технологии изготовлены опыт- ные образцы КО (см. рис. 4) с толщиной по- крытия 0,1-0,5 мм и заряды ЗПКС-80 с их ис- пользованием. а) б) Рис. 4. Внешний вид двухслойной КО ЗПКС- 80: а) с напыленным внешним слоем, б) с напыленным внутренним слоем Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №1(2), 2011 374 Напыление порошкового материала за счет газовой детонации производилось на спе- циальной компьютеризованной детонационной установке. После подготовки и очищения по- верхности осуществлялся процесс детонаци- онного воздействия двухфазным газопорошко- вым потоком. Необходимая толщина поверх- ности достигалась серией последовательных выстрелов, причем облицовка во время напы- ления была закреплена в специальном манипу- ляторе и совершала возвратно-поступательное и вращательное движение относительно ствола установки. Как известно, для КО чрезвычайно важна однородность по толщине поверхности. Для нанесения детонационного покрытия вы- брана управляющая программа, предназначен- ная для напыления изделий по спирали, что обеспечивает наилучшую равномерность по- крытия. В качестве газообразного топлива для разгона и расплавления порошкового материа- ла для формирования внутреннего слоя куму- лятивной облицовки использовалась эквимо- лярная смесь ацетилена и кислорода, которая обладает требуемыми температурными харак- теристиками и обеспечивает восстановитель- ную среду. Изготовленные опытные образцы взрывных устройств подверглись сравнитель- ным испытаниям совместно со штатными из- делиями. Испытания проводились совместно с ФКП «Чапаевский механический завод» по пробитию пакета стальных пластин (см. рис. 5). а) б) Рис. 5. Испытания кумулятивных зарядов по пробитию пакета стальных пластин: а) – уста- новка КЗ на мишени, б) – результат испытаний Результаты проведенных испытаний представлены на рис. 6 в виде графической за- висимости средней глубины пробития от тол- щины покрытия КО. Из рис. 6 видно, что мак- симальная глубина пробития стальной мишени зарядом ЗПКС-80 соответствует толщине по- крытия из карбида вольфрама толщиной 0,2 мм, при этом эффективность действия взрыв- ных устройств увеличивается на 15 %, по сравнению со штатными изделиями. 60 65 70 75 80 85 90 0 100 200 300 400 500 Толщина покрытия, мкм Ср ед ня я глубина проби тия , мм Рис. 6. Зависимость глубины пробития мише- ни от толщины покрытия Теоретические исследования показывают возможность дальнейшего повышения про- бивной способности КЗ. Дальнейшее совер- шенствование конструкции кумулятивной об- лицовки может быть связано с оптимизацией толщины и материала подложки, вида напы- ляемого материала, а также изготовлением КО с переменной толщиной покрытия по сечению, что обеспечит больший градиент скорости по длине формирующейся кумулятивной струи и, следовательно, более высокое значение глуби- ны пробития. Выводы: - предложен новый способ изготовления мно- гослойных КО, основанный на нанесении по- крытия из высокоплотного порошкового мате- риала детонационным способом на металличе- скую облицовку; - выполнено математическое моделирование процессов формирования кумулятивной струи (КС) и пробития стальной преграды с приме- нением двухслойных КО медь–карбид вольф- рама. Расчеты показали возможность увеличе- ния глубины пробития зарядов ЗПКС-80 на 20- 25% при нанесении покрытия на внутреннюю поверхность КО; - с применением предложенной технологии изготовлены опытные образцы КО с толщиной покрытия 0,1-0,5 мм и заряды ЗПКС-80 на их основе. Сравнительные испытания изделий по пробитию пакета стальных пластин показали, Новые конструкционные материалы и конверсионные технологии 375 что эффективность действия взрывных уст- ройств увеличивается на 15%, по сравнению со штатными образцами; - дальнейшее повышение пробивной способ- ности КЗ возможно путем оптимизации тол- щины и материала подложки, вида напыляемо- го материала, а также изготовлением КО с пе- ременной толщиной покрытия по сечению, что обеспечит больший градиент скорости по дли- не формирующейся кумулятивной струи. Работа выполнена в рамках реализации ФЦП “Научные и научно-педагогические кадры инноваци- онной России” на 2009-2013 годы. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 1. Физика взрыва / под ред. Л.П. Орленко. – изд. 3-е, переработанное. – в 2т., т.1. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. 832 с. 2. Аттеков, А.В. Резка металлов взрывом / А.В. Ат- теков, А.М. Гнускин и др. – М.: СИП РИА, 2000. 260 с. 3. Пат. 2151362. Российская Федерация, МПК 7 F 42 B 1/036. Кумулятивный заряд с биметаллической облицовкой и способ её изготовления / В.Г. Сме- ликов, В.М. Базилевич и др.; заявитель и патенто- обладатель ГНПП "Базальт". № 99109200/02; за- явл. 23.04.99; опубл. 20.06.2000. 4. Рогожин, П.В. Способ изготовления биметалли- ческих облицовок кумулятивных зарядов, приме- няемых в перфораторах для вскрытия продуктив- ных нефтяных и газовых пластов // Металлургия и новые материалы. – Самара, 2010. С. 159-160. 5. Ульяницкий, В.Ю. Опыт исследования и примене- ния нанесения детонационных покрытий / В.Ю. Ульяницкий, А.А. Штерцер и др. // Известия Са- марского научного центра РАН. 2010. Т. 12 (33), №1 (2). С. 569-575. TECHNOLOGY OF MANUFACTURING THE CUMULATIVE CHARGES LINER, POSSESSING RAISED PENETRATIVE ABILITY © 2011 V.V. Kalashnikov, D.A. Demoretskiy, O.V. Trohin, P.V. Rogozhin, M.V. Nenashev, I.V. Nechaev, S.Yu. Ganigin, I.E. Hlystova, M.A. Krylova Samara State Technical University In article the new way of manufacturing of cumulative charge liner, allowing to raise penetrative ability of products is offered, results of calculations on the basis of mathematical modeling the charges with two-layer liners made with application of detonation way of dusting the coverings are resulted. Results of charges with liner tests made in the offered way, on punching the steel targets are presented. Key words: cumulative charge, cumulative liner, cumulative stream, detonation covering ______________________________________________________ Vladimir Kalashnikov, Doctor of Technical Sciences, President. E-mail: ttxb@samgtu.ru Dmitriy Demoretskiy, Doctor of Technical Sciences, Professor at the “Technology of Solid Chemical Substances” Department. E-mail: ttxb@samgtu.ru Oleg Trohin, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor at the “Technology of Solid Chemical Substances” Department. E-mail: ttxb@samgtu.ru Pavel Rogozhin, Post-graduate Student Maxim Nenashev, Doctor of Technical Sciences, Deputy Rector on Scientific Work. E-mail: max71@mail.ru Iliya Nechaev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor at the “Technology of Solid Chemical Substances” Department Sergey Ganigin, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor at the “Technology of Solid Chemical Substances” Department Irina Hlystova, Post-graduate Student Mariya Krylova, Post-graduate Student Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №1(2), 2011 376 |