一种基于多面聚能射流的爆炸开关的制作方法

本发明属于电开关技术领域，具体涉及一种基于多面聚能射流的爆炸开关，其为聚能射流切割式断路开关，是一种常闭开关，适用于各种电控场合，特别适用于大功率电路的保护开关。

背景技术：

爆炸具有做功速度快，做功能力强的特点，因此以炸药作为驱动能源的爆炸开关相比于传统电开关具有耐大电流、断路速度快、断路前低阻抗断路后高阻抗等优点。所以，爆炸开关被广泛应用于大功率电路以及电感储能系统中。各国研究者们先后发明了各式各样的爆炸开关，有些开关已经能达到耐上百千安的电流且能在一百微秒内实现断路效果。传统的爆炸开关工作原理均是利用炸药爆炸产生的强大冲击波驱动切割体对导体进行切割，所以炸药能量利用率不高，且为了提高切割效率通常需要对导体进行弱化处理，减弱了开关的力学性能。而聚能射流是利用炸药爆炸的空穴效应，即利用药型罩使炸药中形成空穴，炸药爆炸后爆轰产物迅速压垮药型罩，压垮后的药型罩在其中心线碰撞汇聚为一道高温高压高速的粒子流，其具备很强的切割能力。故应用聚能射流技术研制的爆炸开关能集中炸药的能量，减少炸药的使用量，提高开关的力学性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种炸药能量利用合理、用药量少，力学强度高、耐大电流、断路速度快、分断距离远的聚能射流切割式爆炸开关。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种基于多面聚能射流的爆炸开关，包括爆炸装置、通路装置和防护装置，其中：

所述爆炸装置包括多面聚能装药包、雷管、导爆管和起爆器，所述多面聚能装药包由外壳、药型罩和炸药组成，所述外壳为圆管状并设有端盖，其材料要求具有良好的绝缘性。在外壳内壁的中间位置处设有环向聚能药型罩，在其上下二侧对称均匀的设有多道(通常为4-12道)轴向聚能药型罩。其中所述环向聚能药型罩和轴向聚能药型罩均由高密度金属材料制成，轴向聚能药型罩横截面可以是亚半圆、圆和锥形等。轴向聚能药型罩与外壳贴合，其内表面与外壳的内表面形成空穴，而所有药型罩的外表面围成一个空腔，里面装有炸药。所述炸药为高能量密度炸药，如RDX、TNT等。在炸药的上下二侧均安装有起爆雷管，所述雷管为高安全无起爆药雷管，雷管与起爆器通过导爆管连接，并对二个雷管同时进行起爆。

所述通路装置包括圆管型导体和导体端盖，所述圆管型导体材料为高导电率金属，优选的是紫铜；所述导体端盖为圆柱状，其外径与圆管型导体内径一致，并可与导体装配固定，二端导体端盖的内侧均进行开孔，其中开孔的内径与爆炸装置中多面聚能装药包的外径一致，二者可装配为一个整体。

所述防护装置包括防护圆筒和防护端盖，所述防护圆筒由高强度绝缘材料制成，所述防护端盖为圆环形状，其外径与防护圆筒的内径一致，并进行连接固定，内径与通路装置中导体的外径一致，二者可以进行装配固定。

其中，在实际制作中，首先根据电流的大小确定导体的尺寸和材料，从而可以根据其强度确定药型罩的横截面尺寸和炸药的装药量以及轴向聚能药型罩的数量。然后再根据电压的大小确定开关断开后分断距离S，即断开后中间空气不被击穿而重新导电的安全距离。从而可以确定出轴向聚能药型罩的长度为S/2。最后再根据聚能药包的尺寸和药量来确定防护装置的尺寸和材料。

本发明的工作原理是：导电体连接到电路，当电路需要实现断路时，起爆器发出信号同时引爆二端雷管，进而炸药从二端开始被引爆。炸药起爆后沿着轴向方向向中心传播，产生的冲击波和爆炸产物迅速压垮n道轴向线性药型罩并向各自中心线汇聚成n道高温高压的射流，射流首先穿过外壳然后将导体切割n片。而当爆轰波传到中间位置时，环向聚能药型罩被压垮而形成一道圆环形聚能射流，从而将n片导体从中间进行切断。切断后的导体在爆炸产物的持续作用下将各自朝着自己的端部弯曲，即摊开为2个具有n片花瓣的“花朵”。至此，圆管型导体形成了一定距离的分断，实现了断路效果。

本发明的优点：

1、本发明利用了聚能效应，集中了炸药的能量，因而可以减少炸药的使用量，提高安全性。

2、本发明所设计的爆炸开关没有对导体进行任何弱化处理，所以其力学性能优异，能适用各种恶劣的工作环境。

3、本发明利用聚能射流来对导体进行切割，而射流的速度通常可达几千米每秒，这远比依靠炸药驱动切割体运动快(通常为几百米)。所以该开关的断开时间很快。

4、本发明利用了轴向聚能射流和环向聚能射流相结合的方法，使得开关断开后，二端导体间形成一个远距离的间隔，这有效的阻止了断开电路被重新击穿的危险。

附图说明

图1是本发明整体结构轴向剖面图；

图2是本发明亚半圆形轴向聚能装药的横向剖面图；

图3是本发明半圆形环向聚能装药横向剖面图；

图4是本发明采用半圆形多面聚能装药结构的轴向剖面图；

图5是本发明锥形轴向聚能装药的横向剖面图；

图6是本发明采用锥形多面聚能装药结构的轴向剖面图。

图中各图号构件的名称为：1-起爆器；2-导爆管；3-雷管；4-多面聚能装药包；5-导体；6-导体端盖；7-防护圆筒；8-防护端盖；9-炸药；10-轴向聚能药型罩；11-外壳；12-环向聚能药型罩。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种基于多面聚能射流的爆炸开关，最外层为防护圆筒(7)，尺寸为：壁厚1cm、高度20cm，内径为24cm，材料为高强度环氧。在其上下二侧设有壁厚为2cm的防护端盖(8)，其外侧与防护圆筒(7)用螺栓进行固定，中心处开有内径为8.4cm的通孔，并通过过盈配合分别与导体(5)的上下二端进行固定。所述导体(5)形状为圆管状，尺寸为：内径8cm、壁厚0.3cm、高度20cm，材料为紫铜。在导体(5)的内侧上下二端设有导体端盖(6)，其直径为8.2，通过过盈配合与导体(5)进行连接。在中心处开有直径为0.2cm的通孔，用于通过导爆管(2)，并在其内侧开有直径6cm，高0.2cm的缺口，用于固定多面聚能装药包(4)。所述多面聚能装药包(4)具体结构如图2、图3、图4所示。它有一个外壳(11)，其材料为PVC，尺寸为：外径6cm，壁厚为0.2cm，高16cm。在其内壁中心位置处设有环向聚能药型罩(12)，横截面为半径1cm的半圆。在其上下二侧分别设有8道轴向聚能药型罩(10)，其横截面为亚半圆，高度为7cm、壁厚为1mm，亚半圆的切口朝向外壳的内壁并与之贴合，相邻二个亚半圆彼此相切。所有药型罩所围成的中间区域中填充有炸药(9)，所用炸药(9)为钝化的黑索金，密度约为1.63g/cm³。炸药(9)的上下二端对称的设有雷管(3)，雷管(3)和起爆器(1)通过导爆管(2)进行连接。

实施例2

与实施例1不同的是，多面环向聚能装药包中环向聚能药型罩和轴向聚能药型罩均采用横截面为锥型的药型罩，其中轴向聚能药型罩锥角为60度，且相邻二个药型罩在外壳内壁处相切。环向聚能药型罩锥角也为60度，且开口端部距离为2cm。

本发明的基本工作过程为：

当电路需要实现断路时，炸药从二端被引爆，并向中心传播，在强大的爆炸压力作用下轴向聚能药型罩被压垮并沿轴向形成8道“射流刀”，将导体沿轴向且为8片，当二端爆轰波传到中心位置时，环向聚能药型罩被压垮而形成一道环向“射流刀”，将导体沿横向切为二段。切断后的导体在爆轰产物压力持续作用下各自向端部弯曲，彼此之间形成一个约16cm的距离，从而实现了断路。

本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。