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‑ マ イ ク . ,プ l )ル の 爆 速 に 及 ぼ す 密 閉 ・薬 径 効 果 一

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(1)

研 究 論 文

硝安の非理想爆轟に関す る研究 ( 第

2

報)

‑ マ イ ク . ,プ l )ル の 爆 速 に 及 ぼ す 密 閉 ・薬 径 効 果 一

三宅浮巳' ,小川坪繋書 ,斎藤修二糊.青田信生' + +

1 7 r イタF 'プl Jル硝安について肉厚 と内径の異なる唖 々の銅管中で爆速を湘足 し.帝閉強度 と 薬径の効果について検討 した。その括果.密閉強度.薬経の増加 とともに燥速は上昇するが.

密閉強度 よりも燕径の方が壌速値への影響は大であることがわかった。

また.実簸結果の外挿により無限大桑径を想定 した理想爆速値 として

1㌔.(C.a)=3.83h/S

が得られたが.これ

llWinning

の脚走値による外挿値 と良好な一致を示 した。

さらに.各櫛の壌鶴特性計井冶菜 と比較 した ところ

JC

Z

3

状態方程式を用いた場合の

TIGER

コー ドによる計井値はマイ クt 2プ l )ル硝安の爆速に関 し良好な予測値を与えることがわか った。

I.

# ?

蒋梼系爆発性物質の嬢轟伝播に関 しては.爆速債等 の爆轟J tラノータが釈放条件に依存 して理想値以下の 典なる値をとり,非理想壌轟を塁することが知 られて いる。非理想爆轟状態での爆轟J iラ}一夕を決定する 条件 としては.非径.密閉強度等があげ られる。純理 論的に理想壌轟のJ ミラJ‑タを決定する方法が確立 さ れていない現在,理想爆速を推定する方法 として一般 的に用いられているのは.異なる有限薬径で測定 した 爆速を無限大熊住に外挿する方法である。爆再伝播の 際の薬径効果については

.Jon

e s , Ey r ingちな始め,

Cook.Wood‑Kirkwood,Bd方

i

l

等により理論的取救 いがなされ 央故値 との此掛 こよりモデルの妥当性が 検肘 されて きたl )‑S ) .一方,拭料を拘束す る密閉容 津の効果について も同様の理論の拡輩に よりい くつか のモデルが捷奏 されてお り.その効果を系統的に促え て産業爆非に適用 した報告がある 6 )‑ 8 ) .

柄安は非理想壌轟額域が広 く.容易に理想爆轟に達 しないが.その取扱の安全及び爆発力の制御や有効利 用のためには.爆轟限界や就験条件への依存性など爆

1 9 9

0年

9月 5日受理

● 横浜国立大学工学部物質工学科

240

横浜市保土 ヶ谷区常盤台

156 TEL045

3 3

5‑1451

日神岡鉱業㈱

506‑1

1岐各県書城郡神岡町大字鹿間

1‑1 TEL057825385

' ' ●日本化薬㈱姫路工場

67921

姫路市皇京町包

有390339 TEL079264ool

轟特性を把握することが不可欠である。特に璃安の場 合には大丑に貯乱 輸送 される場合が多 く,スケール アップ時の爆轟挙動を的確に把握することが盛費{・ あ る。従来,硝安碑体の爆か こ関 しては.薬圧効果につ いての報告は少な くないが

9)‑12

1 .密閉強度の効果を 定丑的に述べたものはほとんど無い1 2 ) .

寿報では,肉揮及び薬理の典なる銅管中でのマイク F ,プ 1 )ル硝安の爆速を脚定 し,同一飲料が就験条件の 相違によって示す申開強度及び燕径の効果について粥 べ, これを もとに硝安の非理想爆曲率勅について検肘 を行 ったので報告する。

2.

K 料

本試験で用いた拭料は,前 報 1 3 1で報告 した

5

租税 の硝安の内.試料

E

にあたるもので.一般に

ANFO

に用 いられ る†イ クt 'プ l )ルであ る。拭科の物性を

Table

lに示す。

Table 1 PhysicalpropertiesoL used ammonium

n

itrate

Loadingdensitylk

s

/

A]

P

twity〔wt.%]

Watercontent[wt.%]

NitrogencontentlWt.%]

P地 IedistribudonlWt.%]

<

350FLn 350‑ 600 600‑ 850 850‑ 1000

> 1000

1

3222135

13361

莱 火 莱 エ

(2)

FJ'g.1 ExperimentalsetupoEsteeltubetest 3.

就敷方法

試験方法を

Fig.

1に示す。一端を厚 さ

5

血のポ リ カーポネ‑ ト樹脂板で密閉 した鉄管中に試料を装填 し.

その上に起爆薬である水中発破用

GX‑

1ダイナマイ ト (こ い 'ゲル

55%

.装填比重 :

1600k

g

l

n f,爆速 :

7.

Ohm/

S

)

を銅管の断面全体に薬長

50

E E dにわた り装填する。

鉄管

IIJISG3445

で定める

STKM13A

相当のシ‑ムレ ス炭素鋼銅管で,内径は

50‑300

E E D,肉厚は

5‑30m

の中か ら選択 し,管長はいずれ も

1000

皿である。

起爆薬 として用いた

GX‑

1は起爆感度が充分に高 いので

6

号電気雷管 1本で起爆 したが,薬径が

200

以上の場合には試料硝安への平面爆轟波の入射を期待 して.専爆線

7

本を用いた†ルチポイン ト起爆法を採 用 した。 マルチポイ ン ト起爆の際 の導爆線はお よそ

EC

の方法に準拠 してお り 川 .断面の中心 と,中心か ら半径の2 / 3の円周上に中心 との角度が各々

600

となる ように

6

点選択 して木枠に孔をあけ,導爆線を

GX‑

1

の中に

10

m挿入 した後.ェポキシ樹脂で固定 した。

爆速は,起爆源とは反対跡

こ50

E E D 間隔で鉄管に垂直 に挿入 した

4

点の光 フアイJi一によ り抑走 した。光 7 ,イJ1‑ ( 三菱 レイヨン製エスカ

SH‑400

1 )か らの 爆発光を光屯変換用 シ1 )コソフォトダイオー ド ( 浜松 ホ トニクス

襲Sl190)

を組み込んだパルス発生回路を 介 して t .ラ l /・ }羊 ‑ / トレコーダ 〔 菊水電子工業製

COM‑7061A)

に導 き,爆発光の到達時間差 とファイ メ‑設置同距離から爆速を井出 したL S ) .

4.

拭敬着果及び考察

試掛 王.鉄管の内径を一定

(100EEdn)

とし,肉厚を 増加 させることにより密閉頚鹿の効果を見る一連の試

敦と .肉厚を一定

(10zn)

として薬径の効果を見る試 鼓の

2

通 りに大別 して行なった。

試験結果の一覧を

Table2

に示す。前報同様,爆速 脚定 借 を V d.

,JCZ3

状 態 万巻 式 を用 い た場 合 の

TIGER

コー ドによる計井値を

V

d

.

で表わ し,両者の

比である無次元爆速 ( 1

r

o b .IV 血. )を爆曲の非理想性 を表わす指標 とした。表中,装填比重,爆速測定値及 び計井値は各々

10J

d d f

,0.05kn

/ S,0. 01 h/ S 単位で表 示 した。

Fig.2

に,試負結果を示す。横軸は各 々鉄管の肉 厚

(a)

及び薬径

(b)

,縦軸は燦速実測値である。先ず密閉 強度の効果については,内層の増加に伴い爆速値の上 昇が見 られ るが

,15

mを越えたあた りから爆速の上昇 は軽やかにな り ,3. 3 0h/ S 前後に収束 している。 これ は,鉄管の肉厚がある程度以上になると密閉強度は充 分大 きくな り,管壁の変形や破壊に伴 って投入す る兼 帯波は反応帯に好守を及ぼ さな くな り.従って爆速個 は燕径のみに依存 し,その薬径における収束値を示す ようになるためであるl ) .適にいえく ま,密閉強度の効 果には限界があ り,ある程度薬径が大 きくなれば爆速 に及ぼす密閉効果は見 られな くな り.密閉強度は薬径 に比べ俺達への影響がな くなると考えられる。 このこ とは.無限大肉厚即ち発破作業における穿孔径の設計 や爆薬の選択に重要な知見であると考えられ る。但 し ここで,鉄管の音速は硝安の爆速 よりも早 く.ブース ターの起爆により生 じた衝撃波が硝安の爆轟鼓 よりも 先に鉄管中を伝播す ることによる鉄管の力学的特性に 及ぼす影響 と,それに基づ く爆轟波の伝播への影響に ついては,錦塑性破壊力学に基づ く解釈が必要である。

一方,薬径効果について札

Fig.2(b)

に見られる ように.薬径の増加 とともに俺達の上昇がみられ 今 回の試鼓条件での最大薬径

299

t E nでは

3.70b

J

s

が得 ら れた。 これは無次元爆速で表わせば

0.95

とな り,最大 肉厚時の

0.85

を上回っている。 また,薬径が

200

1 町以 上においてもわずかではあるが燥速の上昇がみられ, さらに薬径を大 きくすることにより,より高い爆速が 得られ ると推定 される。

Fig.3.4

に,肉厚 の遵数及び薬径の遭数に対 して

プt 'ッ トした無次元爆速を示す。両者がいずれ も燥速

と直線関係にあると仮定すると,それ らの的係は

K6gy6Kayaku,Voll52.No.5,1991 ‑337

(3)

Table 2 Detonadonvel∝itesofmicro‑prilIAN

V■HH

1iV

V

I.D. 0.D. Wau Tube Bcoster Loading V 血 .

t

hickness tength ' density

'

'

(也 ) (皿 ) ((a) (也) (g) (kS/nt)

( h/

S)

329277670000

84‑̀A︼AT89993333

8580702222

00008182

600

100 110 5

AT37700

489933

009922 2.d79055LL'77777770000000

4一14888899999993333333

8590t08000002232333

000000083838484848

00000000oo00006666666

爪V0000000000O∧U0000000011IIll 22229188811.078000000

88919‑949333333

000000222212333333

0000008t8t8282

oooooooo006666丘V6

000000000000oo00001l■l一■.●■■1 838282868000∧V00

818594033333

51J'050LL)1I2332333333

7907908‑08108

6006006006

Mooo1111Il 385Lh88880000

8585883333

00002■4333333

nV00000l18888

0000006666

00oooOoO0000 8139566一hV∧V000

18880U8893333

0LL'LL'LL'23432222

90̲047888

00005555111■ll 72747970757570000000

44.▲︼888899999993333333

5000nUlnV08918爪U002232333

0000000838383

600600600600

ooomooooooooo1111Ill .800

9933

LL.)02433

002288

1000 1350

1000 1350

工業火薬

(4)

99 219 8888 1222 0000

00000000A一「.d「▲12222

000000000000 680288990000

811189993333

550′lU34563333

0爪V0555666333

000nU0nU000 000999000

558888333

550.4一15333

299 319 a; oom00

ooooooooo 112599990000

99993333

555573333

000022228888

'GX‑1Dynamitewa

su

釈dtoinitiateAN

'm eoTeticauypredictedyalt)ecakuhtedbytheTIGERcodewiththeJCZ3巴OS

切ヽ

t)]]

&一

!3

O

t

g

tJO!)mO]q

CAlculatedvAlubyT

GERJ

C 詔

r

r8‑ ‑ 8 → ‑

(A)

llt

Lr己 R)

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tO>

tJ0!Tdt

Z O

q CalctLhtd yBlt)ebyT

Ⅰ C

EZt

i

J

C Z 3

. 冒

/9

‑ 8 小 一

( b )

l l l

0 10 20 30 40 0 100 200 30

0 400 Vallthichess 【En]

C

hwBcdi

Otbrlm】

Fig.2 DetonationvelocityoEmicro‑prillANasafunctioT10f(a)wallthich鰯 (chargediaJneteriS 100EEP) aJld(b)chargediameter(Wallthicknessisl

Ot E D).

TtLedottedlineindicatesthetheoreticallypr

edicated valuebytheTIGERcodewiththeJ

CZ3EOS.

Y, &

.WPL‑0.8

6 4‑

0・869(I/Ih

) (I) (相関係

T=0.847)

1 ㌔ノY

dI0.971‑9.72(lJR)

(2) (相飼係

′‑0.969) 但 し,Ih:鉄管の内厚 (昆),R:

料の兼任 (tE) とIrり.無限大肉厚及び無限大薬径

を想定 した場合の 無次元爆速は各 々0.86.0.97と何ら

れ る。 この場合, 上述 したように肉厚 と爆速の関係は

ある一定個以上で は成立 しないの{・無限大内厚の計井

債はあま り意味が 無い。実軌 こ突放で用いた駄科の平均

的な裳頓比並IC ある830kg/Ftの ときのTIGERコー ド(

JCZ3状態式使 用)に よる計井値 :3.94hJBを考慮

す ると.実故値か ら求めた無限大爆速偽 と して

Y. 4 . ( 斡)

=3・83h/

Sが 縛られた。蕪怪即ち非丘の相加に伴い

轟特

性が変化 し.爆速

の上昇がみ られ るとい うことか ら.爆発時の威力は小 規模試験か らのJP純なスケールアッ

プに よる予脚を上 回 り,条件次第{・11理想蛾轟に連す

る可能性が示唆 さ れた。 また逆に,(I).(2)式 より.任

意の暢達を持るた めの稚 条件の決定が可位 とlz:り.

爆発力の制御や有 効利用を回る場合の基確 データが拘

られた といえる。

硝安単体の爆速の重任効果に関す

る研究 と してll Paterson,Cbok.Winningの報告があるが

,)〜ll

)

.

らのデータか ら無限大熊径での蛾速を

井出す ると各 々, 2.37h/S.3.18b/S.3.94h/8と柑 られ

る16).前二者 は低す ぎるように思われ るが.装填比

兎が820也相 前 後 の プ リル硝安 につ いて行 な ったWin

nirLgの値 は TIGERコー ドに よる値及び本釈放

に よる債 と良好な

‑丑を示 している。札 無限大薬怪

へ爆速を外挿 して 理想爆速 とす る場合の直線関係につい

てlt妖故条件に よって必ず しも適切ICない とい う報告 も

あるがLT),秦 実験の場合,封定訳益帝を考慮すれ

ば容盈 され るもの K6gy8 Kayaku.Vol・52.No・5‑199

(5)

1.0

1 ‑ l ー

>So.5

TS

>

0

‑ 増 ̲昌o

l l

0 0.05 0.1 0.15 0.2

0.25

1/Wallthickness ll

u‑1] Fig.3 EfLectofvariationofthewallthicknessof

t he detonation velocity ofmicro‑Frill

AN.

(chargediaJneteris100dn

)

考えて処理を

行 った。

繁者らは さきに,前報で示 した試料 D ( AN FO用 プ I )′ L)について本報 と同様の一題の銅管試負

を行なっ ているが

lZ

l

.

その結果に よると.密閉強度,

薬径効果 ともに本報 と同様の餌向を示 しているが,無

限大内厚 における収束噸速値 として

3.OhJs

を得ている

。 また.

内径

50

E Z Z ) では不煤

,100

皿 では

2.60h/

Sであ るのに, 内径

300

n では

3.95h/

Sを得てお り,薬径効

果が 著し い 。 この ように.硝安の非理想爆曲挙動はそ

の試料の 形状や粒径.表面状態等の物理的田子に も大

きく左右 され 一般化することは容 易でない。起爆,

伝爆機構 の解明のためには物理的及び化学的因子につ

いて,特 に反応市内部に関する圧力,温度分布等の詳

細な検討 が必要で

あろ う。

叔後に,前報で示 した他の爆轟特性値計算 結果 と比 較 してみ る と.

DETONATE

<V

co,(D3)<T

IGER (JCZ3)<ⅩHT<TIGER(JIKW)

の ように

な った。

特に

TIGER(JCZ3)

に よる値は本実験か ら 得 られ る 理想爆速値 と近い値を示 し,マイ クpプ リル

硝安に関 して良好な予測値を与えることがわか った。

爆薬の壌 轟特性値計井や爆轟波伝播挙動のシ ミIL ,‑シ

き. /に 紘.用いる状態方程式中の各唖定数.未反応

状態での サゴニオや反応速度定数等が不可欠であるが

.従来の 計井では

PETNやRDX

とい った高性能爆薬

の爆速乗 謝位に適合するように定款が定め られている

ため,硝 安の ような非理想爆轟挙動の計井には必ず し

も適当で はなか った。 またそれらの定数は璃安の場合

にはいず れ も充分に得 られておらず.定丑的な把握を

困難に し ている。故に襲負債から求めた壌轟バラ}‑

タを利用 して計井に必葬な定数の決定を行 うことがで

きれば, より倍額性の高い計昇が可能になると思

5.

括 甘 われる。

1.0

l

■ . . . .

;

㌔0.5

..

Ol

>・

0 l

ら 8 ‑ ㌔

l l

0 0.01 0.02 0.03 0

.04 0.05 1/Ra

ditLS 【皿ー1 FJrg.4 EfLectofyariationoEthecharge

diameteron thedetonationvelodtyofmicr

o‑FrillAN.

(cbrgediamete

rislOtEn)

硝安の非理想爆曲餌域におけ

る爆碑特性評価 として, 内原及び薬経の界なる唖 々の

銅管中で起爆 した†イク F 2プ l )ル硝安の爆速を耐定

し.以下の群項を持た。

[1

]爆速の増加については密閉亀鑑 よりも薬径の方 が効果的である。

[2]

鉄管の肉厚の増加に伴

い爆速は上昇す るが,一 定値を越えるともはや燦速

は上昇せず' 内径

100 m

の鉄管{・ は

3.30

h

/ S前後に収束 した。

【3

〕薬径の増加に伴い爆速は上

昇 し.内径

299

亡 山こ おいて最高

3.

70kn

/ Sを得た。

[4]

実験値の外挿によ り.

無限大燕径での爆速 とし て

3.83h

/ Sを得た。 これは

W

inming

の報告に よ る値の外挿値

3.94kn

/

Sと良好な一致を得た。

[5]JCZ3

状恐式を用いた

TI

GER

コー ド計井値はマ イ クF ]7'l )ル硝安 の爆速 に閑 し良好な予

測値 を与えた。

周知のように硝安の爆轟特

性はその物性に大 きく依 存す るため.ここで示 した債

は今回用いた拭料につい てのみ言えることである。 また

.硝安に限 らず' .推進 薬や他の爆発危険性物賓の爆

心特性評価のための方法 としては本報の ような系統

的な紬 を契施 し,その結 果を もとに保安対熊や取扱方

法,政見尋について換肘 する必要があ

ると考える。

謝 本研究の‑執 土 ( 辞 財)火薬

工業技術奨励金及び文部 省科学研究費補助金の助成に

よ り行ない ました。 ここ に記 して謝意を来 します。

文 献

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Kagyb Kay8k

L

J.Vo1.52.No,5.1991 ‑341

(7)

Non‑1dealDetonationPropertiesofAmmonium Nitrate(Ⅱ)

‑ lnfluenceofconfinement/diametereffect onDetonationvelocityofmicro‑prillAN

AtstmiMEYjuCE',TerushigeOGAWA

ShuJ'iSAITOH桝,NobuoYOSHmAH'

InordertoobtainabetterunderstaAdingofthenon‑idealdetonationbehaviourofam・

monium nitrate(AN),thedetonationvelocitiesofmicroprillANweremeasuredinsteel tubes

w i

th diLferentwallthicknessesaLndinnerdiaJneterS.

Itwasfound

t hat

thetubediameterhasamudhhrgerinfluenceonthedetorLationveloci t

yt h

antheco血 ement.TheextrapolateddetonationvelocitytotheinLhitediameter (3.83kzJs)showsagoodagrment

w i t h t h

atoEWinning'sdata(3.94kzBIs).aJlditalso coincides

w i t h

thecalculateddetonadonvel∝itypredictedbytheTIGERcode

w i t

hthe JCZ3equationoEstate.

(DepartmentoESafetyEt)gineering,YokohamaNational University.

156,Tokiwadai.Hodogayakn,Yokohama240,Japan

HMiningDivision.KamiokaMining皮SmeltiJ)gCo.Ltd.,11,Oam Shikama,ⅩamiokaCho,Yoshikigun,Gifu 50611,Japan

H'HimeJiFactory,NipponKayakuCo.Ltd.

3903‑39.Toyotomi.Himeji,Hyougo67

9

‑21,Japan)

‑SARI 工桑火薬

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参照

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