Преобразователь энергии взрыва химического вещества в электромагнитную энергию

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВЗРЫВА ХИМИЧЕСКОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА В ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ ЭНЕРГИЮ, содержащий последовательно соединенные между собой и с выходом на потребитель приводящие контура сжатия, каждый из которых включает в себя электрически замкнутые активную и пассивную части , ограниченный активной частью заряд ВВ с капсюль-детонаторами, и устройство для создания начального магнитного потока , отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД путем уменьшения потерь электромагнитной энергии за счет снижения рассеяния магнитного потока и уменьшения конечной индуктивности на соединениях контуров сжатия между собой и с потребителем, пассивная часть каждого контура сжатия выполнена в виде одновиткового соленоида, разрезанного диаметрально зазору, образованному его концами с присоединенными в ним с внутренней поверхности соленоида контактными пластинами , а активная часть эксцентрично расположена в полости одновиткового соленоида по отношению к его зазору, выполнена в виде цилиндрической оболочки. заполненной ВВ, с капюсль-детонаторами по его оси, причем соленоиды расположены в одной плоскости по кругу, разрезами обращены к центру и зазорами - на периферию круга, а цилиндрические оболочки разрезаны по образующим, концы их электрически замкнуты с концами одновитковых соленоидов, образующими зазоры, выход к потребителю размещен в центральной части круга, устройство для создания начального магнитного потока выполнено в виде постоянных магнитов, внутренние разнополюсные торцы которых примыкают к торцам соленоидов, а внешние - замкнуты магнитопроводом , 2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющийся тем, что часть ВВ в каждой цилиндрической оболочке со стороны ее электрического контакта с соленоидом выполнена в виде инертного изоляционного клинообразного тела, рабочие поверхности которого сходятся в направлении к оси оболочки под О углом а, определяемым соотношением ю a 4arcsln g J, S где Го - внешний радиус цилиндрической оболочки: 00 Г1 - расстояние от оси цилиндрической оболочки в сторону ее разреза до пересече ния рабочих поверхностей клинообразного тела; S -длина контактной пластины. 3.Преобразователь по пп. 1 и 2, о т л ичающийся тем, что одновитковые соленоиды и цилиндрические оболочки одной плоскости расположены под соответствующими соленоидами и оболочками другой плоскости и связаны общим магнитным потоком и общим выходом к потребителю .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э Н 02 N 11/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3390542/25 (22) 04.02.82 (46) 30.12.92. Бюл. гв 48 (72) А.А. Бриш, А.И. Павловский, В.В. Кариженский, Р.З. Людаев, В.С. Фоменко. В.B.

Михеев и В.Е. Гурин (56) Авторское свидетельство СССР N.

321190, кл..Н 02 N 11/00, 1975.

Бозорт Р, Ферромагнетизм, 1965, изд.

ИЛ., M., с. 275 — 285.

Авторское свидетеЛьство СССР N.

298084, кл. Н 02 N 11/00, 1971. (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ

ВЗРЫВА ХИМИЧЕСКОГО ВЗРЫВЧАТОГО

ВЕЩЕСТВА В ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ

ЭНЕРГИЮ, содержащий последовательно соединенные между собой и с выходом на потребитель приводящие контура сжатия, каждый из которых включает в себя электрически замкнутые активную и пассивную части, ограниченный активной частью заряд

BB с капсюль-детонаторами, и устройство для создания начального магнитного потока, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД путем уменьшения потерь электромагнитной энергии эа счет снижения рассеяния магнитного потока и уменьшения конечной индуктивности на соединениях контуров сжатия между собой и с потребителем, пассивная часть каждого контура сжатия выполнена в виде одновиткового соленоида. разрезанного диамет-. рально зазору, образованному его концами с присоединенными в ним с внутренней поверхности соленоида контактными пластинами, а активная часть эксцентрично расположена в полости одновиткового соленоида по отношению к его зазору, выполнена в виде цилиндрической оболочки, „„. Ы„„1079148 А1 заполненной BB с капюсль-детонаторами по его оси. причем соленоиды расположены в одной плоскости по кругу, разрезами обращены к центру и зазорами — на периферию круга, а цилиндрические оболочки разрезаны по образующим, концы их электрически замкнуты с концами одновитковых соленоидов. образующими зазоры, выход к потребителю размещен в центральной части круга, устройство для создания начального магнитного потока выполнено в виде постоянных магнитов, внутренние разнополюсные торцы которых примыкают к торцам соленоидов, а внешние — замкнуты магнитопроводом.

2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что часть ВВ в каждой цилиндрической оболочке со стороны ее электрического контакта с соленоидом выполнена в виде инертного изоляционного клинообразного тела, рабочие поверхности которого сходятся в направлении к оси оболочки под углом а, определяемым соотношением а- 4агсз!и (), S

О

2 го — r> где г0 — внешний радиус цилиндрической и оболочки;

r> — расстояние от оси цилиндрической 00 оболочки в сторону ее разреза до пересечения рабочих поверхностей клинообразного тела;

S — длина контактной пластины.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, о т л и- . ч а ю шийся тем, что одновитковые соленоиды и цилиндрические оболочки одной плоскости расположены под соответствующими соленоидами и оболочками другой плоскости и связаны общим магнитным потоком и общим выходом к потребителю.

1079148

Изобретение относится к устройствам импульсной техники, а более конкретно к одноразовым (взрывным) устройствам, способным генерировать большие короткоимпульсные токи в потребителях электромагнитной энергии, Оно может быть применено в экспериментальной и технической физике быстропротекающих йроцессов, в частности, для инициирования детонаторов.

Целью изобретения является увеличение КПД преобразователя путем уменьшения потерь электромагнитной энергии за счет снижения рассеяния магнитного потока и уменьшения конечной (паразитной) индуктивности на соединениях каскадов (контуров сжатия) между собой и с потребителем.

Указанная цель достигается тем, что в каскадном преобразователе, содержащем последовательно соединенные между собой и с выходом на потребитель проводящие контура сжатия, каждый из которых включает в себя электрически замкнутые активную и пассивную части, ограниченный активной частью заряд BB с капсюль-детонаторами, и устройство для создания начального магнитного потока, пассивная час гь каждого контура сжатия выполнена в виде одновиткового соленоида, разрезанного диаметрально зазору, образованному его концами с присоединенными к ним с внутренней поверхности соленоида контактными пластинами, а активная часть, эксцентрично расположенная в полости одновиткового соленоида по отношению к его зазору, выполнена в виде цилиндрической оболочки, заполненной ВВ с капсюльдетонаторами по его оси, причем соленоиды расположены в одной плоскости по кругу, разрезами обращены к центру, а зазорами — на периферию круга, а цилиндрические активные оболочки разрезаны по образующим, концы их электрически замкнуты с концами пассивных соленоидов, образующими зазоры. выход к потребителю размещен в центральной части круга, устройство для создания начального магнитного потока выполнено в виде постоянных магнитов, внутренние разнополярные торцы которых примыкают к торцам соленоидов, а внешние замкнуты магнитопроводом.

В преобразователе часть 88 в каждой цилиндрической оболочке со стороны ее электрического контакта с соленоидом выполнена в виде инертного изоляционного клинообразного тела, рабочие поверхности которого сходятся в направлении к оси оболочки под углом а, определяемым соотношением а=4arcsln (), S

2 fp — г1 где r — внешний радиус оболочки; г1 — расстояние от оси оболочки в сторону ее разреза до пересечения рабочих поверхностей клинообразного тела;

5 — длина контактной пластины.

Одновитковые соленоиды и цилиндрические оболочки, расположенные в.одной плоскости, могут быть размещены над соответствующими соленоидами и оболочками другой плоскости и связаны общим магнитным потоком и общим выходом к потребите"5 лю.

Одновременное инициирование зарядов преобразователя может быть осуществлено детонационной разводкой, исходящей от одного капсюля-детонатора, путем подведения ее к торцам зарядов ВВ со стороны любого из торцов преобразователя, На фиг. 1 даны поперечный и продольный разрезы преобразователя; на фиг. 2— часть поперечного сечения преобразовате25 ля с клинообразным телом из инертного изоляционного материала в полости активной оболочки; на фиг. 3 — послойное расположение одновитковых пассивных соленоидов и активных оболочек одной плоскости над соответствующими соленоидами и оболочками другой плоскости, связанных общим магнитным потоком и общим выходом на потребитель электромагнитной энергии; на фиг. 4 — плоскопараллельный каскадный ВМГ(прототип); на фиг,5 — схема части преобразователя, поясняющая расчетное обоснование достижения цели изо бретения.

Преобразователь состоит из проводя4О щего корпуса 1, представляющего собой несколько одновитковых пассивных соленоидов 2, последовательно соединенных между собой на потребитель 3 в местах разрезов 4 пассивных соленоидов по их об45 разующим (на фиг. 1 показано соединение пяти пассивных соленоидов). Корпус выполнен с разрезом 5 по образующей до его оси.

Выход к потребителю подключен к частям разреза 5 корпуса в центральной его части

5О б (при необходимости выход к потребителю может быть подключен к периферийным частям разреза корпуса). Активные оболочки 7 заполнены ВВ 8. Постоянные магниты 9 с полюсными наконечниками 10 соединены

55 магнитопроводом 11. К торцам зарядов подведены одинаковой длины детонационные шнуры 12, которые исходят от капсюля-детонатора 13, К внутренней поверхности корпуса вблизи каждого зазора 14 пассивного

1079148 соляноида на длине образующей присоеди- - выполненная, например, из феррита, иэолинены контактные пластины 15дляобеспече- . рующая собой активную оболочку 7 от пония большей величины угла начального люсного наконечника 10. Диэлектрическая смыкания внешней поверхности активной прокладка 25 может быть заполнена возоболочки с корпусом преобразователя (с 5 душной прослойкой при непосредственном внутренней поверхностью пассивного соле.- про мыкании торца инертной изоляционной ноида). Торцы зарядов прикрыты инертны- насадки 16 к торцу ВВ 8. ми изоляционными насадками 16, Последовательное соединение двух и препятствующими разлету продуктов ВВ в более одновитковых пассивных соленоисторону торцов зазора. Напротив каждого 10 дов, расположенных по кругу в одной плоразряда пассивного соленоида выполнен скости на минимальном и одинаковом разрез 17. активной оболочки по ее образу- расстоянии друг от друга, можно выполнить ющей. В пазы разрезов 17 активных оболо- . измонолитного проводящегодиска высотой чек,. в зазоры 14 пассивных соленоидов и в . h и площадью поперечного сечения S путем . разрез5 корпуса вставлены жесткие изоля- 15 высверливания в нем соответствующего торы 18. Корпус преобразователя отделен числа отверстий с последующим диаметот магнитопровода изолятором 19, а сам ральным разрезом каждого отверстия по преобразователь помещен в изоляционный высоте h от образующей до оси диска. Для корпус 20. подключения потребителя достаточно в одРасположение контактных пластин 15 в 20 ном из мест диска выполнить разрез по его плоскости пассивного соленоида и клинооб- образующей до оси диска на одинаковых разного тела 21, выполненного иэ инертно- . расстояниях от двух ближайших, отверстий. го изоляционного материала, в полости. - Для обеспечения фиксированных разрезов каждой активной оболочки 7, показано на дискавместахраэрезовмогутбыть вставлефиг, 2. Рабочие поверхности клинообразно- 25 ны жесткие изоляторы. Для повышения наго тела 21 пересекаются в направлении к дежности-одновременного инициирования оси активной оболочки. а инициирование зарядов BB разводка от одного (или двух)

BB выполняется по ее оси. капская-детонатора может быть подведена Послойное расположение одновитко- к зарядам BB с обоих торцов преобразовавых пассивных соленоидов и активных обо- 30 теля; Для уменьшения разогрева токами лочек одной плоскости (1-ой) над Фуко палюсных наконечников последние соответствующими соленоидами и оболоч- могут быть выполнены наборам пластин из ками другой плоскости (2-ой) приводит к до- материала с большой магнитной проницаеполнительным конструктивным элементам, мостью. которые показаны на фиг, 3; Выходные 35 Преобразователь работает следующим клеммы, расположенные в центральной ча- . образом. сти 6 корпуса 1, образованного пассивными Сигнал от капсюля-детонатора 13 по десоленоидами, одной плоскости (1-ой), и вы- тонационным шнурам 12 одновременно ходные клеммы, расположенные в цент- подводит к торцам зарядов, детонируя BB ральной части 6 корпуса 1, образовайного 40 8. Под действием образовавшихся продуксоленоидами другой плоскости (2-ой), сое- тав BB активные кольца (оболочки) 7 расшидинены междусобой ис нагрузкой последа- ряются, захватывая магнитный поток, вательно, причем одна, например 22, из заключенный между активными кольцами 7 двух выходныхклемм1-ойплоскостисоеди- и пассивными соленоидами 2, вытесняют нена с одной из двух выходных клемм 2-ой 45 его в потребитель 3. Одно из положений плоскости. Тогда вторая выходйая клемма активного кольца на стадии работы преоб23 1-ой плоскости и вторая выходная клем- разователя показано пунктирной линией. ма 3 2-ой плоскости являются выходом уст- . Достоверность достижения цели иэоройства (GM. фиг; 3) и местом подключения к бретения подтверждается нижеследующим ним потребителя энергии (нагрузки). 50 расчетом, для чего на фиг. 4 изображен про-.

Для уменьшения рассеяния магнитного тотип-плоскопараллельный каскадный потока между пассивными соленоидами 1 и BMf, а на фиг. 5 приведены основные бук2-ой плоскостей располагается плоский по- венные обозначения элементов предложенстоянный магнит24. Разводка от одного кап- ного каскадного ВМГ. сюля-детонатора подведена к торцам 55 Плоскопараллельный каскадный ВМГ зарядов BB со стороны обоих торцов преоб- (фиг. 4) состоит из конденсаторной батареи раэователя. . (источника начального магнитного потока)

На фиг. 1 и 3 между торцами заряда BB 27, внутренней активной шины 28, внешней

8 и инертной изоляционной насадки 16 рас- пассивной шины 29, ВВ 8, капсюля-детонаположена диэлектрическая прокладка 25, тора 13, выхода к потребителю 3, плоскопа1079148 раллельного зазора 30, конечной части ком-, R, zr

Функция А(М) = — = з1щ прессионного обьема 31, промежуточное " " Rk 51 положение активной шины 32, + л, )

Проведем сравнение конечных индук-, + Я тивностей для каскадных ВМГ, образован- 5 следует из рассмотрения подобных треуных соединением плоскопараллельныгх . гольникон ОО1С и ОВС, где R — внутренний генераторов по схеме, приведенной на фиг. радиус пассирного соленоида.

4, и одновитковых соленоидов — $10 схеме ., Возьмемотношениевеличин(1)и(2) при фиг. 1. выполнении очевидных условий. что ширииндуктивностьпередающейлиниипло- Я ца -шины 1тлоскояэраллельного генератоскопараллельного каскада ВМГ(1 1) склады-. ра(ов), равна аысоте одновиткового вается из индуктивкостей пассивногосоленоида(Ь)ичтоЛц =ф =,5 плоскопараллельного зазора ЗО и конечной части компрессионного объема 31. При са- L1 Вщ 7И:-2 +2а М мом благопРиЯтном РасположЕнии плОСко- гб . г: . г2 (3) параллельного зазора, когда f1 О, !г О(см, f 4 (2 А ) t J > + фиг. 4), т. е. при минимальной передаащей

ЛИНИИ, ИНДуКтИВНОСтъ 11 МОЖНО -ПРВДСТ8» . Дзуслощщ р-щенотва начальны.. Инду@ вить в следующем. виде: тмввостей рассматриваемых каскадных

®к аМГ . =2р,й — =Я =,и " +" йд следует, что д= при1=л--у-у

R+ Г:.

Если каскадные BMf работают на одинаковый индуктивный потребитель (1.1л =

=L2n) „ .то при одинаковых начальных условиях, т. е. при одинаковой начальной индуктивности каскадов:(1.1о - L2o) .и одинаковом начальном магнитном потоке (Фе = Qp) выходную энергию можно записать в. виде

Wl 2 tð |†- -длл каскадного плоско1A+ 1 параллельного 8МГ и 5h+2а „+ 2й 4 „

Ь . Ь (1) где и — зазор между цпюнами передаащей 26 линии; — толщина (активной, пассивной» шины. причем . 4 =

Ь,ь — оптимальная толщина 88 для:3О разгона активной шины толщиной ;

N — число каскадов; в — ширина(активной; пассивной) шины; а — зазор между активной и пассивной шинами отдельного каскада; 36

p„— магнитная проницаемость вакууа

С другой стороны, индуктивность пере-. дающей линии К2 каскадного ВМГ на основе одновитковых генераторов можно предста- 90 вить как

Rg 1 — 2А — r лг2 -2 =Po

dq N +,и —

45 л(2)

Смысл введенных здесь обозначений поясняется на фиг. 5:

Вк — радиус диска (корпуса);

h — высота диска или высота одновиткового пассивного соленоида; и — ширина передающей линии пассивного соленоида (ширина разреза пассивного соленоида);

r — радиус цилиндрической полости в центральной части корпуса, причем где I длинна ц1ины; Ъ вЂ” внешний радиус активного кольца (оболо к14), д — база раалета кольца (обс лочки).

Так, при Ь:.- О;1 см: д = а = 1 см; . Д р 9,1 см Ц=Б; Я .=:3.см находим, что г 0;36 см; А = 0,37

Тогда — =: 2;22 (и = 2.к22)

L1

Lz

Следовательно, при одинаковых начальных индуктивностях и одинаковом количестве каскадов конечная (паразитная) индуктивность каскадного плоскопараллельногоВМГболеечем в 2 раза превышает конечную индуктивность каскадного ВМГ на основе одноаитковых соленоидов.

1079148

10. ф@ .: . . посравйенцю с мощностью предложенного

И И/2 2 L +.L ДЛЯ КаСКаДНОГО.BMl ИЗ. Решения приодинаковыхусловиях-началь.2п 2 одновитковых соленоидов; НОМ М ГНИтНОМ ПотОКЕ, НаЧаЛЬНОй И КОНЕЧгде rII u rp.— коэффициенты сохранения маг-... ной индуктивности. Т е при одинаковых

НИТНОГО ПатОКа . . 5 ВнЫ"ОДНй" ЭН.ЕР тогда с учетом. полученного соотно : Действ тельно из Равенс ва начальным н,я (3) и„еем ° . . - . индУктивностей(Li = L2$ каскадов следУет, 2 .В+го что — y,Äëÿ эффективной. раЯ2 Lln+L2A . - . 2а —: лл» бг итог, тО боты ллосконараллельного ВМГ необкодиЧ/1г 42N+L2 м б !)> П 1 т 1 10 что баизко к экслериментальн@м условиям.

: так как праводнщси обоих каскадов:находят- . Из условия —. всегда можно ся в одинэковыьх условИгяхт йо напряженности магниткого поля.. 1 обеспечить, чтобы 10 (на практике это

Ь следовательно, выходная::эйергия каспри одинаковых начальных условиях превы:шает выхгоднуя знергйю каскадного плоско- Раллельного ВМГ опРеДелЯетсЯ Длиной ши-параллельного ВМГ Яы и скоростью 0 детонации ВВ. ™ е.

Если О = L2 - 0 (условие отсутствия д, =-, 20 потерь энергии на. конечной индуктивноа длительность предложенного преобразо сти) тогда 9 = —.rid —,.: :вателЯ вЂ” базой (д ) Разлета активного кольца (оболочки) и средней скоростья а для Рассеянной:энергии на конечной ин- 25 pawepa v дуктивности каскадного плоскопараллель- Д .ного ВМГ ь гдг W W л Следоаательно. — =В-В «Я -4, lv

W W 1.1л+ Ь Е\и + Л Ст 30 таККаК 0 0.8СЫ/ЫКС,V» 0,2-03 CM/ЫКС, . (4) и для каскадного ВМГ из одновитковых со- 610, е. Мощность пр д" енного преоб леноидов -: .. Разователя существенно больше мощности известного каскадного ВМГ (3).

Л И6 N! — w2 L2 .. ° ЗБ: . С другой стороны. поскольку > ь, W W L2n+L2 . ): . g1Я

Из соотношений (4) и (5) следует, что доля .. у .Этоозначает,чтоусловияд зясохранеРассеЯнной энеРгии магнитного потока на . ния магйитного потока р©вcaечNваeтся лучKOHL IHOA ИНДУКтИВНОСтИ КаСКаДНОГО ПЛО- ШИМИ В ПрвдЛОжЕННОМ ПрваебраэоаатЕЛЕ скопараллельного BMI превышает соответ- 40 . цель изобретения в коньячном итоге наствуящую доля каскадного ВМГ из . правлена на обеспечение увеличения КПд одновитковых соленоидов. НапРимеР, если преобразователя

Действительно, КПД преобразователя

L1n = L2n 10 нг, L2 2 Hl" а с мОжно представить в виде учетом(3) .LI 4,44 нГ, то „31% и КПД вЂ” ".1/

ДЩ1 45

N е"авв М 4в

16% . х(1 — — - ) у

w ч

ПОскОлькУ инДУктивнОсть плоскопаРал- где W конечная электромагнитная энергия лельного ВМГ пРОпорциональна длине его 50 преобразователя; . шины (1), то набоР инДУктивности за счет Р(— начальная энергия магни о о- УвеличениЯ l приводит к Увеличению дли- ля преобразова е ля прес разователя; тельности работы генератора (к снижению Д щ — доля магнитной энергии теряенеРатоРов в каскаДнУю системУ пРивоДит к сти преобразовател сти прео разователя; росту индуктивности (1О) и к снижению длиW — доля рассеянной энергии магниттельности работ каскадной системы.

НОГО потока, Однако техническое решение (3) обес- за — энергия зар да ВВ. печивает существенно меньшУю мощность и — количество за о В — количество зарядов ВВ.

1079143

Тогда для каскадного плоскопараллельного ВМГ

КПД= (1 — —.— — — — )p

W Wo h Wi- Wp

N WeB ЧЧ W W а для каскадного ВМГ из одновиткбвых со-. леноидов

КПД =

W W АЩ 9f

N ЧЧвв ЧЧ уу 9f о з

Как показано в разделе 2 описания изобретения, при прочих одинаковых условиях

4 V% ЛР/г

W W

> —. Следовательно, КПДг > КПД1.

Замена части ВВ (см. фиг, 2) в полости каждой активной оболочки со стороны.ее электрического контактирования с пассивным соленоидом инертным изоляционным материалом не влияет на величину W, а величина В/вв при этом уменьшается, и КПДг повышается. Расположение (см. фиг. 3) одновитковых пассивных соленоидов и активных цилиндрических оболочек одной плоскости над соответствующими соленои5 .дами и оболочками другой плоскости обеспечивает снижение рассеяния магнитного потока и магнитной энергии Wp за счет обеспечения минимального расстояния между полюсными наконечниками 10 для последо10 вательно соединенных 2 N пассивных соленоидов по сравнению с расстоянием между палюсными наконечниками, когда 2N пассивных соленоидов располагается один над другим (столбиком).

15 Приведенные данные свидетельствуют а том, что при использовании ВМГ, выполненных в соответствии с изобретением, достигаются большие КПД.

1079<49

7

Ф иа. 2

Е г

16

Фиг. Я

1079148

Фиг. У

Составитель Н.Кузина

Техред M.Ìîðãåíòàë

Редактор Л.Письман

Корректор А,Мотыль

Производственно-издательский комбинат "Патент" г. Ужгород, .Г жгород, ул. агарина, 101

Заказ 198о Тираж Подписное

ВНИИПИ Гос а уд рственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113036, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5