Устройство для получения инертного газа

 

Изобретение относится к устройствам для генерирования газа при сгорании твердого химического топлива. Наиболее целесообразно использование данного изобретения при изготовлении устройств, имеющих в своей конструкции заряд топлива на основе азидов и тетразолятов щелочных и щелочноземельных металлов, применяемых для наддува различных средств спасения, в противопожарных устройствах в разных отраслях промышленности, а также других устройствах, использующих инертный низкотемпературный газ. Устройство содержит цилиндрический корпус с крышкой с одной стороны и отверстием для выхода газов, закрытое мембраной, с другой, размещенные внутри корпуса капсюль-воспламенитель, воспламенитель, монолитный заряд газопроницаемого твердого химического топлива, газоохладитель-фильтр и опорную перфорированную решетку. Заряд размещен в корпусе без технологического зазора, корпус воспламенения выполнен из эластичного материала и состоит из выполненных заодно стакана для воспламенительного состава, открытом концом обращенного к капсюлю, и центрирующего элемента. Цилиндрический корпус устройства выполнен цельнотянутым, крышка герметично скреплена с корпусом, а мембрана выполнена в виде утонения в цельнонатянутом корпусе в области отверстия для выхода газов. Предложенная конструкция более проста и надежна за счет предотвращения возможного контакта медного корпуса инициатора (капсюля-воспламенителя) с материалом заряда путем надежного ориентирования воспламенителя относительно капсюля и равномерного охлаждения образующихся газов в теле заряда. 1 с.п.ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для генерирования газа при сгорании твердого химического топлива. Наиболее целесообразно использование данного изобретения при изготовлении устройств, имеющих в своей конструкции заряд топлива на основе азидов и тетразолятов щелочных или щелочноземельных металлов, применяемых для наддува различных средств опасения, в противопожарных устройствах в разных отраслях промышленности, а также других устройствах, использующих инертный низкотемпературный газ.

Известны зарубежные конструкции для генерирования инертного газа (1 3). Они содержат корпус, размещенные в нем инициатор, воспламенитель, заряд твердого химического топлива, охладитель, опорную перфорированную решетку, сопло для выхода газов, закрытое разрывной мембраной.

Известна конструкция газогенератора (4), которая содержит те же узлы и элементы и может рассматриваться в качестве прототипа. В ней газоохладитель выполнен в виде лабиринта из коаксиальных цилиндров из теплопоглощающего материала.

В этих конструкциях сжатый газ образуется при химических превращениях, протекающих на поверхности заряда или отдельных его элементов. Образующиеся при этом продукты газификации покидают зону химической реакции, имея температуру, которая в ней развивается, через свободные проходы между зарядом и стенками корпуса устройства или по каналам, проходящим через заряд, газы двигаются в направлении выходного отверстия. Процесс химического превращения заряда является самоподдерживающимся, если из зоны химических реакций в тело заряда передается количество тепла, достаточное для нагрева близлежащего слоя топлива до температуры начала химической реакции. Это возможно при температуре химического превращения топлива не менее 1000^oC. Поэтому в этих конструкциях для получения газа с температурой 50 100^oC необходима мощная система охлаждения, масса которой в несколько раз превышает массу заряда, что усложняет конструкцию и снижает ее надежность при эксплуатации.

Рассмотренные конструкции аналогов и прототипа сложны и недостаточно надежны в эксплуатации.

Задачей настоящего изобретения является разработка более простой и легкой конструкции газогенерирующего устройства для получения инертного газа с повышенной надежностью при его эксплуатации за счет предотвращения возможного контакта корпуса инициатора с материалом заряда путем надежного ориентирования воспламенителя относительно капсюля и равномерного охлаждения образующихся газов в теле заряда.

Поставленная задача решается предложенной конструкций. Она содержит корпус с крышкой и отверстием для выхода газов. В крышку вмонтирован капсюль-воспламенитель, а в корпусе последовательно за капсюлем размещены воспламенитель, заряд твердого газогенерирующего топлива на основе азидов и тетразолятов щелочных или щелочноземельных металлов, расположенный в корпусе без технологических зазоров, охладитель-фильтр из мелкодисперсного инертного материала, размещенный между двумя металлическими сетками, опорная перфорированная решетка. Корпус устройства представляет собой цельнотянутую тонкостенную цилиндрическую обечайку с утонением в области отверстия для выхода газов. Корпус герметично (преимущественно методом холодной сварки) соединен с крышкой.

В существующих конструкциях выходное сопло перекрывается разрывной мембраной. В предложенном устройстве разрывная мембрана выполнена в виде утонения в торце цельнотянутого корпуса в области отверстия для выхода газов. Это позволяет упростить конструкцию, отказавшись от лишнего узла, сделать ее более компактной и повысить надежность хранения за счет улучшения герметичности.

В таком исполнении устройство может эффективно использоваться в системах многоразового применения, где по условиям работы целесообразно наличие несущего корпуса в виде многократно используемого узла. Корпус воспламенителя выполнен из эластичного материала и представляет собой выполненные заодно стакан для воспламенительного состава, открытым концом обращенный к капсюлю, и центрирующий элемент для пространственной ориентации стакана с воспламенительным составом относительно капсюля. Центрирующий элемент корпуса воспламенителя может иметь различные конструкции, например, в виде нескольких радиальных опор, кольца любого профиля и др. При сборке конструкции корпус воспламенителя между крышкой и торцем заряда деформируется, что предотвращает высыпание воспламенительного состава и не допускает контакта топлива с капсюлем.

Размещение заряда в корпусе без технологического зазора обеспечивается с одной стороны его формованием и последующим отверждением непосредственно в корпусе на металлическую сетку, закрывающую фильтр, а с другой стороны, корпус воспламенителя, находящийся в деформированном состоянии, препятствует продольному перемещению заряда при эксплуатационных нагрузках. При размещении заряда без технологического зазора, т.е. таким образом, что он полностью перекрывает своим телом проходное сечение, обеспечивается прохождение всего объема образующихся в каждом слое топлива газообразных продуктов химической реакции только через сквозные поры заряда. Тем самым при явной простоте и надежности конструкции становится возможным эффективное использование при изготовлении зарядов смесей азидов и тетразолятов щелочных и щелочноземельных металлов с инертными наполнителями без окислителей, что позволяет значительно снизить температуру конденсированных остатков от газификации, а также массу и теплоемкость газоохладителя, так как он необходим для охлаждения последних порций газообразных продуктов.

Сравнение с предложенной конструкции с прототипом показывает, что она отличается иным исполнением корпуса, размещением заряда в корпусе без технологических зазоров, иным исполнением корпуса воспламенителя. Таким образом, предложенное обладает новизной.

Сравнение предложенной конструкции не только с прототипом, но и с другими аналогами, показало следующее.

В технике не известно конструкций воспламенителей с корпусами из эластичного материала. Не известно также и размещение газопроницаемых зарядов в корпусе без технологических зазоров. Предложенная же совокупность элементов конструкции предлагаемого устройства решает поставленную задачу. Действительно, выполнение корпуса воспламенителя в предложенном виде из эластичного материала позволяет ориентировать стакан с воспламенительным составом внутри корпуса устройства относительно капсюля, а благодаря деформированному при сборке корпусу воспламенителя между крышкой и торцем заряда предотвратить контакт частиц топлива с медным корпусом капсюля и продольные перемещения заряда при эксплуатационных нагрузках. При этом предотвращается возможность образования взрывоопасных продуктов и обеспечивается поджатие заряда в течение всего времени хранения. Размещение заряда в корпусе без технологических зазоров к тому же обеспечивает равномерное прохождение образовавшихся при горении газов по всему телу, газопроницаемого заряда, их охлаждение практически до первоначальной температуры заряда. Таким образом, достигается существенное упрощение конструкции (отсутствие бронировки заряда, его герметизации на выходе газов, упрощение корпуса воспламенителя), уменьшение габаритов (повышенная полнота заполнения, снижение объема фильтра), повышение надежности при эксплуатации. Этому же способствует выполнение корпуса устройства цельнотянутым с утонением в области выхода газов и герметичное крепление крышки с корпусом. Кроме того, отсутствие соплового насадка делает конструкцию более технологичной и универсальной в применении, так как она более компактна, имеет форму патрона и может быть использована в системах многоразового применения.

Предложенное исполнение конструкции устройства для генерирования инертного газа непосредственно из уровня техники не вытекает, для специалистов такое выполнение не было очевидным, а имеющиеся отличия непосредственно влияют на решение поставленной задачи. Это дает основание считать данное техническое решение обладающим изобретательским уровнем.

Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид конструкции в разрезе с одним из вариантов исполнения корпуса воспламенителя.

Устройство включает: цельнотянутый корпус 1, утонение в корпусе в области отверстия для выхода газов 2, крышка 3, капсюль 4, воспламенительный состав 5, размещенный в стакане эластичного корпуса 6 с центрирующим элементом в виде кольца, заряд газопроницаемого топлива 7, сетки 8, охладитель-фильтр 9, опорная перфорированная решетка 10.

Конструкция работает следующим образом.

Благодаря выполнению корпуса 6 воспламенителя из эластичного материала центрирующий элемент надежно ориентирует стакан с воспламенительным составом 5 относительно капсюля 4. При подаче команды на запуск от капсюля 4 воспламенитель срабатывает. Продукты сгорания воспламенителя попадают на размещенный без зазоров в корпусе 1 заряд газопроницаемого топлива 7 и зажигают его. Образовавшиеся газы, проходя по внутрипоровым каналам заряда, отдают ему свое тепло, вовлекая все новые слои заряда в процесс горения. При этом сами газы охлаждаются вплоть до начальной температуры заряда, и только продукты сгорания последних слоев топлива отдают свое тепло в блоке охладителя-фильтра 9. При достижении давления газов, превышающего прочность утонения 2 в корпусе 1, утонение разрывается, и через образовавшееся отверстие газы направляются в исполнительный механизм.

Предложенная конструкция не вызовет затруднений при реализации. Входящие в нее узлы изготавливаются промышленностью. Изготовление корпуса воспламенителя также не затруднительно. Он изготавливается предпочтительно из резины методом штамповки. Необходимость же в компактной, прочной и надежной конструкции для получения инертных газов не вызывает сомнений.

В настоящее время конструкция изготовлена и опробована в огнетушителях.

Формула изобретения

Устройство для получения инертного газа, содержащее цилиндрический корпус с крышкой с одной стороны и отверстием для выхода газов, закрытым мембраной, с другой, размещенные внутри корпуса капсюль-воспламенитель, воспламенитель, монолитный заряд газопроницаемого твердого химического топлива, газоохладитель-фильтр, опорную перфорированную решетку, отличающееся тем, что заряд размещен в корпусе без технологического зазора, корпус воспламенителя выполнен из эластичного материала и состоит из выполненных заодно стакана для воспламенительного состава, открытым концом обращенного к капсюлю, и центрирующего элемента, цилиндрический корпус устройства выполнен цельнотянутым, крышка герметично скреплена с корпусом, а мембрана выполнена в виде утонения в цельнотянутом корпусе в области отверстия для выхода газов.

РИСУНКИ

Рисунок 1