Газогенератор

Изобретение относится к пиротехнике и может быть использовано в качестве источника газа, образующегося при сгорании твердого химического топлива. Газогенератор содержит корпус с газовыводом в виде отверстий на боковой поверхности корпуса, газогенерирующий и воспламенительный заряды, расположенные в корпусе и выполненные из пиротехнических составов. Инициирующий элемент расположен на одном из торцов, а фильтр установлен по боковой поверхности газогенерирующего заряда и на его торцах. Поверхность газогенерирующего заряда со стороны газовывода бронирована. Воспламенительный заряд установлен осесимметрично внутри газогенерирующего заряда со слоями, отходящими от осесимметричного слоя к периферии и соединенными с ним. Изобретение обеспечивает высокую стабильность и надежность работы в широком диапазоне начальных температур, генерирование газа с практически любой температурой, а также высокую чистоту генерируемого газа. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к пиротехнике, в частности 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 щелочных или щелочноземельных металлов, применяемых для наддува различных средств спасения, в противопожарных устройствах, а также других устройствах, использующих инертный низкотемпературный газ.

Известна конструкция устройства для получения газов [1]. Устройство состоит из корпуса с воспламенительным и газогенерирующим зарядами, фильтром, мембраной и сеткой, установленными перед газовыводом. Газогенерирующий заряд выполнен в виде монолитного многоканального блока, при этом площадь каналов составляет 5-30% от площади торца блока. В качестве инициирующего элемента используют капсюль или электровоспламенитель. Горение газогенерирующего заряда после инициирования происходит в режиме вынужденной конвекции продуктов сгорания через исходное вещество.

Недостатками конструкции являются сложность изготовления газогенерирующего блока и низкие эксплуатационные возможности, заключающиеся в невозможности генерирования газа с необходимой температурой по заданному закону.

Известна конструкция пиротехнического нагнетательного устройства для наддува амортизатора транспортного средства [2], которое содержит наружный и внутренний кожухи, две торцевые стенки, фильтр, расположенный между внутренним и наружным кожухами, газогенерирующий пиротехнический заряд, расположенный во внутреннем кожухе, и в качестве воспламенителя - инициирующий заряд из пиротехнического состава при насыпной плотности, расположенный вдоль оси газогенерирующего заряда. Горение газогенерирующего заряда происходит в радиальном направлении - от воспламенителя к фильтрующему устройству.

Недостатком данной конструкции является нестабильность инициирования и в связи с этим нестабильные времена работы газогенератора, обусловленные применением инициирующего заряда из пиротехнического состава при насыпной плотности. Кроме того, в описанной конструкции практически невозможно генерировать газ с необходимой температурой по заданному закону.

Известна конструкция пиротехнического газогенератора [3], состоящего из корпуса с газовыводом, газогенерирующего и инициирующего зарядов, расположенных в корпусе и выполненных из пиротехнических составов. Инициирующий заряд расположен по оси газогенерирующего заряда, и в одном варианте он выполнен в виде составного прессованного цилиндра, состоящего, как минимум, из двух продольных. В другом варианте инициирующий заряд выполнен в виде прессованного цилиндра с осевым отверстием, который также может быть выполнен составным, как минимум, из двух продольных частей. На одном из торцов газогенерирующего заряда установлен инициирующий элемент, а на другом торце и по боковой поверхности газогенерирующего заряда установлен фильтр. Поверхность газогенерирующего заряда со стороны газовывода бронирована. Горение газогенерирующего заряда происходит в радиальном направлении от воспламенительного заряда. Газ, выделяющийся при горении газогенерирующего состава, проходя через фильтр вдоль втулки, подается на газовывод из корпуса, который расположен в противоположном от инициирующего элемента торце.

Достоинствами этой конструкции являются высокая надежность и стабильность работы газогенератора.

Недостатками конструкции, на наш взгляд, являются сложность изготовления газогенератора и невозможность генерирования газа по заданному закону с необходимой температурой.

Описанная конструкция газогенератора наиболее близка по технической сущности к заявляемому техническому решению и выбрана в качестве прототипа.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение эксплуатационных возможностей газогенератора путем создания условий для надежного и стабильного генерирования газа по заданному закону с необходимой температурой.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого решения:

1. Высокая стабильность работы газогенератора в широком диапазоне начальных температур (от минус 50°С до 50°С);

2. Высокая надежность работы газогенератора (превышает 0,999 при уровне доверия 0,9);

3. Возможность реализации практически любого закона создания давления;

4. Генерирование газа с практически любой температурой (от 50°С до 1000°С);

5. Высокая чистота генерируемого газа.

Для решения поставленной задачи в известном газогенераторе, содержащем корпус с газовыводом, газогенерирующий и воспламенительный заряды, расположенные в корпусе и выполненные из пиротехнических составов, при этом воспламенительный заряд установлен осесимметрично внутри газогенерирующего заряда, инициирующий элемент установлен на одном из торцов, фильтр установлен на боковой поверхности газогенерирующего заряда и на его торце, противоположном инициирующему элементу, при этом поверхность газогенерирующего заряда со стороны газовывода бронирована, согласно изобретению воспламенительный заряд дополнительно содержит слои воспламенительного состава, отходящие от осесимметричного слоя к периферии и соединенные с ним, при этом один из слоев может быть расположен вдоль торцевой поверхности со стороны инициирующего элемента. Газовывод выполнен в виде отверстий на боковой поверхности корпуса, а фильтр дополнительно установлен на торце газогенерирующего заряда со стороны инициирующего элемента. Воспламенительный заряд может быть выполнен в виде цельного или полого прессованного цилиндра. Между корпусом и торцевыми фильтрами установлены коллекторы газа, а на боковой поверхности корпуса с внешней стороны напротив газовывода установлен рассекатель газовых потоков.

Выполнение воспламенительного заряда со слоями воспламенительного состава, отходящими от осесимметричного слоя к периферии и соединенными с ним, значительно повышает надежность и стабильность работы газогенератора за счет увеличения поверхности инициирования газогенерирующего заряда, что приводит к существенному уменьшению влияния начальной температуры на параметры срабатывания газогенератора. Оптимальный результат достигается в случае, когда один из слоев расположен вдоль торцевой поверхности со стороны инициирующего элемента. Кроме того, имеет место упрощение технологии изготовления газогенерирующего заряда по сравнению с прототипом, что приводит к уменьшению технологических разбросов, и как следствие, к увеличению стабильности работы газогенератора.

Вариации количества, диаметра и расположения отходящих от центрального воспламенительного заряда слоев, в том числе и слоя воспламенительного состава, расположенного вдоль торцевой поверхности со стороны инициирующего элемента, бронировка боковой поверхности брикета позволяют, в отличие от прототипа, менять площадь поверхности инициирования и соотношение количеств газогенерирующего состава, сгорающего с фильтрацией газа через несгоревшую смесь и шлаки (соотношение скоростей в указанных режимах горения примерно 3-5:1, в зависимости от используемого газогенерирующего состава, соответственно), что позволяет реализовать практически любой закон создания давления и регулировать температуру выделяющегося газа. Кроме того, выполнение газовывода в виде отверстий на боковой поверхности корпуса и наличие фильтров, установленных на обоих торцах и по внешней боковой поверхности бронировки газогенерирующего заряда, также позволяет регулировать температуру генерируемого газа и, кроме того, очищать его от продуктов горения.

Установка между корпусом газогенератора и торцевыми фильтрами коллекторов газа позволяет в случае необходимости снизить силовую нагрузку на корпус за счет увеличения пропускной способности фильтрующей системы.

Установка на боковой поверхности корпуса с внешней стороны напротив газовывода рассекателя газовых потоков позволяет в случае необходимости уменьшить силовую нагрузку на приемник газа.

На чертеже приведена схема заявляемого газогенератора.

Газогенератор содержит силовой корпус 1 с газовыводами 2. В корпусе размещены газогенерирующий заряд 3, воспламенительный заряд 4 в виде цилиндра со слоями, отходящими от осесимметричного слоя к периферии и соединенными с ним, фильтры 5 установлены на обоих торцах и по внешней боковой поверхности бронирующей втулки 6 газогенерирующего заряда 3. Между корпусом 1 и торцевыми фильтрами 5 установлены коллекторы газа 7, а на внешней боковой поверхности корпуса 1 у газовыводных отверстий 2 установлен рассекатель газовых потоков 8 с газовыводами 9. Задействование газогенератора производится с помощью инициирующего элемента 10.

Газогенератор работает следующим образом. При подаче команды задействования на инициирующий элемент 10 форс пламени с него зажигает воспламенительный состав 4, который в свою очередь формирует фронт горения газогенерирующего заряда 3 по всей поверхности их контакта. Далее горение газогенерирующего заряда происходит в осевом и радиальном направлениях, причем образующийся газ проходит к торцевым фильтрам 5 как через шлаки, так и через несгоревший газогенерирующий состав, отдавая ему часть тепла, очищаясь и охлаждаясь. Бронировка боковой поверхности газогенерирующего заряда 3 втулкой 6 исключает возможность прямого прохождения загрязненного и горячего газа из зоны горения через газовыводные отверстия 2. Далее образовавшийся газ проходит через торцевые фильтры 5 и коллекторы 7 (в варианте с ними) к боковым фильтрам 5, и, пройдя по ним, очищенный и охлажденный до необходимой температуры газ выходит через газовыводные отверстия 2, расположенные по боковой поверхности корпуса 1 примерно на половине его высоты, либо непосредственно в приемник, либо в варианте с рассекателем 8 газовые струи рассекаются им и выходят в приемник через газовыводные отверстия 9.

Экспериментальные данные подтверждают стабильность работы и широкие эксплуатационные возможности заявляемого газогенератора. Так было собрано и сработано по 10 газогенераторов с закладками по газу 60 дм³, 120 дм³, 250 дм³ и 500 дм³ с различными количеством, диаметром и расположением отходящих от центрального цилиндра слоев воспламенительного состава. Получено, что при изменении начальной температуры опыта от минус 50°С до 50°С время срабатывания газогенераторов изменялось не более чем на 20%, температура генерируемого газа при этом в различных исполнениях воспламенительного заряда менялась от 50°С до 1000°С, а время срабатывания от 0,2 до 5 с, при этом в приемник поступал практически чистый газ. Проведенные опыты подтвердили высокую надежность работы заявляемого газогенератора.

Литература

1. Способ получения газов и устройство для его осуществления. Патент РФ №2050966. Опубликован 27.12.95. Бюл. №36, МПК⁶ В 01 J 7/00.

2. Заявка Великобритании №1531955, опубликована 15.11.78, МПК⁶ F 23 R 3/00.

3. Газогенератор (варианты). Патент РФ №2211064. Опубликован 27.08.2003. Бюл. №24, МПК⁷ А 62 С 13/22, В 01 J 7/00.

1. Газогенератор, содержащий корпус с газовыводом, расположенные в корпусе газогенерирующий и воспламенительный заряды, выполненные из пиротехнических составов, при этом воспламенительный заряд установлен осесимметрично внутри газогенерирующего заряда, инициирующий элемент на одном из торцов, фильтр, установленный по боковой поверхности газогенерирующего заряда и на его торце со стороны, противоположной инициирующему элементу, при этом поверхность газогенерирующего заряда со стороны газовывода бронирована, отличающийся тем, что газовывод выполнен в виде отверстий на боковой поверхности корпуса, воспламенительный заряд дополнительно содержит слои, отходящие от осесимметричного слоя к периферии и соединенные с ним, а фильтр дополнительно установлен на торце газогенерирующего заряда со стороны инициирующего элемента.

2. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что дополнительные слои воспламенительного заряда расположены радиально осесимметричному слою.

3. Газогенератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что один из дополнительных слоев воспламенительного заряда расположен вдоль торцевой поверхности со стороны инициирующего элемента.

4. Газогенератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что на торцевых поверхностях газогенерирующего заряда между фильтром и корпусом установлены коллекторы.

5. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что на наружной боковой поверхности корпуса напротив газовывода установлен рассекатель газовых потоков.