Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ПИРОТЕХНИЧЕСКОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
ПИРОТЕХНИЧЕСКОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ПИРОТЕХНИЧЕСКОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: относится к устройствам для разогрева различных веществ. Сущность изобретения: пиротехническое нагревательное устройство состоит из корпуса 1 с отверстиями, в корпусе 1 расположена шашка пиротехнического состава 3 с воспламенителем 2 и прокладка, выполненная в виде секторных элементов 4, отделяющих шашку от стенок корпуса, причем для обеспечения разогрева до температуры существования самоподдерживающегося горения заряда, изготовленного из перемещенных компонентов в соотношении больше верхнего концентрационного предела горения при температуре применения устройства, секторные элементы изготовлены из пиротехнической малогазовой смеси с самораспространяющимся горением толщиной и шириной больше критических и удовлетворяющих соотношению приведенному в описании и формуле изобретения. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2007688
Класс(ы) патента: F42B4/00
Номер заявки: 4929482/23
Дата подачи заявки: 19.04.1991
Дата публикации: 15.02.1994
Заявитель(и): Колединский Г.М.; Кашпоров Л.Я.; Максимов Н.Н.; Горшков А.А.; Алексеев А.А.; Порядин А.А.
Автор(ы): Колединский Г.М.; Кашпоров Л.Я.; Максимов Н.Н.; Горшков А.А.; Алексеев А.А.; Порядин А.А.
Патентообладатель(и): Колединский Геннадий Михайлович
Описание изобретения: Изобретение относится к устройствам для разогрева различных веществ.
Известно пиротехническое нагревательное устройство, содержащее корпус с отверстиями, в котором расположена шашка пиротехнического состава с воспламенителем, включающего горючее и окислитель, а между корпусом и шашкой установлена прокладка.
Недостатком таких нагревательных устройств является то, что горение их зарядов приводит к локальному перегреву массы нагревательных веществ (при подогреве пищи, она пригорает; нагреваемые вещества разлагаются и т. д. ). Это обусловлено тем, что тепловыделение осуществляется практически во фронте горения. Во фронте горения достигается высокая температура, которая в течение времени уменьшается и определяется интенсивностью теплоотвода к корпусу.
Эта высокая температура и вызывает перегрев нагреваемых веществ, особенно, когда вещества принудительно не перемешивают. Введение инертных теплоизолирующих прокладок между корпусом и зарядом не приведет к увеличению времени тепловыделения, а только снизит общее тепловыделение с объема устройства.
Целью изобретения является повышение эффективности действия.
Эта цель достигается за счет того, что в пиротехническом нагревательном устройстве, содержащем корпус с отверстиями, в котором расположена шашка пиротехнического состава с воспламенителем, включающего горючее и окислитель, а между корпусом и шашкой пиротехнического состава установлена прокладка, горючее пиротехнического состава взято в избытке, а прокладка выполнена в виде расположенных равномерно друг от друга секторных элементов, изготовленных из пиротехнической малогазовой смеси с самораспространяющимся горением толщиной и шириной больше критических параметров и удовлетворяющих соотношению
Πr>ah>Πr, где h, a - толщина и ширина прокладок;
r - радиус шашки пиротехнического состава;
κ - его температуропроводность, скорость горения при разогреве;
Тг - температура горения прокладок;
Тпл, Тв - температура плавления шашки, температура воспламенения шашки при разогреве до температуры существования самораспространяющегося горения со скоростью Vо;
То - начальная температура устройства; а температуропроводность прокладок меньше температуропроводности шашки.
Выполнение прокладки из малогазовой смеси с самораспространяющимся горением обеспечивает нагрев шашки до температуры, при которой соотношение компонентов шашки находится в концентрационных пределах горения, а ширина и толщина прокладок больше критических ширины и толщины и удовлетворяют соотношению
, а температуропроводность прокладок меньше κ, является элементом, обладающим существенным отличием, т. к. во взаимосвязи с известными элементами он образует новую совокупность признаков, обеспечивающих выполнение устройства новой функции: снижение максимальной температуры разогрева корпуса обеспечивается за счет возможности использования шашки с соотношением компонентов больше верхнего концентрационного предела горения, повышение длительности тепловыделения обеспечивается за счет возможности горения шашки с соотношением компонентов больше верхнего концентрационного предела горения и длительного тепла выделения за счет подвода внешней атмосферы к реакционноспособным с ней конденсированным продуктом сгорания шашки, а образование высокотемпературных конденсированных продуктов с низким давлением их насыщенных паров приводит к существованию только самоподдерживающегося потока внешней атмосферы к шашке и отсутствию выноса газообразных продуктов неполного сгорания.
На фиг. 1 изображено нагревательное устройство, продольное сечение; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.
Нагревательное устройство содержит корпус 1, воспламенитель 2, шашку 3, секторные элементы 4, вышибную диаграмму 5, каналы 6.
В корпусе 1 с воспламенителем 2 расположена шашка 3, которая отделена от корпуса секторными элементами 4, между которыми образованы каналы 6 для воздуха.
Шашку 3 изготавливали следующим образом: выбирались компоненты, которые после перемешивания и сгорания понижали бы давление воздуха в корпусе меньше атмосферного, т. е. образовывались продукты сгорания с низким давлением насыщенных паров. Для этой цели был проведен анализ существующих исследований и установлено, что металлы - цирконий, титан, магний и некоторые сплавы магния с алюминием вступают в реакцию не только с воздухом, но и с углекислым газом.
Известно, например, что цирконий и его окислы имеют температуру кипения при атмосферном давлении более 3000 К, т. е. цирконий может быть одним из основных горючих шашки. Для экспериментального подтверждения возможности использования циркония в заряде использовали известную безгазовую смесь циркония и хромата бария, с содержанием первого 60-65% , что меньше 80% - предела устойчивого горения при нормальной температуре. Смесь 20 г сжигали в бомбе постоянного объема 300 см3, снабженной мановакууметром. После сжигания и охлаждения продуктов сгорания давление воздуха составило 0,6-0,8 атмосферного давления.
Однако, температура горения вышеуказанной смеси составляла 2000 К.
Для ее снижения и увеличения длительности реагирования шашки с атмосферой была изготовлена вышеуказанная шашка на 90% циркония, остальное - хромат бария. Для обеспечения коэффициента уплотнения 0,6-0,7 в смесь вводили 5% (сверх 100% ) высокомолекулярного наполнителя, что позволило обеспечить незамкнутость пор по всей шашке. Шашку изготавливали диаметром 8 мм, длиной 40 мм.
В соответствии с тем, что повышение температуры переводит малогазовый состав в область существования горения, для подогрева шашки использовали три прокладки из стехиометрической смеси циркония хромата бария с вышеуказанным наполнителем размерами 5 х 45 х 1 мм. Этим обеспечивались каналы между прокладками для доступа воздуха к шашке и нагрев шашки. Кроме того, температуропроводность прокладок меньше температуропроводности шашки.
Толщина прокладок больше 0,3 мм - критической толщины горения, ширина больше 1 мм - критической ширины горения. Этим обеспечивается существование горения прокладок между корпусом и шашкой.
Нагрев шашки не должен осуществляться выше температуры плавления. Поскольку произведение плотности на теплоемкость у всех веществ примерно одинаково, условие разогрева меньше температуры плавления можно записать в виде
ha<Π>r.
Для осуществления горения смесей, с содержанием компонентов больше верхнего концентрационного предела, необходимо повысить начальную температуру. Обычно это определяется экспериментально, но в первом приближении можно оценить повышение температуры аналогично
I2= I1+ , где I2, I1 - концентрационные пределы при температурах Т2, Т0соответственно, Тг - температура горения вблизи I1.
На пределе горения вышеуказанная смесь с 80% содержанием циркония имеет Тг ≈ 1500 К.
Принимая I1 = 80; I2 = 90% используемое соотношение компонентов в шашке получим, что необходимо повышение температуры на ≈150 К. Прокладки должны обеспечить нагрев прилегающей части шашки толщиной больше критической до этой температуры. Это условие необходимое.
Прокладки должны создавать в подогретой шашке зону зажигания, которую в первом приближении можно оценить по запасу тепла в прогретом слое, т. е. qв ≈ (Тв2о ρoπr2κ/Vo.
этот запас должен обеспечить прокладки, контактирующие с торцем шашки, т. е.
ahrcρ(Τг-T0)>ahrcρ(Tв-T0)+ΠrC0ρ0(Tв-T0) или ah>Πr2 .
Поскольку для малогазовых систем Tв близка к Tг, то величина запаса тепла в прогретом слое превышает количество тепла, необходимое для увеличения температуры шашки с Tо до T2. Поэтому ширина и толщина прокладок должна удовлетворять соотношению
Πr>ah>Πr.
Для тугоплавких компонентов левая часть последнего соотношения очень велика (при Тпл > Тг следует принять равной бесконечности).
Оценка для примененной шашки при Тпл ≈1000 К дает величину левого соотношения ≈ 35 мм2.
Правая часть κ /Vо ≈ 1 мм, Tв ≈ 800 К равна 5 мм2, т. е. 35 мм2 > 15 мм2 > 5 мм2
Таким образом, выбранные параметры пиротехнического нагревательного устройства обеспечивают его следующее функционирование.
При срабатывании воспламенителя 2 зажигаются кромки прокладок 4, обращенные к воспламенителю. Горение распространяется по прокладкам между корпусом и шашкой. При достижении определенного давления газообразных продуктов сгорания воспламенителя и (или) прокладок вскрывается диафрагма 5 (служащая для исключения воздействия на пиротехнические смеси пыли, влаги и т. д. ), выпуская газообразные продукты в атмосферу. При горении прокладок прогревается корпус 1 и шашка 2. Корпус не перегревается, т. к. прокладки контактируют только с частью поверхности корпуса, и тепловой поток от продуктов сгорания прокладок "растекается" по корпусу.
Температуропроводность прокладок меньше температуропроводности шашки и при продвижении фронта горения по прокладкам температура прогрева шашки увеличивается и достигает максимального значения у торца шашки, облегчая его воспламенение при сгорании прокладок, контактирующих с торцом.
Сгорает шашка 2, и в корпусе 1 образуется пониженное давление, поэтому воздух через отверстия 5 к высокотемпературным конденсированным продуктам сгорания шашки, реагируя с недогоревшим активным горючим по всему объему шашки, т. к. поры незамкнуты.
Этим обеспечивается длительное тепловыделение. Тепловые потеpи из шашки осуществляются через прокладки, которые при длительном тепловыделении выполняют роль теплоизоляторов и корпус не перегревается.
Применение данного устройства, с вышеуказанными прокладками и шашкой в металлической трубке диаметром 10 мм, позволило снизить температуру трубок с заданным теплоотводом с 600оС до 400оС, увеличив приблизительно в 4 раза интервал времени, в течение которого температура трубок не меньше 300оС. (56) Шидловский А. А. Пиротехника в народном хозяйстве. , М. : Машиностроение. , 1978 г. , стр. 178-179.
Формула изобретения: ПИРОТЕХНИЧЕСКОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус с отверстиями, в котором расположена шашка пиротехнического состава с воспламенителем, включающего горючее и окислитель, при этом между корпусом и шашкой пиротехнического состава установлена прокладка, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности действия, в нем горючее пиротехнического состава взято в избытке, а прокладка выполнена в виде расположенных равномерно друг от друга секторных элементов, изготовленных из пиротехнической малогазовой смеси с самораспространяющимся горением толщиной и шириной больше критических и удовлетворяющих соотношению
Πr>ah>Πr,
где h, a - толщина и ширина прокладок;
r - радиус шашки пиротехнического состава;
κ, U0 - температуропроводность и скорость горения шашки при разогреве;
Tг - температура горения прокладок;
Tпл, Tв - температура плавления и температура воспламенения шашки при подогреве до температуры, при которой существует самораспространяющееся горение со скоростью u0;
T0 - начальная температура.