Результат интеллектуальной деятельности: Автономный газоструйный насос

Изобретение относится к средствам нагнетания текучей среды (воздуха или др. газовых смесей и моногазовых веществ, или воды и др. жидкостей) струйного типа с применением особых инициирующих сред, а именно - к газоструйным насосам, предназначенным для использования в полевых условиях и чрезвычайных ситуациях.

Газоструйные вакуум-насосы давно используются, в частности, в пожарной технике. Многие газоструйные эжекционные насосы, входящие в состав пожарных машин и др. специальных самоходных средств с ДВС, в качестве источника инициирующей струи используют выхлопные газы [Пожарная техника: Учеб. для пожарно-технич. училищ. В 2 ч. Ч. 1. Пожарно-техническое оборудование / А.Ф. Иванов и др. - М.: Стройиздат, 1988. - 408 с. - С. 310-312; Варганов В.А. и др. Определение параметров вакуумных насосов пожарных машин // В сб. науч. трудов «Проблемы развития пожарной техники». - М.: ВНИИПО, 1986. - 164 с. - С. 45-46].

В то же время расширяется использование автономных пиротехнических устройств различного назначения. Известны, в частности, применяемые в пожарном деле автономные системы противопожарной и противовзрывной защиты, в которых в качестве исполнительных элементов используются взрывоподавляющие гидроимпульсные устройства с пирозарядами [Мешман A.M., Некрасов В.П., Попов Б.Г. Исследование баллистики взрывоподавляющих гидроимпульсных устройств // В сб. науч. трудов «Проблемы развития пожарной техники». - М.: ВНИИПО, 1986. - 164 с. - С. 140].

Аналогом из числа упомянутых устройств является автономный газоструйный вакуум-насос, содержащий корпус с элементами присоединения к всасывающе-нагнетательной магистрали, эжектор с соплом и источник инициирующей газовой струи под давлением [Добровольский А.А., Перееслыцких Ф.Ф. Пожарная техника: Справочник. - К.: Технiка, 1981. - 240 с. - С. 162]. В нем источником инициирующей газовой струи служит система выхлопа основного двигателя (ДВС) транспортного средства (трактора). Такое устройство требует наличия ДВС, что сужает ее возможности как автономного устройства.

Потребность в заборе (перекачки) воды и др. жидкостей часто возникает в условиях отсутствия двигателей, топлива, электроэнергии и т.д. В частности - в экстремальных условиях (область деятельности подразделений МЧС) и в полевых условиях мирного и военного времени (экспедиции, военные действия и т.д.).

Другим аналогом заявляемого устройства является автономный газоструйный насос, содержащий корпус с элементами присоединения к всасывающей магистрали, эжектор с соплом и источник инициирующей газовой струи под давлением, выполненный в виде пиротехнического устройства с пороховым зарядом и средством его (пиротехнического устройства) инициирования [FR, 2373700, М. Кл. F04F 5/20, 1978].

В нем тем не менее отсутствуют элементы присоединения к нагнетательной магистрали, что сужает технико-эксплуатационные возможности, а для многократного использования насоса требуется временное прекращение работы и замена пиротехнического устройства с пороховым зарядом, причем с ручной разборкой-сборкой. Другим недостатком следует считать выполнение пиротехнического устройства (включая пороховой заряд) специальной конструкции, не использование принципа унификации с крупносерийными изделиями, в частности боеприпасами. Последнее положение касается и резервов использования «подручных средств» иного назначения.

Для устранения перечисленных недостатков устройства-аналога был разработан автономный газоструйный насос, который содержит корпус с элементами присоединения к всасывающей магистрали, эжектор, по крайней мере, с одним соплом и источник инициирующей газовой струи под давлением, выполненный в виде пиротехнического устройства с пороховыми зарядами и средством его инициирования, при этом корпус снабжен элементом присоединения к нагнетательной магистрали, а пороховые заряды выполнены в виде холостых патронов к огнестрельному стрелковому оружию [RU 2162550 С2, F04F 5/14, 27.01.2001].

В частных вариантах этого устройства предусмотрено огнестрельное стрелковое оружие, на корпусе установлено устройство присоединения упомянутого оружия с возможностью сообщения ствольной части и сопловых полостей, и, кроме того, предусмотрена возможность использования автоматического огнестрельного стрелкового оружия с возможностью стрельбы (инициирования) холостыми патронами.

Этот аналог тем не менее как показали последующие экспериментальные работы по реализации проекта, оказался еще недостаточно совершенным: даже при стрельбе очередью динамика (расход-давление) поступления пороховых газов непосредственно в сопло эжектора струйного насоса характеризуется чрезмерно выраженной неравномерностью по давлению, широким и быстрым «импульсным» изменением давления, что затрудняет формирование струи, благоприятной для реализации эжекционного эффекта. В результате, на практике не достигаются потребные технико-эксплуатационные характеристики насоса.

В сравнении с предыдущим аналогом, благодаря применению ресивера, в нем достигнуто повышение равномерности расхода и давления пороховых газов в эжекторе и, соответственно, рост его КПД, вследствие более эффективного эжекционного эффекта.

Однако, в прототипе, рассчитанном на источники инициирования газовой струи в виде специального пиротехнического устройства или холостых патронов огнестрельного оружия, конструктивно и функционально не обеспечена возможность работы насоса за счет энергии порохового метательного заряда боевых пулевых патронов, входящих в боекомплект огнестрельного оружия. Это существенно снижает возможности практического использования насоса.

Проблемой (задачей), на решение которой направлено заявленное изобретение, является расширение технико-эксплуатационных характеристик автономного газоструйного насоса путем обеспечения возможности применения боевых пулевых патронов.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что автономный газоструйный насос, содержащий корпус с элементами присоединения к всасывающей и нагнетательной магистралям, эжектор, по крайней мере, с одним соплом, ресивер с клапаном на входе, вентилем на выходе и устройством количественной оценки давления в ресивере, устройство соединения с источником инициирующей газовой струи под давлением, выполненным в виде патронов к огнестрельному стрелковому оружию, и средства срабатывания патронов, например, с упомянутым стрелковым оружием с возможностью сообщения ствольной части и сопловых полостей через ресивер, согласно заявляемому изобретению, дополнительно содержит пулеуловитель, в состав которого входят гаситель энергии пули и пулесборник, расположенные последовательно, непосредственно за упомянутым устройством соединения с источником инициирующей газовой струи, при этом предусмотрено устройство опорожнения пулесборника.

Решение проблемы (поставленной задачи) обеспечивается также дополнительными признаками устройства (в сочетании с указанными основными):

- гаситель энергии пули может быть выполнен в виде втулки с коническим каналом, сужающимся от диаметра более калибра пули до диаметра менее калибра пули, с возможностью полного выхода замедленной пули из канала в пулесборник, а последний снабжен наклонным отражателем, при этом втулка и отражатель выполнены из материала тверже пули, с возможностью существенной деформации пули без существенной деформации втулки и отражателя (это позволяет достаточно простым пассивным способом, на короткой дистанции, затормозить пулю с гашением большей части ее кинетической энергии, снизив динамическую нагрузку на отражатель и, в то же время, оставить канал пулеуловителя свободным и практически не сдеформированным, в отличие от пули, для приема последующих пуль, а также существенно не сдеформировав отражатель);

- устройство опорожнения пулесборника может быть конструктивно и функционально совмещено с устройством соединения с источником инициирующей газовой струи (это является наиболее простым частным случаем обеспечения опорожнения пулесборника по мере его заполнения или «в свободное время», непосредственно вытряхнув уловленные и сдеформированные пули);

- устройство опорожнения пулесборника может быть выполнено в виде лючка с задвижкой в корпусе на уровне пулесборника (это несколько усложненный конструктивно частный случай устройства, позволяющий, тем не менее, не отсоединять источник инициирующей газовой струи - оружие от корпуса для опорожнения пулесборника);

- гаситель энергии пули может быть выполнен сменным из предусмотренного семейства с различной геометрией (это расширяет номенклатуру боеприпасов, пригодных к применению в данном устройстве).

Среди известных аналогичных устройств не обнаружены такие, совокупность существенных конструктивных признаков которых совпадала бы с заявленной и которые обладали бы такой же технико-эксплуатационной возможностью.

На фиг. 1 показана схема автономного газоструйного насоса (АН) со встроенным пулеуловителем, пример со специальным источником инициирующей газовой струи (ИИГС); на фиг. 2 - схема автономного газоструйного насоса (АН) со встроенным пулеуловителем, пример с автоматическим оружием в качестве ИИГС; на фиг. 3 - пример конструкции пулеуловителя в составе АН (где d - калибр пули); на фиг. 4 - схема водозабора из открытого водоема с использованием АН; на фиг. 5 - схема водозабора с использованием насосной установки с основным насосом и с АН в качестве заливочного вакуум-насоса.

Автономный газоструйный насос содержит корпус 1 с элементами 2 и 3 (например, фланцевого типа) присоединения к всасывающей и нагнетательной магистралям соответственно, эжектор, по крайней мере, с одним соплом 4 и источник 5 инициирующей газовой струи (сплошные стрелки на фиг. 1) под давлением.

Источник 5, в общем случае, выполнен в виде пиротехнического устройства с пороховыми зарядами 6 и средством 7 инициирования (срабатывания) зарядов 6 (электрическим, механическим или др. из числа известных или создаваемых в будущем).

В частных случаях источник 5 может быть со спецзарядами (см. фиг. 1), либо в виде серийно выпускаемого (в настоящем, прошедшем или будущем времени) огнестрельного стрелкового оружия (ружья, пистолета, автомата, пулемета и т.д. - см. фиг. 2) с входящими в комплектацию как холостыми, так и боевыми пулевыми патронами калибра d (см. фиг. 3).

При использовании огнестрельного оружия 5 в корпусе 1 предусмотрено устройство 8 его крепления с возможностью сообщения ствольной части оружия и сопловой полости (сопловых полостей при системе нескольких сопел 4) между собой (на фиг. 2 показано схематично). Целесообразно дать ему более общее название: «устройство соединения с источником инициирующей газовой струи». Устройство 8 несложно сделать универсальным - для различных видов (типов) оружия.

Предпочтителен вариант с использованием автоматического оружия (см. фиг. 2) с возможностью стрельбы (инициирования) в режимах одиночными и очередями.

В любом из описанных частных примеров, различающихся конкретным исполнением (выбором) пиротехнического устройства, АН дополнительно содержит ресивер 9 с клапаном 10 на входе, вентилем 11 на выходе и устройством (прибором) 12 количественной оценки давления в ресивере 9 (как правило, статического давления в его полости - например, стрелочный или цифровой манометр), расположенный между соплом 4 и источником 5 инициирующей газовой струи под давлением.

В наиболее рациональном, рекомендуемом варианте выполнения АН, ресивер 9 снабжен усиленной теплоизоляцией его корпуса, например, выполнен с двойными стенками и/или с неметаллическим пористым кожухом (на фигурах не показано в связи с достаточностью словесного описания для инженеров в данной области знаний).

В первом приведенном примере заявленный насос используют в качестве основного (единственного) насоса (см. фиг. 4). При этом он подключен, посредством элемента 2, к всасывающей магистрали 13 (трубе, рукаву) с заборным фильтром 14, погружаемыми в открытый водоем (резервуар), и нагнетательную магистраль 15 (трубу, резервуар).

Во втором приведенном примере заявленный АН используют в качестве заливочного вакуум-насоса для улучшения условий работы основного насоса 16 необъемного вытеснения (см. фиг. 5). При этом он подключен не последовательно, как в первом случае, а параллельно. Позицией 17 обозначена напорная задвижка.

Характерной и главной конструктивной особенностью именно заявляемого АН является то, что он дополнительно содержит пулеуловитель 18 (см. фиг. 1-3), в состав которого входят гаситель 19 энергии пули 20 и пулесборник 21, расположенные последовательно (см. фиг. 3), непосредственно за устройством 8 соединения с источником 5 инициирующей газовой струи. При этом предусмотрено устройство 22 опорожнения пулесборника 21.

Ниже описаны частные случаи (примеры) выполнения АН - не обязательные, но рекомендуемые как рациональные.

Во-первых, гаситель 19 энергии пули 20 может быть выполнен в виде втулки (19) с коническим каналом 23, сужающимся от диаметра (на входе) более калибра d пули 20 до диаметра (на выходе) менее калибра d пули 20. С возможностью, тем не менее, полного выхода замедленной пули 20 из канала 23 в пулесборник 21, который, в свою очередь, снабжен наклонным отражателем 24. При этом втулка 19 и отражатель 24 выполнены из материала тверже пули 20, с возможностью существенной деформации в нем пули 20 без существенной деформации втулки 19 и отражателя 24.

Во-вторых, устройство 22 опорожнения пулесборника 21 может быть конструктивно и функционально совмещено с устройством 8 соединения с источником 5 инициирующей газовой струи, в частности, с оружием (5).

В-третьих, устройство 22 опорожнения пулесборника 21 может быть выполнено в виде лючка 25 с задвижкой 26 в корпусе 1 на уровне пулесборника 21.

В-четвертых, гаситель (втулка) 19 может быть выполнен(а) сменным(ой) из предусмотренного семейства с различной геометрией (диаметры канала 23, длина, конусность), что целесообразно по соображениям расширения номенклатуры применяемых боеприпасов (речь идет в основном о калибре d и могуществе боеприпасов).

Возможны другие варианты конкретного выполнения устройства в рамках заявленной совокупности существенных конструктивных признаков.

Устройство (АН) работает следующим образом.

Автономный газоструйный насос 1 предварительно присоединяют, посредством элементов 2, 3 к системе 9-11 (см. фиг. 4) или 9-13 (см. фиг. 5). Рекомендуется при использовании стрелкового оружия в качестве источника 5, раздельный монтаж корпуса 1 и (после его установки) - источника 5, который по завершении работы демонтируют и хранят отдельно.

Началом собственно работы устройства является приведение в действие средства 7 инициирования зарядов 6 (при использовании оружия - обычным спуском курка или нажатием кнопки).

При срабатывании спецзарядов или патронов (как холостых, так и пулевых 20) пороховые газы под давлением поступают через клапан 10 в ресивер 9 при предварительно закрытом вентиле 11. Контролируют давление газов в ресивере 9 по показаниям устройства (прибора) 12. При достижении «порогового» давления (в зависимости от особенностей типоразмера насоса и конкретных условий его эксплуатации) открывают вентиль 11. Пороховые газы под давлением устремляются из полости ресивера 9 через открытый вентиль 11 в полость сопла 4 и из него - в полость корпуса 1, являющуюся продолжением полости всасывающей магистрали (трубы, рукава) 9.

При наличии развитой теплоизоляции корпуса (стенок) ресивера 9, теплопередача от горячих пороховых газов в окружающую среду (атмосферу) семи ее видами (теплопроводностью, излучением и конвекцией) существенно понижена, в связи с чем давление газов в ресивере при закрытом вентиле 11 снижается медленнее, а при работе насоса (т.е. при открытом клапане 11) уменьшается, при прочих равных условиях, менее интенсивно.

За счет эжекционного эффекта в полостях корпуса 1 и магистрали 13 создается разрежение (вакуум) и жидкость из водоема (резервуара) засасывается в область разрежения.

С прекращением (или с предельным уменьшением эффективности, или еще до такового «в запас») эжекционного действия первой «порции» пороховых газов производят пополнение ресивера 9 следующим срабатыванием источника 5 в ручном или автоматическом режимах.

При использовании пулевых патронов вылетевшая из ствола оружия 5 пуля 20 проникает (см. фиг. 3) в канал 23 гасителя (втулки) 19 и, за счет его конусности с уменьшением диаметра до величины менее калибра d, интенсивно деформируется, замедляя свое движение (в общем случае поступательное и вращательное). И уже за пределами гасителя 19 попадает в пулесборник 21, где на излете ударяется в наклонный отражатель 24 и рикошетирует, падая в конце-концов на дно пулесборника 21 согласно действию гравитационного поля.

Последующие пули 20 повторяют «судьбу» первой, в совокупности образуя скопление стреляных пуль 20.

Во избежание переполнения пулесборника 21, его периодически опорожняют.

В примере с универсальным устройством 8 соединения с источником 5 инициирующей газовой струи, в частности, с оружием (5), источник 5 отсоединяют и стреляные патроны 20 высыпают наружу через открывшееся кольцевое отверстие (или отверстия в кольцевой перегородке, как это показано на фиг. 3).

Для замены гасителя (втулки) 19 на другой типоразмер, попутно извлекают (демонтируют) его и устанавливают другой.

В примере с лючком 25 с задвижкой 26 в корпусе 1 на уровне пулесборника 21, задвижку 26 открывают и высыпают стреляные пули 20 через открывшийся лючок 25.

По завершении описанных операций по опорожнению пулесборника 21 устройство естественно возвращают в исходное состояние для дальнейшего функционирования.

Выбор конкретных параметров (калибр патронов, интенсивность инициирования, величина «порогового» давления и т.д.) зависит от конкретных условий эксплуатации, назначения и конструктивных параметров в целом.

Таким образом, как и оба близких аналога (пиротехнические струйные насосы), также позволяют в полевых условиях и чрезвычайных ситуациях (при отсутствии источников электроэнергии, топлива и т.д.) производить откачку (перекачку) воздуха и др. газовых смесей и моногазовых веществ, или воды и др. жидкостей, в частности с использованием табельного (штатного) боевого оружия подразделений МЧС и охотничьего оружия экспедиций с большей эффективностью.

Однако использование данного изобретения существенно расширяет технико-эксплуатационные возможности насосов-аналогов за счет возможности использования боевых пулевых патронов в качестве источника инициирующей газовой струи благодаря улавливанию пуль в пределах самого устройства. То есть не требуется наличие холостых патронов и, тем более, кустарно «выковыривать» пули из патронов, переделывая из пулевых в холостые (что является грубым нарушением техники безопасности и отнимает дефицитное время).