ГАЗОГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к области пиротехники и может быть использовано в системах вытеснения или аэрации жидкостей или порошков, для заполнения различных емкостей, а также в других областях техники, где требуются малогабаритные автономные источники инертного низкотемпературного газа.

Известны различные конструкции пиротехнических (твердотопливных) газогенераторов, содержащие корпус с размещенным в нем инициирующим устройством, воспламенителем, газогенерирующим зарядом и фильтром-охладителем [1-3], в которых горение основного заряда реализуется с использованием конвективной составляющей теплопроводности за счет вынужденной конвекции продуктов сгорания через исходное вещество.

Газогенератор [1] состоит из корпуса с газовыводом, узла воспламенения, газогенерирующего заряда и фильтра, установленного перед газовыводом. Газогенерирующий заряд выполнен в виде монолитного многоканального блока, в котором площадь каналов составляет 5-30% от площади торца блока.

Недостатком данной конструкции является сложность изготовления основного заряда, особенно в случае необходимости получения малогабаритного устройства для генерирования небольшого количества газа.

Газогенератор [2] содержит цилиндрический корпус с крышкой с одной стороны и отверстием для выхода газов, закрытое мембраной, с другой. Внутри корпуса размещены капсуль-воспламенитель, воспламенитель, монолитный заряд газопроницаемого твердого химического топлива, газоохладитель-фильтр и опорная перфорированная решетка. Заряд размещен в корпусе без технологического зазора, и фильтрация продуктов горения происходит через исходную смесь.

Недостатком данной конструкции является трудность изготовления газогенерирующего заряда с заданным уровнем газопроницаемости, особенно в случае необходимости получения малогабаритного устройства для генерирования небольшого количества газа, что приводит в свою очередь к низкой воспроизводимости параметров его срабатывания.

Газогенератор [3] содержит корпус с крышкой и газовыводом, а также газогенерирующий блок из поджатых друг к другу перемежающихся прокладок горючего и окислителя. Последние через имеющиеся центральные отверстия надеты на стержень, закрепленный на днище корпуса, и поджаты. Между газогенерирующим зарядом и корпусом газогенератора создан зазор, по которому образующиеся высокотемпературные газы омывают поверхность газогенерирующего блока, после прогрева которого происходит воспламенение последнего по внешней поверхности.

Недостатками данной конструкции является сложность изготовления на ее основе малогабаритного газогенератора и необходимость раздельного хранения прокладок горючего и тепловыделяющих прокладок, что усложняет эксплуатацию устройства.

Описываемая конструкция газогенератора наиболее близка по технической сущности и выбрана в качестве прототипа.

Задачей настоящего изобретения является снижение габаритно-массовых характеристик, повышение эксплуатационных возможностей газогенератора, работающего в автономном режиме.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого решения:

- автономность;

- малые габариты;

- высокое быстродействие (время срабатывания менее 1с);

- высокая надежность (не менее 0,9⁴ при доверительной вероятности 0,9);

- стабильные параметры срабатывания (среднее квадратическое отклонение времени срабатывания в диапазоне начальных температур от минус 50°С до плюс 50°С не превышает 5%);

- постоянная готовность к работе (в отличие от прототипа заявляемый газогенератор хранится в собранном виде);

- простота изготовления газогенерирующего заряда (метод прессования);

- получение низкотемпературного газа (температура генерируемого газа не превышает 50°С).

Указанный технический результат достигается тем, что в известном газогенераторе, содержащем корпус с газовыводом, пиротехнический газогенерирующий заряд, установленный в корпусе с боковым зазором, инициирующее устройство, расположенное со стороны, противоположной газовыводу, согласно изобретению газогенерирующий заряд выполнен из низкокалорийного пиротехнического состава с однородно перемешанными компонентами (горючего и окислителя), диаметр газогенерирующего заряда ниже критического диаметра горения пиротехнического состава при торцевом горении, а между газовыводом и газогенерирующим зарядом установлен фильтрующий элемент.

Изготовление газогенерирующего заряда из низкокалорийного пиротехнического состава позволяет получить газ с низкой температурой. Температуру газа дополнительно понижает и прохождение газа через фильтрующий элемент. Выполнение газогенерирующего заряда из спрессованного пиротехнического состава с однородно перемешанными горючим и окислителем значительно упрощает изготовление газогенератора и положительно влияет на его характеристики (время срабатывания, стабильность работы), а также позволяет хранить газогенератор в собранном и полностью готовом к работе состоянии. Выполнение газогенерирующего заряда диаметром меньше критического диаметра горения пиротехнического состава при торцевом горении решает задачу снижения габаритно-массовых характеристик, а установка газогенерирующего заряда с зазором в корпусе позволяет организовать горение заряда как по торцевой, так и по боковой поверхности, в результате чего увеличивается надежность газогенератора, стабилизируются параметры его срабатывания, повышается быстродействие. Установка на выходе газа фильтрующего элемента с нормированной пропускной способностью (~60-100 см³/атм·с) создает подпор из горячих продуктов горения и создает условия для быстрого и надежного горения газогенерирующего заряда, выполненного из низкокалорийного пиротехнического состава, имеющего диаметр меньше критического при торцевом горении.

На чертеже приведена схема заявляемого газогенератора.

Газогенератор содержит газогенерирующий заряд 1, размещенный в корпусе 2 с боковым зазором 3. Со стороны газовыхода 4 установлен фильтрующий элемент 5, который поджат гайкой 6. Инициирующее устройство 7 расположено со стороны, противоположной газовыводу 4. Вывод генерируемого газа осуществляется через газовыводное отверстие 4, расположенное в прижимной гайке 6.

Газогенератор работает следующим образом. При подаче электрического импульса на инициирующее устройство 7 форс пламени с него через воздушный зазор поджигает торцевую поверхность газогенерирующего заряда 1. Образовавшийся при горении торца пиротехнического заряда горячий газ, проходя по боковому зазору 3 к газовыводу 4, поджигает его боковую поверхность. Фильтрующий элемент 5 охлаждает и очищает выделяющийся газ, а также поддерживает давление газа в зоне горения низкокалорийного газогенерирующего пиротехнического состава на уровне, необходимом для устойчивого распространения реакции. Таким образом, горение основного состава происходит как в осевом, так и в диаметральном направлении, а отсутствие непосредственного контакта боковой поверхности газогенерирующего заряда с корпусом газогенератора приводит к уменьшению критического диаметра газогенерирующего пиротехнического состава в данной конструкции в 4-5 раз по сравнению с торцевым горением. Низкая калорийность пиротехнического состава газогенерирующего заряда и наличие фильтрующего элемента позволяют генерировать низкотемпературный чистый газ. Совокупность предлагаемых признаков изобретения позволяет получить малогабаритное газогенерирующее устройство низкотемпературного газа с высокой степенью надежности и стабильными параметрами срабатывания.

Было изготовлено и испытано 250 опытных образцов заявляемого газогенератора. Газогенерирующий заряд прессовался из пиротехнического состава на основе азида натрия и оксида железа (III) (6NаN₃+1,15Fе₂O₃) (калорийность 230 кал/г) до плотности 0,8 от кристаллической и имел следующие размеры: диаметр 12 мм, высота 12 мм (закладка по газу 900 см³). Фильтрующие элементы были изготовлены из пористой нержавеющей стали и имели пропускную способность 60-100 см³/атм·с). Газогенераторы имели следующие характеристики: диаметр 20 мм, высота 50 мм, масса 55 г, время срабатывания в температурном интервале от минус 50°С до плюс 50°С 0,60±0,03 с.

Применение в малогабаритном устройстве для генерирования небольшого количества газа газогенерирующего заряда, выполненного на основе низкокалорийного пиротехнического состава, введение бокового зазора между корпусом устройства и газогенерирующим зарядом, а также установка между газовыводом и газогенерирующим зарядом фильтрующего элемента позволяет обеспечить надежную работу последнего в температурном диапазоне от минус 50°С до плюс 50°С (надежность не менее 0,9⁴ при доверительной вероятности 0,9). Среднее квадратическое отклонение времени срабатывания составляет 5%.

Литература

1. Патент РФ №2050966, МПК⁶ В 01 J 7/00, публ. 27.12.95 г., бюл. №36.

2. Патент РФ №2069091, МПК⁶ В 01 J 7/00, А 62 С 13/00, F 23 R 5/00, публ. 20.11.96 г., бюл. №32.

3. Патент РФ №2100064, МПК⁶ В 01 J 7/00, F 02 К 9/10, публ. 27.12.97 г., бюл. №36 (прототип).