ПИРОЭНЕРГОДАТЧИК

Устройство относится к области воспламенения пороховых и пиротехнических зарядов и может быть применено при разработке конструкции пиропатронов для использования в качестве источника давления для срабатывания запорных механизмов, обеспечивающих перемещение исполнительных механизмов пироавтоматики систем пожаротушения.
Известно электровоспламенительное устройствво (описание к патенту RU 2196954, опубликовано 20.01.2003), которое содержит корпус, в котором последовательно установлены: инициирующий узел с выводными проводниками в виде штырей, образующих контактную вилку в изоляторе, мостиками накаливания и инициирующим зарядом, отделенный от инициирующего заряда компенсирующей шайбой и обтюрирующим устройством, пиротехнический заряд с герметизирующим донышком, размещенный в цилиндрическом колпачке с радиальными отбортовками.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и высокая трудоемкость изготовления.
Известен, принятый за прототип, пироэнергодатчик ПДО (патент RU 2088886, МПК F42B 3/12, оп. 27.08.1997), который содержит электровоспламенительный узел с проводниками, проходящими сквозь изолятор, мостиками накаливания и инициирующим зарядом, передаточный и пиротехнический заряды, которые отделены от электровоспламенительного узла компенсирующим диском из диэлектрика и обтюрирующим устройством. Обтюрирующее устройство включает обтюрирующий конус, колосниковую решетку, с гнездом для передаточного заряда. Пиротехнический заряд закрыт колпачком и поджат вмонтированной в дульце корпуса форсажной втулкой.
Недостатки:
- недостаточная надежность функционирования при использовании в системах пожаротушения;
- высокая скорость нарастания давления продуктов сгорания;
- высокая величина тока гарантированного срабатывания, что не дает при требуемых низких токах привести устройство в действие;
- высокая величина безопасного тока и недостаточное время его подачи для обеспечения безопасной проверки целостности электрической цепи систем пожаротушения.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является:
- повышение надежности функционирования систем пожаротушения за счет снижения скорости сгорания пиротехнического заряда в пироэнергодатчике;
- снижение величины тока гарантированного срабатывания и увеличение времени безопасной проверки целостности электрической цепи систем пожаротушения за счет замены мостиков накаливания.
- снижение технологических операций за счет упрощения конструкции.
2
Указанный технический результат достигается пироэнергодатчиком, в корпусе которого размещены электровоспламенительный узел, включающий проводники, проходящие сквозь изолятор, мостики накаливания и инициирующий заряд, компенсирующий диск из диэлектрика, передаточный и пиротехнический заряды, полученные методом прессования из соответствующих воспламенительных составов, согласно патентуемому техническому решению, в нем воспламенительные составы передаточного и пиротехнического зарядов последовательно запрессованы под давлением 1900-2100 кгс/см в донной части цилиндрической гильзы, которая вмонтирована в ответной цилиндрической полости корпуса с упором в компенсирующий диск из диэлектрика, при этом донная часть гильзы выполнена с отверстием для выхода газов и загерметизирована компаундом.
В преимущественном варианте исполнения полезной модели воспламенительный состав передаточного заряда содержит, масс. %: железистосинеродистый свинец - 45, перхлорат калия - 55, каучук в качестве технологической добавки 2, сверх 100%, а воспламенительный состав пиротехнического заряда содержит, масс. %: алюминиевая пудра - 25, перхлорат калия - 75, каучук в качестве технологической добавки 5, сверх 100%.
Целесообразно мостики накаливания выполнять из нихромовой проволоки диаметром 0,024 мм.
Патентуемое техническое решение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан пироэнергодатчик;
на фиг. 2 - типовая осциллограмма испытания изделий;
на фиг. 3 - зависимость давления срабатывания пироэнергодатчика от объема;
на фиг. 4 - схема проверки устройства на безопасность от постоянного тока.
На фиг. 1, 4 приняты обозначения:
1 - корпус;
2 - проводники;
3 - изолятор;
4 - мостики накаливания;
5 - инициирующий заряд;
6 - компенсирующий диск из диэлектрика;
7 - передаточный заряд (воспламенительный состав СгСж45П55К2);
8 - пиротехнический заряд (воспламенительный состав СгАп25П75К5);
9 - гильза;
10 - компаунд;
11 - пироэнергодатчик;
R - сопротивление;
V - вольтметр;
Тр - транзистор.
Пример 1 конкретного исполнения.
2
Пироэнергодатчик (фиг. 1) содержит корпус 1, в котором размещены электровоспламенительный узел, включающий проводники 2, проходящие сквозь изолятор 3, мостики накаливания 4 и инициирующий заряд 5, компенсирующий диск из диэлектрика 6, передаточный и пиротехнический заряды 7 и 8, полученные методом прессования из соответствующих воспламенительных составов, в нем воспламенительные составы передаточного и пиротехнического зарядов 7, 8 последовательно запрессованы под давлением 2000 кгс/см в донной части цилиндрической гильзы 9, которая вмонтирована в ответной цилиндрической полости корпуса 1 с упором в компенсирующий диск из диэлектрика 6, при этом донная часть гильзы 9 выполнена с отверстием для выхода газов и загерметизирована компаундом 10.
Воспламенительный состав, прессованием которого в донной части гильзы образован передаточный заряд, содержит следующие компоненты, масс. %: железистосинеродистый свинец - 45, перхлорат калия - 55, каучук в качестве технологической добавки 2, сверх 100%, а воспламенительный состав, прессованием которого в донной части гильзы образован пиротехнический заряд, содержит, масс. %: алюминиевая пудра - 25, перхлорат калия - 75, каучук в качестве технологической добавки 5, сверх 100%.
Проводники 2 соединены попарно мостиками накаливания 4 из нихромовой проволоки диаметром 0,024 мм, поверх которых помещен инициирующий заряд 5.
Гильза 9 выполнена тонкостенной. Компенсирующий диск 6, выполнен из фторопласта-4, толщиной 0,5-0,6 мм, защищает инициирующий заряд 5 от деформации и разрушения при механических нагрузках и криогенных температурах, а также от статического электричества.
Высота запрессованных зарядов от 6,0 до 6,4 мм, промежуток (без позиции) между компенсирующим диском 6 и передаточным зарядом 7 (высота свободного пространства гильзы 9), необходимый для обеспечения нужной скорости нарастания давления, составит от 13,60 до 14,28 мм.
Примеры 2 и 3 отличаются от примера 1 давлением прессования зарядов, что в свою очередь непосредственно влияет на скорость горения, промежуток времени от начала подъема кривой давления до максимального давления и давление, развиваемое устройством. Сравнительные характеристики прототипа и полезной модели приведены в таблице.
Работа устройства.
При подаче электрического тока на мостики накаливания 4 последние нагреваются и воспламеняют инициирующий заряд 5, от форса пламени которого срабатывают передаточный и пиротехнический заряды 7, 8, давлением газов которых совершается работа по срабатыванию агрегатов (или форсом пламени зажигается соответствующий воспламенитель).
Исключение форсажной втулки и обтюрирующего устройства, включающего обтюрирующий конус и колосниковую решетку, замена колпачка для пиротехнического заряда на гильзу цилиндрической формы упрощает конструкцию (фиг. 1), уменьшает технологические операции, снижает стоимость производства.
Получение технического результата в части упрощения конструкции прототипа и снижения технологических операций стало возможным благодаря использованию в конструкции пироэнергодатчика зарядов с заданными характеристиками (приведены в таблице). Это было достигнуто без изменения рецептуры воспламенительных составов передаточного и пиротехнического зарядов прототипа за счет подбора давления прессования.
2
В результате использования в конструкции пироэнергодатчика зарядов 7, 8, образованных последовательной запрессовкой воспламенительных составов в донной части гильзы под давлением 1900-2100 кг/см, отпала необходимость в обтюрирующем устройстве и форсажной втулке, которые необходимы в конструкции прототипа. Увеличение давления прессования изменило свойства полученных зарядов, уменьшив скорость горения. Использование таких зарядов в конструкции пироэнергодатчика позволило увеличить время его эффективной работы и достичь необходимую скорость нарастания давления. Обеспечено надежное перемещение исполнительных механизмов пироавтоматики систем пожаротушения, при этом не оказывается чрезмерной нагрузки на отдельные узлы, что гарантирует отсутствие разрушения отдельных деталей и узлов и позволяет многократно использовать соответствующие пиромеханизмы.
Выбор требуемого диаметра для мостика накаливания исходил из требования более высокого электрического сопротивления:
уд
где R - удельное электрическое сопротивление мостика накаливания,
- длина мостика накаливания, мм,
2
S - площадь поперечного сечения мостика накаливания, мм.
min
Расчет минимального тока срабатывания I изделий с нихромовыми мостиками накаливания производился по эмпирической формуле, мА:
где d - номинальный диаметр мостика накаливания, мкм.
Гарантированный ток срабатывания изделия берется как пятикратное значение минимального тока срабатывания.
Использование мостиков накаливания 4 диаметром 0,020-0,024 мм из нихромовой проволоки Х20Н80-ВИ (ГОСТ 8803-89, ТУ 14-4-1285-84) вместо проволоки диаметром 0,030 мм позволяет:
- увеличить сопротивление каждого мостика устройства до 7 Ом;
- снизить величину тока гарантированного срабатывания до 0,7 А;
- увеличить величину безопасного тока и время его подачи для обеспечения безопасной проверки целостности электрической цепи с 0,15 А в течении 5 с до 0,10 А в течение 5 минут.
3
Испытание пироэнергодатчика на безотказность действия с одновременным определением давления и времени срабатывания проводят в соответствии с ОСТ В 84-911 при записи процесса на измерительной аппаратуре регистрации давления «Нейва 10000» при срабатывании в герметичный объем (12,5±0,25) см от импульса постоянного тока (0,70±0,05) А, подаваемого на один мостик, длительностью не менее 0,01 с.
Подрыв устройства проводят в соответствии с ОСТ В 84-1547.
В измерительной аппаратуре «Нейва 10000» присутствует пьезодатчик. При подаче тока давление продуктов срабатывания изделий воспринимается датчиком, сигнал с датчика поступает на аппаратуру и измерительная машина рисует кривую давления. В том случае, если кривая давления пропорциональна заданному импульсу тока - система работает штатно.
При этом:
2
- давление развиваемое устройством, должно быть (150-200) кгс/см;
- промежуток времени от момента подачи тока на устройство до начала подъема кривой давления не должен быть более 0,02 с;
- промежуток времени от начала подъема кривой давления до максимального давления не должен быть более 1,5 с.
На фиг. 2 показано измерение характеристик работоспособности пироэнергодатчиков после пропускания тока. На графике видно, что при прохождении тока происходит срабатывание пироэнергодатчика, возгорание инициирующего, и воспламенительных зарядов, что обеспечивает необходимый объем газов.
3
Значения номинальных давлений, развиваемых пироэнергодатчиком при срабатывании в герметичные объемы от 1 до 20 см от импульса тока (0,70±0,05) А, длительностью не менее 0,01 с представлены на фиг. 3. Разброс от номинальных значений давлений допускается в пределах ±20%.
Испытание пироэнергодатчика на безопасность от постоянного тока проводят в соответствии с ОСТ В 84-1546-90 (фиг. 4).
Пироэнергодатчик подключается к испытательной аппаратуре. В качестве испытательного устройства используется приспособление чертежа MP 7805-4436-0000. Изделия подключают к ответной части разъема приспособления и помещают в специальную испытательную аппаратуру, затем подается постоянный ток силой (0,10±0,05) А, сопротивлением 7 Ом в течение 5 минут.
Изделия, считаются безопасными к подаваемому постоянному току при его несрабатывании. Срабатывание изделия оценивают по его внешнему виду и звуку.
Проверка проводилась на партии пироэнергодатчиков в количестве 100 шт.
В ходе проведенных испытаний, полученные расчетным путем значения безопасного тока подтверждены. При визуальном осмотре изделия были признаны несработавшими.
Также пироэнергодатчик проверялся на:
- стойкость к воздействию зарядов статического электричества;
- стойкость к транспортированию;
- прочность изоляции переменным током частотой 50,0 Гц и напряжением (500±25) В (эфф) в течение одной минуты;
- сопротивление изоляции между мостиками, а также между мостиками и корпусом не менее 2 МОм в условиях производственного помещения;
- стойкость к воздействию переменной температуры:
- плюс (60±3)°С в течение (8±0,1) ч;
- от плюс 15 до плюс 35°С в течение (3±0,1) ч;
- минус (65±5)°С в течение (8±0,1) ч;
- от плюс 15 до плюс 35°С в течение (3±0,1) ч.
Результаты по всем видам испытаний удовлетворительные.
Заявленное устройство соответствует критериям «новизна» и «промышленная применимость». Конструкция предлагаемого пироэнергодатчика опробована с положительным результатом на АО «Муромский приборостроительный завод».