УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТЕНДОВОЙ ОТРАБОТКИ ЗАРЯДОВ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ
DEVICE FOR BENCH TESTING OF SOLID PROPELLANT CHARGES

Изобретение позволяет производить стендовую отработку зарядов пороховых генераторов давления (типа ПГДА, ПГД.БК, ЗГРП и др.), предназначенных для термогазохимической обработки и газодинамического разрыва нефтегазовых и угольных пластов в условиях, приближенных к реальным, с регистрацией давления и температуры в устройстве, вибрации и температуры стенки устройства, скорости горения топлива при высоких давлениях.
Изобретение относится к области ракетной техники, а более конкретно к области испытаний и отработки зарядов твердого топлива и устройств, предназначенных для термогазохимической обработки и газодинамического разрыва нефтегазовых и угольных пластов.
Известна экспериментальная установка для стендовой отработки газогенераторов, используемых при разрыве нефтеносных пластов [1], состоящая из корпуса, выполненного в виде перфорированной трубы с наглухо закрытой нижней частью, в верхней части корпуса имеется пробка, в которой имеются гнезда для установки датчика, запальной пробки и отверстия для стравливания газа. На конце этой пробки имеется резьба для крепления испытываемого газогенератора. На боковой поверхности корпуса выполнены отверстия с глушителями, которые моделируют перфорированные отверстия в обсадной трубе скважины.
Недостатками известной установки является то, что в ней не предусмотрена возможность исследования горения генераторов, у которых воспламенение осуществляется не по центральному каналу, например по боковой поверхности заряда, а также ограниченность получаемых характеристик горения (установка обеспечивает замер только одного параметра - давления в камере сгорания).
Наиболее близкой по технической сущности и конструктивным особенностям (но не по достигаемому эффекту) представляется установка, имитирующая скважинные условия, описанная в работе [2]. Установка представляет удлиненный цилиндрический сосуд-скважину высокого давления (до 80 МПа), заполненный до определенного уровня водой и герметизированный съемной крышкой. Начальное давление в сосуде создается путем подачи через штуцер на крышке сжатого газа (до 12 МПа) из стандартного баллона в пространство между уровнем воды, составляющим 30-100 мм, и крышкой сосуда. Регулированием высоты газового пространства обеспечивается достижение заданной величины максимального давления в сосуде при испытании опытного образца устройства. На крышке сосуда имеется предохранительный клапан для сброса давления, превышающего допустимое, а также размещен электровод к электрической цепи устройства. В корпусе сосуда размещен датчик для измерения давления.
Недостатком известного устройства является ограниченность проведения работ на данной установке только с модельными зарядами, а также ограниченность получаемых характеристик горения (можно замерить только давление в камере сгорания).
Ставилась задача создания устройства для исследования подводного горения полноразмерных зарядов твердого топлива с обеспечением возможности регистрировать давление и температуру в камере сгорания, вибрации и температуру стенки камеры сгорания, скорость горения в условиях, приближенных к скважинным.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для испытания зарядов твердых топлив содержит герметичный цилиндрический корпус 1 с фланцами по краям, который нижним фланцем крепится к металлическому основанию 2, а на верхнем фланце крепится съемная крышка 3, на которой приварен штуцер 4 для подачи в камеру сгорания сжатого инертного газа из баллона 5 через клапан высокого давления 6 и обратный клапан 7. На крышке имеются не менее двух предохранительных клапанов 8 для сброса давления, размещен электровод 9 к электрической цепи устройства, а также имеется кронштейн 10 для подвески заряда твердого топлива 11. В корпусе устройства размещены датчики (не менее двух каждого типа) для замера давления 12 и температуры 13 внутри корпуса, температуры 14 и вибрации 15 стенок корпуса. Для сбора информации с датчиков применяется многоканальная система измерений, обработки параметров и управления стендом 16.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен общий вид устройства в разрезе; на фиг. 2 показана верхняя крышка в разрезе.
Работа на предлагаемом устройстве осуществляется следующим образом.
Перед испытанием на кронштейне 10 подвешивают заряд твердого топлива 11 с установленным в нем воспламенителем. После подсоединения проводов от воспламенителя к нижним контактам электровода 9 места соединения изолируют. Корпус 1 наполовину заполняют водой. После этого заряд опускают в корпус, доливают воду внутрь корпуса до уровня верхнего фланца, устанавливают крышку 3 на место и закрепляют ее при помощи болтов. Затем создается начальное давление в устройстве путем подачи через штуцер 4 сжатого инертного газа (например, азота) до 12 МПа из стандартного баллона в пространство между уровнем воды и крышкой 3, условия проведения испытания можно менять за счет регулирования уровня воды в корпусе.
Процесс испытания в этом случае протекает следующим образом.
В начале горения начинается рост давления в корпусе, когда оно превышает давление, настроенное на предохранительных клапанах, начинается сброс излишнего давления путем выброса через клапана 8 смеси инертного газа, паров и продуктов горения. Когда же испытание заканчивается, оставшееся давление в корпусе снижают до атмосферного путем принудительного открытия предохранительного клапана.
В процессе отработки датчики фиксируют изменение давления, температуры и вибрации, затем по этим данным определяют время горения и соответствующее среднее давление.
Таким образом, предлагаемое изобретение создаст возможность проведения испытаний полноразмерных зарядов твердого топлива с обеспечением возможности регистрировать давление и температуру в скважине, вибрации и температуру стенки скважины, скорость горения в условиях, приближенных к скважинным.
Источники информации
1. Барсуков В.Д., Минькова Н.П., Миньков С.Л. Экспериментальная установка для стендовой отработки газогенераторов, используемых при разрыве нефтеносных пластов / Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. Томск: 1990. - №12.
2. Патент РФ №2114984, МКИ 6 E21B 43/117, E21B 43/25, 1996. "Устройство для вскрытия и обработки призабойной зоны скважины". Опубл. 10.07.1998 - прототип.