ГАЗОГЕНЕРИРУЮЩИЙ ДВУХМОСТИКОВЫЙ ПИРОПАТРОН

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 устройство (пиропатрон) (описание к патенту RU 2150671, опубликовано 10.06.2000), включающее корпус, в котором установлена колодочка с двумя выводами (проводниками), мостик накаливания, колпачок с воспламенительной навеской и основной заряд. Мостик накаливания выполнен в виде, по меньшей мере, четырех параллельно включенных проволочек.
Недостатком данного устройства является сложность изготовления и недостаточно высокая надежность срабатывания.
Известно другое электоровоспламенительное устройство (описание к патенту RU 2400693 С1, опубликовано 27.09.2010), включающее двухслойный корпус с ослабленным сечением в торце для выхода газа, в котором установлена колодочка с двумя выводами и мостиком накаливания, насадка с воспламенительной навеской и основным зарядом. Двухслойный корпус выполнен таким образом, что внутренний слой тоньше наружного и выполнен из менее прочного материала, при этом в торце для выхода газа сформировано ослабленное сечение тем, что в наружном слое выполнено сквозное отверстие. Воспламенительная навеска отделена от основного заряда металлическим колпачком, при этом высота колпачка не более величины расстояния от торца колпачка до сквозного отверстия.
Недостатком данного устройства является недостаточно высокая прочность конструкции колодочки и проводников, что существенно снижает надежность изделия в целом и область применения.
Известен, принятый за прототип, усовершенствованный двухмостиковый пиропатрон (УДП) (УДП.000 ТО), который состоит из корпуса, в который вклеена цельнопрессованная изоляционная колодочка с четырьмя проводниками. Между каждой парой проводников напаяны мостики накаливания. В изоляционной колодочке предусмотрена выемка, в которую запрессован инициирующий заряд. Колодочка в корпусе поджата гильзой и чашечкой обтюрирующей. В полость гильзы помещено донышко с воспламенительными зарядами.
Недостатки:
- недостаточная надежность функционирования при использовании в системах пожаротушения;
- высокая скорость нарастания давления продуктов сгорания;
- недостаточный объем продуктов сгорания для приведения в действие запорных механизмов;
- 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 и увеличения объема продуктов сгорания;
- снижение величины тока гарантированного срабатывания и увеличение времени безопасной проверки целостности электрической цепи систем пожаротушения за счет замены мостиков накаливания.
Указанный технический результат достигается газогенерирующим двухмостиковым пиропатроном, содержащим корпус, цельнопрессованную изоляционную колодочку с проходящими через нее четырьмя проводниками с попарно напаянными мостиками накаливания, инициирующий заряд, запрессованный в углублении колодочки, донышко с пиротехническим воспламенительным зарядом и гильзу, в котором согласно патентуемому техническому решению, в корпус установлен газообразующий узел, мостики накаливания выполнены из сплава с высоким электрическим сопротивлением, а газогенерирующий узел представляет собой оболочку цилиндрической формы, в которую запрессована чашечка с пиротехническим газообразующим зарядом, имеющая на дне газовыпускное отверстие и помещенная в металлический колпачок, выполненный с ослабленным сечением торца путем подштамповки.
Патентуемое техническое решение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан газогенерирующий двухмостиковый пиропатрон;
на фиг. 2 - цельнопрессованная изоляционная колодочка;
на фиг. 3 - узел газогенерирующий;
на фиг. 4 - типовая осциллограмма испытания изделий;
на фиг. 5 - схема проверки устройства на безопасность от постоянного тока;
на фиг. 6 - зависимость давления срабатывания газогенерирующего двухмостикового пиропатрона от объема;
На фиг. 1, 2, 3, 5 приняты обозначения:
1 - корпус;
2 - цельнопрессованная изоляционная колодочка;
3 - проводник;
4 - мостик накаливания;
5 - инициирующий заряд;
6 - чашечка обтюрирующая;
7 - донышко;
8 - пиротехнический воспламенительный заряд;
9 - гильза;
10 - узел газогенерирующий;
11 - оболочка;
12 - металлический колпачок;
13 - чашечка для пиротехнического газообразующего заряда;
14 - пиротехнический газообразующий заряд;
15 - двухмостиковый газогенерирующий пиропатрон;
R - сопротивление;
V - вольтметр;
Тр - транзистор.
Газогенерирующий двухмостиковый пиропатрон (фиг. 1) содержит корпус 1, цельнопрессованную изоляционную колодочку 2 (фиг. 2) с проходящими через нее четырьмя проводниками 5 с попарно напаянными мостиками накаливания 4, инициирующий заряд 5, запрессованный в углублении колодочки 2, донышко 7 с пиротехническим воспламенительным зарядом 8 и гильзу 9, в корпусе установлен газообразующий узел 10 (фиг. 3), а мостики накаливания 4 выполнены из сплава с высоким электрическим сопротивлением, при этом газогенерирующий узел 10 представляет собой оболочку 11 цилиндрической формы, в которую запрессована чашечка с пиротехническим газообразующим зарядом 14, имеющая на дне газовыпускное отверстие и помещенная в металлический колпачок 12, выполненный с ослабленным сечением торца путем подштамповки, что обеспечивает прорыв дна при сгорании газообразующего пиротехнического заряда.
Пример конкретного исполнения
3
В газогенерирующем двухмостиковом мостики накаливания 4 выполнены из нихромовой проволоки диаметром 0,024 мм. При сборке в корпус 1 с изоляционной колодочкой 2 последовательно прессуется чашечка обтюрирующая 6, гильза 9 и колпачок 7 с пиротехническим воспламенительным зарядом 8. Узел газогенерирующий 10 (фиг. 3) представляет собой металлическую цилиндрическую оболочку 11 диаметром 14 мм и высотой 7 мм с радиальными отбортовками, в которую запрессованы металлический колпачок 12 с чашечкой 13. В дне чашечки 13 диаметром 12,7 мм и высотой 6 мм пробито отверстие диаметром 5 мм для прохождения газов. В чашечку 13 запрессован газообразующий пиротехнический заряд 14 на основе перхлората калия и калиевой селитры массой (0,80±0,01) г с удельным газовыделением порядка 700 см/г (ТУ 7275-220-07513406-2004).
Дно металлического колпачка 12 в центре имеет меньшую толщину за счет подштамповки, что обеспечивает прорыв дна в этом месте при сгорании пиротехнического газообразующего состава 14.
Работа устройства.
При подаче электрического тока на мостики накаливания 4 последние нагреваются и воспламеняют инициирующий заряд 5, от форса пламени которого срабатывает пиротехнический воспламенительный заряд 8. От пиротехнического воспламенительного заряда 8 передается пламя в узел газогенерирующий 10, где воспламеняется пиротехнический газообразующий заряд 14, давлением газов которого совершается работа по срабатыванию агрегатов (или форсом пламени зажигается соответствующий воспламенитель).
Осуществив подбор газообразующего пиротехнического состава с необходимыми характеристиками, удалось снизить скорость горения заряда реализовать время работы предлагаемой полезной модели до 1,5 с. При горении состава развивается высокая температура, в результате чего конденсированные продукты горения переходят в парообразное состояние, что значительно повышает общий объем газообразных продуктов реакции и способствует повышению импульса давления за счет чего происходит срабатывание запорного механизма. Более низкая скорость нарастания давления по сравнению с составами, применяемыми в прототипе, обеспечивает надежное перемещение исполнительных механизмов пироавтоматики систем пожаротушения, при этом не оказывается чрезмерная нагрузка на отдельные узлы, что обеспечивает отсутствие разрушения отдельных деталей и узлов и позволяет многократно использовать соответствующие пиромеханизмы.
Выбор требуемого материала для мостика накаливания исходил из требования 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 0,040 мм из константа МНМц40-1,5 (ГОСТ 5307-2015) позволяет:
- увеличить сопротивление каждого мостика устройства с 1,2 Ом до 7 Ом;
- снизить величину тока гарантированного срабатывания с 1,5 А до 0,7 А;
- увеличить величину безопасного тока и время его подачи для обеспечения безопасной проверки целостности электрической цепи с 0,25 А в течение 5 с до 0,10 А в течение 5 минут.
Испытание газогенерирующего двухмостикового пиропатрона 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» 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 (100-500) кгс/см;
- промежуток времени от момента подачи тока на устройство до начала подъема кривой давления не превышает 0,05 с;
- промежуток времени от начала подъема кривой давления до максимального давления составляет не более 1,5 с.
На фиг. 4 показано измерение характеристик работоспособности пиропатронов после пропускания тока. На графике видно, что при прохождении тока происходит срабатывание пиропатрона, возгорание инициирующего, воспламенительного и газообразующего составов, что обеспечивает необходимый объем газов.
Испытание газогенерирующего двухмостикового пиропатрона на безопасность от постоянного тока проводят в соответствии с ОСТ В 84-1546-90 (фиг. 5).
Газогенерирующий двухмостиковый пиропатрон 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 6 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 газогенерирующих двухмостиковых пиропатронов в количестве 100 шт.
В ходе проведенных испытаний полученные расчетным путем значения безопасного тока подтверждены. При визуальном осмотре изделия были признаны несработавшими.
Добавленное в конструкцию прототипа устройство газогенерирующее (фиг. 3) позволяет увеличить время эффективной работы устройства за счет получаемого большего объема газов продуктов сгорания, который создает необходимое давление для приведения в действие запорного механизма.
3
Значения давлений, развиваемых газогенерирующим двухмостиковым пиропатроном при срабатывании в герметичный объем от 1 до 20 см от импульса тока (0,70±0,05) А, длительностью не менее 0,01 с представлены на фиг. 6.
Также газогенерирующий двухмостиковый пиропатрон проверялся на:
- стойкость к воздействию зарядов статического электричества;
- стойкость к транспортированию;
- прочность изоляции от напряжения (500±25) В частотой (50,0±0,5) Гц в течение (1,0±0,1) мин;
- сопротивление изоляции между мостиками и корпусом 2 МОм;
- стойкость к воздействию переменной температуры:
- плюс (60±5)°С в течение 8 ч;
- от плюс 15 до плюс 35°С в течение 3 ч;
- минус (65±5)°С в течение 8 ч;
- от плюс 15 до плюс 35°С в течение 3 ч.
Результаты по всем видам испытаний удовлетворительные.
Заявленное устройство соответствует критериям «новизна» и «промышленная применимость».