УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНИЦИИРОВАНИЯ РЕАКЦИИ САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА

Полезная модель относится к металлургической и химической промышленности, а именно к устройству для инициирования реакции самораспространяющегося высокотемпературного СВС-реакции. Наиболее эффективно устройство может быть использовано для оценки степени воспламеняемости и характера воспламенения в лабораторных условиях различных составов СВС-шихты, количество которых в настоящее время составляет более 500 смесей и продолжает увеличиваться.
Известно устройство для инициирования СВС-реакции, размещенное в реакторе (SU 1598420,  27.08.1999). Устройство имеет емкость, где размещена ампула с фторокислителем.
Недостаток: невозможность его использования в лабораторных условиях (под тягой), так как оно является устройством одноразового действия в стационарных условиях (в реакторе) и не может быть использовано как переносное.
3
Известно также химическое воспламеняющее устройство для воспламенения СВС-шихты в реакторе (Zhigarev V.D., Some Aspects of Intensification of SHS Technology of Production of Refractory Powder Compounds, “International Journal of Self - Propagating High-Temperature Synthesis”, 1999, Vodume 8, Number 4). Устройство содержит дозатор и емкость (микроконтейнер) для хранения ВХР в жидком состоянии (ClF). Недостатком устройства: возможность применения только в реакторе; требуется наличие дистанционно управляемых клапанов. Данное устройство сложно использовать в лабораторных условиях (под тягой, так как оно является стационарным, а не переносным.
Известно устройство для инициирования СВС-реакции, включающее соединенные с патрубком емкости, обеспечивающее подачу ВХР (трифторида хлора) к шихте для ее воспламенения (RU 1826451, 10.07.2003).
Все указанные выше известные устройства не могут быть использованы в качестве лабораторного, переносного устройства многократного действия для исследования воспламеняемости
Ближайший аналог не обнаружен.
Задача полезной модели заключается в создании нового типа химического воспламеняющего устройства, обеспечивающего возможность проведения исследований по оценке степени воспламеняемости и характера воспламенения горючих материалов, в основном, различных составов СВС-шихты в лабораторных условиях.
Это достигается в предлагаемом техническом решении, суть которого изложена в независимом пункте формулы полезной модели, согласно которому в устройстве для инициирования СВС-реакции, включающем корпус с размещенными в нем передней, задней и расположенной над ними дозирующей емкостями, рукоятку, пусковое устройство и соединяющий их друг с другом переходник, дозирующая емкость сообщена с передней и задней емкостями цилиндро-коническими отверстиями, перекрытыми поджатыми к их поверхности игольчатыми клапанами, игольчатый клапан задней емкости содержит резьбу по всей его длине, игольчатый клапан передней емкости поджат пружиной сжатия, размещенной внутри резьбовой втулки, пусковое устройство выполнено в виде изогнутой пластины, образующей курок, закрепленный на переходнике штифтовым винтом с возможностью поворота, при этом, свободный конец курка подвижно соединен с игольчатым клапаном передней емкости, задняя и передняя емкости снабжены штуцерами для заполнения задней емкости сжиженным гипергольным высокоактивным химическим реагентом (ВХР) и дозированного истечения его из передней емкости в газообразном состоянии.
3
5
В тех случаях, когда для воспламенения состава шихты и инициирования реакции СВС требуется небольшое количество ВХР,  для удобства эксплуатации (например, для заполнения задней емкости) в качестве гипергольного высокоактивного химического реагента используют трифторид хлора (ClF), так как давление насыщенного пара у него составляет 1107 мм.рт.ст., температура кипения +11,75°С. Для сравнения можно отметить, что у ClF давление насыщенного пара составляет 2554 мм.рт.ст., но температура кипения -13,1°С.
В тех случаях, когда для воспламенения количество ВХР является недостаточным, патентуемое устройство может быть снабжено дополнительной емкостью, сообщающейся с дозирующей емкостью при помощи штуцера,
Существенность отличительных признаков обусловлена следующими причинами:
Наличие в корпусе передней, задней и дозирующей емкостей обеспечивает возможность хранения ВХР в жидком состоянии в задней емкости, размещение необходимой дозы ВХР в газообразном состоянии в дозирующей емкости и подачу порции ВХР на состав ВХР из передней емкости.
Выполнение дозирующей емкости с сообщением с передней и задней емкостями посредством цилиндро-конических отверстий и перекрытие их игольчатыми клапанами обеспечивает герметизацию емкостей возможность дискретно- последовательной подачи газообразного ВХР: из задней емкости в дозирующую емкость, а из нее - в переднюю емкость для подачи ВХР на СВС-состав.
Выполнение игольчатого клапана задней емкости с резьбой по всей его длине предотвращает возможность утечки газа по резьбовому соединению, так как витки резьбы плотно соприкасаются с витками резьбы на корпусе что позволяет вручную отвести игольчатый клапан от отверстия и затем вновь перекрыть его.
Поджатие переднего игольчатого клапана пружиной к поверхности цилиндро-конического отверстия и курка закрепленного в корпусе переходника штифтовым винтом с возможностью поворота, позволяет открывать и закрывать отверстие при нажатии на курок и при отпускании курка, соответственно.
Размещение переднего игольчатого клапана внутри поджимающей резьбовой втулки предотвращает открытие отверстия при случайном нажатии на курок.
Снабжение передней и задней емкостей штуцерами позволяет заполнять заднюю емкость сжиженным ВХР и подсоединять переднюю емкость к капиллярной трубке для подачи газообразного ВХР на состав СВС.
Снабжение дозирующей емкости штуцером позволяет подсоединить к нему дополнительную дозирующую емкость (на фиг. 1 не показаны) обеспечить возможность регулирования дозы газообразного ВХР для интенсификации процесса воспламенения состава СВС.
Сущность полезной модели и ее преимущества иллюстрируются детальным описанием примеров применения, таблицей и иллюстрациями.
Фиг. 1 - лабораторный химический воспламенитель в разрезе, согласно полезной модели, где приняты следующие обозначения: 1 - корпус; 2 - рукоятка; 3 - курок; 4 - переходник; 5 - штуцер задней емкости; 6 - пробка; 7 - емкость задняя; 8 - емкость дозирующая; 9 - клапан игольчатый винтовой; 10 - емкость передняя; 11 - клапан игольчатый поджимной; 12 - штуцер передней емкости; 13 - винт штифтовой; 14 - диск опорный; 15 - пружина сжатия; 16 - втулка резьбовая; 17 - винт крепежный.
Фиг. 2- фотография лабораторного химического воспламенителя, согласно полезной модели;
Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 6 - кадры видеозаписи, соответствующие примерам осуществления полезной модели, приведенным в таблице под №№1-4.
Фиг. 7, Фиг. 8 - кадры видеозаписи, соответствующие примерам осуществления полезной модели, приведенным в таблице под №№5-6.
3
Заявленное химическое воспламеняющее устройство (фиг. 1) включает: корпус 1, в котором выполнены передняя 10, задняя 7 и расположенная над ними дозирующая емкость 8. Задняя емкость 7 содержит штуцер 5, через который емкость может быть заполнена сжиженным ВХР (приблизительно на 2/3 ее объема). В качестве ВХР используется трифторид хлора ClF. После заполнения штуцер 5 герметизируется резьбовым колпачком (на фиг. 1 не показан). Дозирующая емкость 8 загерметизирована резьбовой пробкой 6. Пробка 6 может быть заменена штуцером, соединенным с противоположного конца с дополнительной дозирующей емкостью (на фиг. 1 не показаны). Для перекачки части газообразного ВХР из задней емкости 7 в дозирующую емкость 8 стенка между ними выполнена с цилиндро-конусным отверстием, к конусной поверхности которого поджата вручную при помощи резьбы конусная часть игольчатого винтового клапана 9. Для уменьшения возможности утечки ВХР через резьбовое соединение с корпусом 1 клапан 9 содержит мелкую, плотную резьбу по всей длине его длине. Свободный конец игольчатого клапана 11 выполнен в виде опорного диска. Передняя емкость 10 также отделена от дозирующей емкости 8 путем поджатия игольчатого клапана 11 к конусной поверхности отверстия в разделяющей их стенке пружиной сжатия 15 и дополнительном поджатии пружины 15 резьбовой втулкой 16, опирающейся на наружную поверхность диска 14 игольчатого клапана 11. Для повышения надежности герметичности разделения емкостей друг от друга целесообразно осуществить притирку соприкасающихся поверхностей игольчатых клапанов и отверстий. Передняя емкость 10 содержит штуцер 12, в котором выполнено выходное отверстие небольшого диаметра (для повышения дальнобойности газообразной струи ВХР, вытекающей из отверстия в процессе работы). При проведении испытаний выходной диаметр капиллярного отверстия составил 0,5 мм. Корпус 1 с размещенными в нем элементами соединен с переходником 4 при помощи крепежных винтов 17. Внутри переходника 4 выполнена проточка, в которой размещено курковое спусковое устройство, выполненное в виде изогнутой пластины, образующей курок 3, закрепленный на переходнике штифтовым винтом 13. Плоскость раздела корпуса 1 и переходника 4, невидимая часть курка 3 и проточка (полость) для его размещения в переходнике 4 показаны пунктиром. Для облегчения возможности поворота курка 3 штифтовой винт 13 выполнен по поверхности соприкосновения с отверстием курка 3 в виде цилиндра (резьба отсутствует). Курок 3 размещен таким образом, чтобы его свободный конец опирался на внутреннюю поверхность диска 14 игольчатого клапана 11, на верхнюю поверхность которого опирается пружина сжатия 15. Устройство содержит также рукоятку 2, выполненную из изогнутой трубки (для уменьшения массы) и закрепленную в отверстиях на переходнике 4.
Работа полезной модели может проходить в лаборатории под тягой и зависит от степени воспламенения горючего (в данном случае СВС-шихты).
6
нр
3
нр
1. Игольчатый клапан 9 отвинчивается на 1-2 витка резьбы от отверстия, размещенного в стенке между задней и дозирующей емкостями (7 и 8). В результате этого часть ВХР в газообразном состоянии под действием давления насыщенного пара Р (для ВХР ClF величина Р составляет 1107 мм. рт.ст.) перетекает из передней емкости 7 в дозирующую емкость 8, после чего игольчатый клапан 9 вновь поджимается вручную к поверхности отверстия в стенке между емкостями. После этого штуцер 12 направляет СВС-шихту (использовали прессованные таблетки из шихты диаметром 10 мм и высотой 5 мм). Затем резьбовую втулку 16 отворачивают на несколько витков и нажимают на курок 3. Курок 3 поворачивается (до упора курка 3 в заднюю стенку проточки) относительно штифтового винта 13. При этом свободный конец курка 3 толкает вниз диск 14, содержащийся на свободном конце игольчатого клапана 11 и часть ВХР в газообразном состоянии перетекает (до достижения атмосферного давления) в переднюю емкость 10 и через капилярное отверстие в штуцере 12 попадает на поверхность таблетки из СВС-шихты и воспламеняет ее. Для удаления испытателя от воспламеняемой таблетки на штуцере 12 может быть закреплена капиллярная трубка (использовали трубку длиной 20 см). После воспламенения СВС-шихты курок 3 отпускают, и пружина сжатия 15 поджимает игольчатый клапан 11 к поверхности отверстия в стенке между емкостями 8 и 10. Дополнительное поджатие игольчатого клапана 11 осуществляют наворачиванием резьбовой втулки 16. После воспламенения шихты устройство отдаляют от нее.
2. Для трудно воспламеняемой шихты отверстие между задней и дозирующей емкостями (7 и 8) не перекрывают и ВХР поступает как из дозирующей емкости 8, так и из задней емкости 7. После воспламенения СВС шихты устройство отдаляют от нее и завинчивают игольчатый клапан 11 и винтовую втулку 16.
Количество повторных воспламенения таблеток из СВС-шихты определяется расходом газообразного ВХР, который на два порядка может быть меньше массы сжиженного ВХР, находящегося в задней емкости 7.
3. Замена пробки 6 на штуцер, соединенный с дополнительной дозирующей емкостью дает возможность подачи на СВС-состав увеличенной дозы ВХР. Работа происходит аналогично варианту один, за исключением того, что из штуцера 12 вытекает увеличенная порция ВХР. Штуцер позволяет также осуществить продувку емкостей 8 и 10 для удаления остатков ВХР.
Результаты испытаний.
Провели испытания по воспламенению прессованных таблеток из 6 видов СВС-шихты.
Результаты испытаний приведены в таблице 1.
При проведении испытаний таблетки в опытах 1-4 воспламеняли по первому варианту, а таблетки в опытах 5, 6 - по второму варианту. Как следует из табл. 1, в опыте №6 воспламенение не произошло. В этом случае можно подогреть таблетку или насыпать на нее небольшое количество состава СВС с высокой степенью воспламеняемости.
Проведение данных испытаний целесообразно проводить для оценки степени воспламеняемости различных составов, учитывая то, что работа проводится в лабораторных условиях под тягой непосредственно испытателем.
Таким образом, техническое решение обеспечило создание нового вида (переносного и многократно используемого) устройства, которое может быть использовано при проведении исследований по оценке степени воспламеняемости и характера воспламенения горючих материалов, в лабораторных условиях.