ИСТОЧНИК ДАВЛЕНИЯ
PRESSURE SOURCE

Изобретение относится к средствам генерации газа для создания рабочего давления, например, для наддува средств спасания, используемых в системах вытеснения, перемещения, отделения, разделения и т.д. предметов; в противопожарных устройствах как средство вытеснения порошка из емкостей в корпусах огнетушителей и т.д.
Источник давления («Газогенератор», описание изобретения к патенту JP №2847659, публикация от 20.01.99) является одним из аналогов заявляемой конструкции. Данный источник содержит внутреннюю трубку с радиальными отверстиями, в которой размещен рабочий газогенерирующий заряд, а с торца - инициирующий заряд (воспламенитель), задействуемый электрическим способом. Трубка установлена в корпус с зазором, в котором размещен фильтр. Фильтрация генерируемого газа по боковой поверхности рабочего заряда более эффективна, чем только по торцу. В корпусе выполнены радиальные выходные отверстия, что позволяет увеличить площадь газовывода. Рабочий заряд состоит из набора пиротехнических шашек с осевым каналом, наличие которого обеспечивает объемный поджиг рабочего заряда, а размещение шашек в трубке позволяет упростить сборку. К недостатком данной конструкции кроме электрического задействования следует отнести то, что трубка выполнена с радиальными отверстиями, которые соответствуют отверстиям корпуса, поэтому путь генерируемого газа до выходных отверстий короткий, что снижает эффект охлаждения газа, а также нет изоляции от атмосферы (отсутствие мембран на отверстиях трубки).
Известны газогенераторы огнетушителя (описания полезных моделей к свидетельству №7885 от 16.10.98 и патенту РФ №43466 от 27.01.05), которые сходны между собой по конструкциям и каждый содержит трубчатую камеру сгорания, в которой с зазором относительно стенок установлен рабочий газогенерирующий заряд, с одного из торцов установлены воспламенитель и инициирующий заряд, представляющий собой порошкообразную навеску газогенерирующего состава, которая отделена от газогенерирующего заряда мембраной. Задействование прессованного газогенерирующего заряда из пиротехнического состава осуществляется с торца по относительно небольшой площади, при этом рабочий заряд горит послойно и с относительно большим временем. Ближе к дну в камере выполнены радиальные отверстия. Камера установлена в корпус, в котором в верхней части выполнены радиальные выходные отверстия, перекрытые клапанами (резиновой трубкой по типу «ниппель»). Однако в конструкции отсутствует фильтрация и охлаждение генерируемого газа.
Известен газогенератор, используемый в качестве средства создания давления (по патенту на изобретение RU 2286844, описание опубликовано 10.11.06 г.) и выбранный в качестве прототипа как наиболее близкий аналог по количеству сходных признаков и решаемой задаче. Конструкция известного устройства представляет собой корпус с крышкой, дном и газовыводами на боковой поверхности, с рабочим и инициирующим зарядами, выполненными из пиротехнических составов, и фильтром, установленным по боковой и торцевым поверхностям рабочего заряда, при этом инициирующий заряд размещен внутри рабочего заряда по оси газогенератора и выполнен в виде осесимметричного слоя с отходящими от него к периферии слоями, а поверхность рабочего заряда со стороны газовыводов бронирована металлической втулкой, причем на боковой поверхности корпуса напротив газовыводов установлен рассекатель газового потока, выполненный в виде экрана с отверстиями.
Недостатками известного устройства-прототипа являются:
- опасность изготовления и сборки инициирующего заряда, который выполняют в виде полого цилиндра;
- недостаточная жесткость конструкции;
- при требуемых высоких значениях давления и температуры генерируемого газа относительно большое время срабатывания.
Техническим результатом заявляемого устройства является улучшение рабочих характеристик и повышение безопасности обращения при изготовлении, транспортировке, хранении, эксплуатации.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в источнике давления, включающем корпус с крышкой, дном, газовыводами на боковой поверхности и рассекателем газового потока, с рабочим и инициирующим зарядами, выполненными из пиротехнических составов, и фильтром, установленным по боковой и торцевым поверхностям рабочего заряда, при этом инициирующий заряд размещен по оси рабочего заряда и выполнен в виде осесимметричного слоя и отходящих от него к периферии слоев, а поверхность рабочего заряда со стороны газовыводов бронирована металлической втулкой, новым является то, что осесимметричный слой инициирующего заряда заключен между двумя втулками, одна из которых, расположенная со стороны рабочего заряда, выполнена с перфорацией, а крышка и дно корпуса стянуты осевым стержнем, на который одета другая втулка, газовыводы закрыты легкоразрушаемыми колпачками, рассекатель выполнен гофрированным и установлен таким образом, что газовыводы расположены напротив каналов, образованных гофрами.
Бронирующая металлическая втулка может быть выполнена с двухсторонней перфорацией по периферии.
Осевой стержень может быть выполнен полым.
Колпачки могут быть выполнены металлическими и с ослабляющей насечкой, в виде не менее трех радиальных лучей.
Рассекатель может быть прикреплен к корпусу с использованием кернения.
Стягивание крышки и дна корпуса осевым стержнем позволяет увеличить прочность газогенератора, что в свою очередь позволяет увеличить рабочее давление газогенератора.
Заключение осесиметричного слоя инициирующего заряда между двумя втулками, одна из которых выполнена с перфорацией, позволяет повысить безопасность изготовления и сборки инициирующего заряда, с сохранением его воспламенительный способности по отношению к рабочему заряду, а также использовать внутреннюю полость инициирующего заряда для стягивания крышки и дна корпуса источника давления, что в свою очередь увеличивает прочность конструкции.
Использование легкоразрушаемых колпачков позволяет защитить внутреннюю полость газогенератора от попадания влаги, грязи, пыли и т.п., а также создать в свободном объеме требуемое давление за более короткий срок и обеспечить максимально быстрый сброс давления внутри корпуса газогенератора.
Выполнение рассекателя гофрированным, с установкой гофр напротив газовыводов, позволяет исключить прямое воздействие продуктов горения рабочего заряда на другие узлы системы, в которую входит источник давления, а также увеличить охлаждение выходящего газового потока.
Выполнение осевого стержня полым позволяет использовать данное отверстие для крепления источника давления в применяемой системе.
Выполнение насечек на колпачках в виде не менее 3-х радиальных лучей позволяет регулировать давление прорыва колпачков и обеспечить максимальную площадь открытия при срабатывании без образования осколков колпачка.
Выполнение двухсторонней перфорации на бронирующей втулке позволяет одновременно направить поток газа как через верхний и нижний фильтры, так и сразу через боковой, что дает возможность более быстрому прохождению газовых потоков через фильтры к газовыводам и влечет за собой более быстрое снижение давления внутри корпуса и, как следствие, снижение требований к прочности корпуса.
Использование кернения для прикрепления рассекателя к корпусу позволяет фиксировать рассекатель без применения крепежных элементов, увеличивающих габариты и снижающих прочность корпуса.
На фиг.1, 2 изображен общий вид заявляемого устройства, где 1 - Корпус; 2 - Крышка; 3 - Болт; 4 - Винт; 5 - Переходник для установки средства задействования инициирующего заряда; 6 - Втулка; 7 - Втулка перфорированная; 8 - Инициирующий заряд; 9 - Рабочий заряд; 10 - Втулка бронирующая; 11 - Фильтр верхний; 12 - Фильтр боковой; 13 - Фильтр нижний; 14 - Коллектор нижний; 15 - Коллектор верхний; 16 - Колпачок; 17 - Рассекатель; 18 - Сетка; 19 - Место кернения.
Примером конкретного выполнения заявляемого устройства служит источник давления, используемый для создания давления в замкнутом объеме за счет горения рабочего заряда из газогенерирующего состава 9. Источник давления применяется для приведения в действие механизмов и состоит из корпуса 1, представляющего собой стакан с полым выступом по центру, изготовленный из стали 30ХГСА, который закрывается крышкой 2 из того же материала. В верхней части выступа на внутренней поверхности выполнена резьба для стягивания крышки и корпуса винтом 4 с центральным отверстием, что придает прочность конструкции и оптимизирует монтаж в применяемом изделии. Дополнительно корпус 1 и крышка 2 стягиваются 12-ю болтами 3, выполненными из стали 60С2А. Т.о., полый выступ корпуса 1 с резьбой и винт 4 образуют полый стягивающий стержень. Стенки стакана выполнены с утолщением по периферии и в центре. На крышке 2 крепится средство задействования инициирующего заряда - огнепровод, вворачиваемый во внутреннюю резьбу переходника 5, на дно которого установлена бронзовая сетка 18, предотвращающая выпадение поджигающего состава в источник давления. На выступ внутри корпуса 1 устанавливается втулка 6 и втулка перфорированная 7, между которыми запрессовывается быстрогорящий пиротехнический состав, образующий инициирующий заряд 8 в виде осесимметричного слоя. Внутри корпуса 1 размещаются также слои инициирующего заряда 8, отходящие от его осесимметричного слоя к периферии, выполненные из того же быстрогорящего пиротехнического состава, и слои рабочего заряда 9, запрессованные последовательно со слоями инициирующего заряда 8 во втулку бронирующую 10, имеющую перфорацию по двум торцам (72 отверстия диаметром 2 мм). Втулка бронирующая выполнена из конструкционной стали 20. На дне корпуса 1, под крышкой 2, а также между корпусом и втулкой бронирующей 10 устанавливаются фильтры 11, 12, 13, выполненные из навивки медной проволоки. Под фильтром 13 и над фильтром 11 размещаются коллекторы 14, 15 соответственно. В утолщении корпуса 1 выполнены 12 газовыводных отверстий, закрытых с целью герметизации колпачками 16, выполненными из алюминиевой фольги. На донышке колпачков для снижения давления прорыва газом выполнена крестообразная насечка. Для задания направления потока газа и его дополнительного охлаждения к корпусу 1 крепится при помощи кернения 19 рассекатель 17, выполненный из листа АМц и имеющий гофрированную поверхность.
Источник давления работает следующим образом. При подаче огневого импульса по огнепроводу, подстыкованному к переходнику 5, через бронзовую сетку 18 происходит поджигание верхнего слоя инициирующего заряда 8, расположенного в корпусе 1, и практически сразу осесимметричного и остальных периферийных слоев инициирующего заряда 8, формируя требуемый фронт горения рабочего заряда 9. Горение рабочего заряда 9, запрессованного в бронирующую втулку 10, происходит в осевом и радиальном направлениях, причем образующийся газ проходит через коллекторы 14, 15, затем через торцевые фильтры 11, 13 и боковые фильтры 12, благодаря которым газ очищается и охлаждается, приобретая требуемое направление. Выполнение перфорации в бронирующей втулке 10 позволяет направить поток газа сразу через боковой фильтр, что дает возможность более быстрому прохождению газовых потоков через фильтры к газовыводам, это влечет за собой более быстрое снижение давления внутри корпуса и, как следствие, снижение требований к прочности корпуса. При достижении в корпусе 1 определенного давления происходит разрушение (раскрытие) установленных в газовыводных отверстиях колпачков 16, и газ через них начинает поступать в свободный объем в заданном направлении благодаря рассекателю 17, который кроме этого позволяет исключить прямое воздействие продуктов горения рабочего заряда на другие узлы системы, в которую входит источник давления, а также увеличить охлаждение выходящего газового потока.
Т.о., при использовании заявляемого источника давления можно добиться улучшения рабочих характеристик по сравнению с прототипом, которое выражается в уменьшении времени достижения максимального давления (не более 1 с), и поддержания требуемого давления в течение 3 с. Был изготовлен опытный образец, который успешно прошел испытания. Следует также отметить, что заявляемый источник давления безопасен в обращении, в частности при изготовлении, транспортировке, хранении и эксплуатации, за счет герметизации корпуса, прессования составов во втулки и применения в конструкции колпачков на газовыводах гофрированного рассекателя, двухсторонней перфорации бронирующей втулки.