Электровоспламенитель

Полезная модель относится к области пиротехники, в частности к конструкциям инициирующих устройств, и может быть использована для защиты электровоспламенителей и электродетонаторов, содержащих пиротехнические составы или взрывчатые вещества, от воздействия разряда статического электричества, накапливаемого на теле человека.
Известные решения этой задачи направлены на:
создание воздушного разрядника, обеспечивающего снижение напряжения разряда статического электричества без снижения величины электрического сопротивления изоляции;
использование воспламенительного состава не чувствительного к разряду статического электричества;
шунтирование промежутка между электровводом и корпусом электровоспламенителя электронными компонентами.
Известен электродетонатор (патент RU 2527985, опубл. 10.09.2014 г., бюл. №25, F42C 19/12), содержащий корпус (гильза) с размещенным в ней зарядом ВВ, выполненным в виде навесок: выходной из вторичного взрывчатого вещества высокой плотности и воспламенительного состава (инициирующей навески) из дефлагрирующего взрывчатого вещества низкой плотности с взрывающимся мостиком накаливания, установленным на пластине с электровводами, при этом инициатор выполнен в виде полупроводникового энергопреобразуюшего устройства со стабилитронами. В патенте указано, что повышена безопасность за счет исключения возможности срабатывания электродетонатора от разряда статического электричества. Достигается данный эффект тем, что защитные стабилитроны, включенные встречно, образуют токовый канал, параллельный мостику, и при воздействии на электродетонатор разряда статического электричества снижают уровень тока, протекающего через мостик накаливания до безопасного значения, не вызывающего его задействования. Электродетонатор обладает существенным недостатком: отсутствует защита от прохождения разряда статического электричества через воспламенительный состав, что снижает безопасность работы с электровоспламенителем.
Известно электровоспламенительное устройство (патент RU 2401412, опубл. 10.10.2010 г., бюл. №28, F42B 3/12), содержащее корпус, в котором установлена колодочка с изолированными электровводами и мостиком накаливания, воспламенительный состав и основной заряд. Воспламенительный состав на основе органического бризантного взрывчатого вещества и порошка циркония отделен от основного заряда металлическим колпачком, при этом относительная плотность воспламенительного состава составляет не менее 0,65, а основной заряд выполнен из бризантного взрывчатого вещества, не чувствительного к разряду статического электричества. При разряде статического электричества между корпусом и электровводами происходит растекание электрического тока по всему объему воспламенительного состава без его воспламенения. Электровоспламенительное устройство имеет существенный недостаток: воспламенительный состав шунтирует мостик накаливания электровоспламенителя, что ведет к существенному увеличению энергии, необходимой для воспламенения воспламенительного состава и ужесточает требования к источнику энергии, а также делает нестабильным сопротивление цепи задействования.
Известно электровоспламенительное устройство (патент RU 2196954, опубл. 20.01.2003 г., бюл. №2, F42B 3/12), содержащее корпус с размещенными в нем инициирующим узлом с электровводами в колодочке (изоляторе), мостиками накаливания, воспламенительным составом (инициирующий заряд), пиротехническим зарядом с герметизирующим донышком, обтюрирующим узлом с компенсирующей шайбой. Устройство снабжено электроискровым разрядником в виде лимитированного зазора между электровводом и корпусом, обеспечиваемого одним из изоляторов разрядника (изолирующими втулками), надетыми на штыри контактной вилки и размещенными в соответствующих сквозных отверстиях дна корпуса, перекрытых другим изолятором разрядника (герметизирующей пробкой). Недостатком данного электровоспламенителя является то, что изоляторы разрядника могут увеличить время от момента возникновения напряжения статического электричества на электровводах, достаточного для искрового пробоя на корпус электровоспламенительного устройства, до момента искрового пробоя (время запаздывания) в разряднике относительно времени запаздывания через воспламенительный состав, поэтому возникает возможность искрового пробоя разряда статического электричества через воспламенительный состав, что снижает безопасность работы с электровоспламенителем.
Известно электровоспламенительное устройство (патент RU 2088886, опубл. 27.08.1997, F42B 3/12), содержащее корпус, в котором размещены: инициирующий узел с эдектровводами, мостиками накаливания и воспламенительным составом (инициирующий заряд), обтюрирующий конус, размешенный в ответном коническом отверстии корпуса, и компенсирующий диск из диэлектрика, перекрывающий вход в коническую полость, где установлен обтюрирующий конус. Электровоспламенительное устройство имеет существенный недостаток:
не обеспечивает надежной защиты от несанкционированного срабатывания от зарядов статического электричества, т.к. заряд статического электричества может пройти между мостиками накаливания и корпусом через воспламенительный состав, что снижает безопасность работы с электровоспламенителем.
Известно электровоспламенительное устройство (патент РФ 2180724, опубл. 20.03.2002 г., бюл. №8, F42B 3/12), содержащее корпус, инициирующий узел с электровводами, размешенными в колодочке (изолятор), мостики накаливания, воспламенительный состав (инициирующий заряд), обтюрирующий узел, пиротехнический заряд и компенсирующую шайбу (изолятор воспламенительного состава). Инициирующий узел снабжен электроискровым разрядником, выполненным в виде лимитированного зазора в изоляторе между проводниками и корпусом, определяемого величиной необходимого напряжения разряда статического электричества. Недостатком данного электровоспламенителя является то, что изолятор воспламенительного состава может уменьшить время запаздывания через воспламенительный состав относительно времени запаздывания через разрядник, поэтому возникает возможность искрового пробоя разряда статического электричества через воспламенительный состав, что снижает безопасность работы с электровоспламенителем.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является электровоспламенитель (патент RU 2475693 опубл. 20.02.2013 г. бюл. №5, F42B 3/10). содержащий корпус, в котором расположена колодочка (изолятор) из неэлектропроводного материала со встроенными в него электровводами. Мостик накаливания соединяет концы электровводов, выступающих над поверхностью колодочки, выполненной из керамического материала, и расположен в неэлектропроводном воспламенительном составе. Изоляторы разрядника выполнены из фторопласта и прессматериала на основе стекловолокнита, имеющих диэлектрическую проницаемость ниже материала колодочки. Недостатком данного электровоспламенителя является то, что время запаздывания через воспламенительный состав меньше времени запаздывания через разрядник, поэтому возникает возможность искрового пробоя разряда статического электричества через воспламенительный состав, что снижает безопасность работы с электровоспламенителем.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение защиты воспламенительного состава электровоспламенителя от воздействия разряда статического электричества.
При использовании полезной модели обеспечивается защита воспламенительного состава электровоспламенителя от воздействия разряда статического электричества, что обеспечивает безопасность работы с ним. Для решения указанной задачи и достижения технического результата предлагается электровоспламенитель, содержащий корпус из электропроводного материала, в котором расположена колодочка из неэлектропроводного материала со встроенными в нее электровводами, неэлектропроводный воспламенительный состав, мостик накаливания, соединяющий электровводы и контактирующий с воспламенительным составом, разрядник статического электричества и изолятор, расположенный в контакте с разрядником, в котором, согласно полезной модели, диэлектрическая проницаемость материала изолятора не ниже диэлектрической проницаемости материала колодочки, а величина воздушного промежутка в разряднике составляет не более половины наименьшего расстояния от электроввода до корпуса через воспламенительный состав.
При конструировании электровоспламенителей, содержащих пиротехнические составы, важной задачей является защита воспламенительного состава от воздействия разряда статического электричества, накапливаемого на теле человека, без снижения величины электрического сопротивления изоляции. При этом должно быть обеспечено инициирование мостиком накаливания воспламенительного состава при подаче в мостик накаливания внешнего электрического импульса.
При создании воздушного разрядника, обеспечивающего снижение напряжения разряда статического электричества без снижения величины электрического сопротивления изоляции, т.е. организация воздушного промежутка между электровводами и корпусом с напряжением пробоя меньшим, чем напряжение пробоя через расстояние от электроввода до корпуса через воспламенительный состав, не учитывается влияние изоляционных материалов, используемых в конструкции электровоспламенителя, что является существенным недостатком.
Величина напряжения разряда статического электричества может достигать значений до 25 кВ и обычно в несколько раз выше напряжения пробоя через воспламенительный состав (обычно до 10 кВ) и через разрядник (обычно до 2.5 кВ), поэтому важным параметром работы разрядника является время запаздывания. В разряднике время запаздывания должно быть меньше или равно времени запаздывания через воспламенительный состав.
Для обеспечения защиты воспламенительного состава электровоспламенителя от прохождения через него разряда статического электричества предлагается выбирать материал изолятора и колодочки с таким условием, чтобы диэлектрическая проницаемость материала изолятора была не ниже диэлектрической проницаемости материала колодочки, что позволяет сделать время запаздывания искрового разряда в разряднике не меньше времени запаздывания искрового разряда через воспламенительный состав. При этом величина воздушного промежутка в разряднике выбирается из условия не более половины наименьшего расстояния от электроввода до корпуса через воспламенительный состав, что позволяет уменьшить напряжение пробоя в разряднике относительно напряжения пробоя через воспламенительный состав. Это дополнительно уменьшает время запаздывания искрового разряда в разряднике. В результате время запаздывания искрового разряда в разряднике становится гарантировано меньше времени запаздывания искрового разряда через воспламенительный состав, тем самым обеспечивая защиту воспламенительного состава от прохождения разряда статического электричества.
Совокупность признаков заявляемой полезной модели обеспечивает безопасность работы с электровоспламенителем.
На рисунке представлена схема заявляемого устройства, где:
1 - стальной корпус электровоспламенителя;
2 - колодочка из керамики;
3 - стальные электровводы;
4 - воспламенительный состав;
5 - нихромовый мостик накаливания, соединенный с электровводами;
6 - разрядник статического электричества;
7 - керамический изолятор;
размер А - величина воздушного промежутка в разряднике;
размер Б - наименьшее расстояния от электроввода до корпуса через воспламенительный состав.
Устройство работает следующим образом.
При попадании разряда статического электричества на электроввод 3, при заземленном корпусе электровоспламенителя, на электровводе происходит рост значения электрического напряжения между электровводом и корпусом. За счет того, что диэлектрическая проницаемость изолятора 7 разрядника 6 не ниже диэлектрической проницаемости колодочки 2. время запаздывания искровою разряда в разряднике 6 становится меньше или равно времени запаздывания искрового разряда через неэлектропроводный воспламенительный состав 4. Из-за того, что размер А воздушного промежутка разрядника 6 меньше размера Б через воспламенительный состав 4, происходит дополнительное снижение времени запаздывания искрового разряда в разряднике. Соответственно искровой разряд статического электричества на корпус электровоспламенителя гарантировано проходит в разряднике 6. При этом происходит сброс электрического напряжения до значения, которое ниже уровня пробоя расстояния через воспламенительный состав, тем самым защищая воспламенительный состав 4 от разряда статического электричества.
Промышленная применимость заявляемого электровоспламенителя подтверждена экспериментально. Были изготовлены опытные партии электровоспламенителей с одним и с двумя мостиками, в которых:
корпус 1 выполнен из стали;
колодочка 2 выполнена из керамики ВК94-1 с диэлектрической проницаемостью 10,3;
электровводы 3 выполнены из стали;
4
3
воспламенительный состав 4 на основе KClO и В с плотностью 1,74 мг/мм, неэлектропроводный;
мостик накаливания 5 - из ни хромовой проволоки диаметром 40 и 20 мкм с минимальной длиной 2,54 и 1,24 мм соответственно, у электровослламенителя с двумя мостиками накаливания минимальное расстояние между мостиками накаливания через воспламенительный состав составляло 2,50 мм;
разрядник статического электричества 6 с воздушным промежутком (размер А) между электровводом и корпусом 0,2 мм (напряжение пробоя 1,27 кВ);
изолятор 7 выполнен из керамики ВК94-1 с диэлектрической проницаемостью 10,3;
размер Б - наименьшее расстояние от электроввода до корпуса через воспламенительный состав составляет 0,9 мм (напряжение пробоя 4,05 кВ):
изолятор разрядника выполнен из прессматериала на основе стекловолокнита с диэлектрической проницаемостью 7, расположенный между разрядником 6 и колодочкой 2.
Экспериментально показана безопасность работ с электровоспламенителем и сохранение его рабочих характеристик после подачи разрядов статического электричества положительной и отрицательной полярности, эквивалентных разряду конденсатора:
емкостью 300 пФ, заряженного до напряжения 20 кВ, подаваемых через сопротивление 1 кОм между электровводами 3 и корпусом 1, а также между всеми электровводами 3 (между мостиками накаливания и через мостики накаливания);
емкостью 250 пФ, заряженного до напряжения 25 кВ, подаваемых через сопротивление 0,5 кОм, между электровводами 3 и корпусом 1, а также между всеми электровводами 3 (между мостиками накаливания и через мостики накаливания).
У всех электровоспламенителей опытных партий электрическое сопротивление изоляции более 20 МОм, при рабочем напряжении мегаомметра 100 В.