ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ ГАЗОГЕНЕРАТОР ДЛЯ ПОДВОДНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B01J7/00 F02K9/10 B63B22/08 

Изобретение относится к области подводной техники, а более конкретно к области аварийно-спасательных и подводно-технических работ при использовании продуктов горения унитарных твердых топлив для вытеснения водяного балласта.

Известен твердотопливный газогенератор, используемый для надува мягкой оболочки буя [1] Известный газогенератор содержит прочный герметичный корпус, в котором установлены твердотопливный заряд и средство воспламенения с малогабаритным источником тока.

Недостатком известного газогенератора является низкие габаритно-массовые характеристики, связанные с обеспечением достаточной прочности корпуса, способного выдержать внешнее гидростатическое давление. Очевидно с возрастанием рабочей глубины погружения этот недостаток проявляется в большей степени.

Известен твердотопливный газогенератор для проведения подводных работ, содержащий выполненный в виде перевернутого стакана твердотопливный заряд, служащий одновременно корпусом, и внутри него предусмотрена дополнительная твердотопливная шашка с проволочкой накаливания, связанной с расположенным внутри заряда источником питания, который установлен на герметизирующем днище, выполненном в виде обратного клапана [2]
Известный газогенератор имеет более низкие габаритно-массовые характеристики за счет исключения представляющего балласт металлического корпуса. Однако необходимость обеспечения герметичности ограничивает его использование относительно небольшими рабочими глубинами, что связано с недостаточными прочностными характеристиками твердого топлива.

Известен твердотопливный газогенератор для подводного использования, применяемый, например, в подъемных устройствах с надувной мягкой оболочкой и являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному [3]
Известный газогенератор, взятый за прототип, содержит составной корпус, одна часть которого состоит из стальной обечайки и кольцевой диафрагмы, на которой установлена другая часть в виде перевернутого пластмассового стакана и в него вклеен опирающийся на перфорированную диафрагму твердотопливный блок со средством воспламенения. Конструкция указанного газогенератора обеспечивает разгрузку твердотопливного блока от перепада гидростатического давления, что позволяет использовать его без ограничений рабочей глубины погружения для топлив, не взаимодействующих с забортной водой.

Недостатком известного твердотопливного газогенератора является неполная надежность воспламенения топлива, связанная с возможностью выпадания спирали накаливания вследствие случайных нагрузок (рывков, ударов и т.п.) или непосредственно в процессе зажигания за счет начального выгорания топлива и соответствующего увеличения диаметра глухого канала еще до выхода на стационарный режим горения. Кроме того, в газогенераторах возможно использование преимущественно баллиститных топлив, которые, как известно, практически не взаимодействуют с окружающей водой. Применение же смесевых составов затруднено вследствие трудностей воспламенения из-за возможного вымывания растворимых компонентов топлива, в частности широко используемого в ракетных топливах окислителя перхлората аммония (NH₄ClO₄), составляющего большую часть массы топлива (порядка 75 мас.).

Ставилась задача расширения эксплуатационных возможностей газогенератора за счет повышения надежности воспламенения твердотопливного блока и обеспечения возможности использования смесевых твердых топлив в подводных условиях в разгруженном от перепада гидростатического давления состоянии.

Поставленная задача решается тем, что в известном твердотопливном газогенераторе для подводного использования, содержащем камеру сгорания и опирающийся на перфорированную диафрагму твердотопливный блок со средством воспламенения, в твердотопливном блоке выполнен глухой канал, в котором установлено средство воспламенения, выполненное в виде втулки с внутренней ступенчатой расточкой, включающее спираль накаливания с подводящими проводами от источника тока, при этом втулка установлена охватывающей спираль накаливания, внутри которой проложен один из подводящих проводов, который приклеен к упору, установленному на ступенчатой выточке, причем площадь поперечного сечения втулки больше площади просвета каждого из отверстий диафрагмы. Свободное пространство камеры сгорания может быть заполнено насыщенным раствором используемого топлива, а отверстия диафрагмы перекрыты упругой мембраной, например, из резины. Указанное выполнение средства воспламенения позволяет разгрузить спираль накаливания от случайных нагрузок, придав одном из подводящих проводов роль несущего тросика, воспринимающего эти случайные нагрузки. Причем выполнение твердотопливной втулки по размерам, превосходящим размеры отверстий диафрагмы, исключает возможность выпадания указанной твердотопливной втулки из глухого канала. Все это повышает надежность воспламенения твердотопливного блока. Заполнение свободных объемов камеры сгорания насыщенным раствором используемого топлива предотвращает вымывание растворимых компонентов топлива, а герметизация камеры сгорания за счет упругой мембраны исключает разбавление насыщенного раствора забортной водой с одновременным обеспечением разгрузки от перепада гидростатического давления.

На фиг. 1 представлен общий вид газогенератора в разрезе; на фиг. 2 вид А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез средства воспламенения в увеличенном масштабе; на фиг. 4 общий вид газогенератора в разрезе с упругой мембраной.

Твердотопливный газогенератор для подводного использования согласно изобретению (фиг. 1) содержит сборную камеру сгорания, состоящую из верхнего стакана 1 и нижней обечайки 2 с крепежными стойками 3 (фиг. 2). Между указанными частями предусмотрена перфорированная диафрагма 4, на которой установлен блок твердого топлива 5 с глухим каналом 6. В последнем установлено средство воспламенения (фиг. 3), состоящее из втулки 7, охватывающей спираль накаливания 8 с подводящими проводами 9 от источника тока (не показан). Во втулке 7 предусмотрена внутренняя выточка 10, на ступеньке которой установлен упор 11. К последнему приклеен один из подводящих проводов 9. Габариты средства воспламенения (твердотопливной втулки 7) должны превышать размеры отверстий диафрагмы 4, что обеспечивает невыпадение указанного средства воспламенения.

Работа газогенератора осуществляется следующим образом.

При подаче напряжения на спираль накаливания 8 последняя нагревается, обеспечивая испарение окружающей жидкости. После образования паровой прослойки и соответствующего уменьшения теплоотвода в окружающую воду происходит сначала воспламенение внутренней части твердотопливного блока 5 по поверхности глухого канала 6. Образующиеся продукты горения вытесняют воду из обечайки 2 и, пройдя между стойками 3, поступают в верхнюю часть вытесняемого объема воды (не показан). Описанный вариант конструкции газогенератора пригоден преимущественно для несмачиваемых топлив типа баллиститных.

В случае применения смесевых топлив, компоненты которых могут растворяться в воде и, следовательно, возможно вымывание поверхностного слоя, для таких топлив предложена конструкция газогенератора, приведенная на фиг. 4. В таком газогенераторе дополнительно предусмотрена упругая мембрана 12, например, из резины, а свободное пространство камеры сгорания заполнено насыщенным раствором 13 используемого топлива. Для приготовления раствора могут быть использованы и отдельные растворимые компоненты топлива. Контактирование смесевого топлива с его насыщенным раствором исключает вымывание поверхностного окислителя, а наличие упругой мембраны предохраняет насыщенный раствор от разбавления забортной водой.

Работа такого газогенератора осуществляется подобно вышеописанному. Особенностью является то, что при воспламенении топлива и последующем повышении давления в камере сгорания обеспечиваются разрыв упругой мембраны 12 и последующее вытеснение насыщенного раствора.

Предложенный твердотопливный газогенератор превосходит взятый за прототип газогенератор по надежности в эксплуатации, в том числе при использовании смесевых топлив с растворимыми компонентами. Это обеспечивает надежность воспламенения, связанной с тем, что в процессе зажигания спираль накаливания 8 удерживается за счет подводящего провода и упора 11 вплоть до того момента, когда внутренний диаметр разгорающейся твердотопливной втулки достигнет начального диаметра внутренней выточки. Это время может быть задано, исходя из многократного превышения времени действия спирали накаливания над временем, необходимым для зажигания. Если определить запас надежности как отношения времени удерживания спирали накаливания во втулке ко времени, необходимому для зажигания, то по сравнению с прототипом этот запас может быть на порядок больше. Действительно, без средства закрепления спираль накаливания может быть вытолкнута в процессе газификации втулки без горения и соответствующего превышения начального внутреннего диаметра на величину, равную 0,1 0,3 мм. Разница между диаметром выточки и внутренним диаметром втулки может быть выбрана в широких пределах. На практике она может быть взята порядка 4 15 мм и более. Отношение времен генерации воспламеняющих газов будет соответствовать отношению горящих сводов, т.е.

Таким образом, в предложенном газогенераторе продукты горения от воспламенителя будут поступать на поверхность глухого канала твердотопливного блока в 40 50 раз дольше, что существенно повысит надежность зажигания.

Работоспособность традиционного газогенератора не ограничена рабочей глубиной погружения и сохраняется для смесевых топлив с растворимыми компонентами.

Источники информации
1. Патент США N 4497632, кл. B 63 B 21/OO, 1985.

2. Авт.св. СССР N 1434901, кл. 23 5/00; B 63 C 7/00, 1985.

3. Авт.св. СССР N 1729905, кл. B 63 B 22/08, 1992 (прототип).

Использование: в области подводной техники, а более конкретно в области аварийно-спасательных и подводно-технических работ. Сущность изобретения: твердотопливный газогенератор для подводного использования содержит камеру сгорания, твердотопливный блок с глухим каналом, опирающийся на перфорированную диафрагму с упругой мембраной, в котором установлено средство воспламенения, выполненное в виде имеющей внутреннюю ступенчатую расточку втулки, охватывающей спираль накаливания, внутри которой проложен один из подводящих проводов, прикрепленный к упору, установленному на ступенчатой расточке. Использование данного изобретения позволяет обеспечить надежность в эксплуатации, в том числе при использовании смесевых топлив с растворимыми компонентами, и его работоспособность не ограничена рабочей глубиной погружения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Твердотопливный газогенератор для подводного использования, содержащий камеру сгорания и опирающийся на перфорированную диафрагму твердотопливный блок с глухим каналом, в котором установлено средство воспламенения, включающее спираль накаливания с подводящими проводами от источника тока, отличающийся тем, что средство воспламенения выполнено в виде имеющей внутреннюю ступенчатую расточку втулки, охватывающей спираль накаливания, внутри которой проложен один из подводящих проводов, который прикреплен к упору, установленному на ступенчатой расточке, причем площадь поперечного сечения втулки больше площади просвета каждого из отверстий диафрагмы. 2. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что свободное пространство камеры сгорания заполнено насыщенным раствором используемого топлива, а отверстия диафрагмы перекрыты упругой мембраной, например, из резины.