ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2000 года по МПК F16K17/38 F42B39/14 

Изобретение относится, прежде всего, к области пиротехники и может быть использовано для предотвращения несанкционированного задействования устройств, содержащих пиротехнические заряды, при чрезмерном повышении температуры, например, в условиях пожара.

Примером могут служить взрыватели, электровоспламенители, предохранительно-исполнительные механизмы, и другие пиротехнические устройства, содержащие в своем составе несколько пиротехнических составов (ПТС), отличающихся по температуре воспламенения, в частности: инициирующие, терочные и другие высокочувствительные ПТС, характеризующиеся низкой температурой воспламенения, а также термитные, газогенерирующие и прочие составы с более высокой температурой воспламенения. При повышении температуры окружающей среды в подобных устройствах вначале происходит воспламенение ПТС с наименьшей температурой воспламенения, от которого может произойти воспламенение остальных элементов пиротехнической цепи и полномасштабное срабатывание устройства.

Повышение уровня безопасности по отношению к воздействию повышенных температур окружающей среды может быть обеспечено целым рядом технических решений.

Известны предохранительные устройства взрывателей, представляющие собой деталь, снаряженную ПТС, в исходном состоянии выведенную из контакта с остальными элементами пиротехнической цепи. Соединение элементов пиротехнической цепи производится от факторов, сопутствующих применению взрывателя, например, артиллерийский выстрел. Данное решение позволяет разделить высоко и низко чувствительные к нагреву/составы, однако используется, преимущественно, для защиты от механических воздействий. Например, патент Швеции N 188317 (МКИ F 42 C 15/00, опубл. 17.03.64) на предохранительное устройство к детонирующему механизму взрывателя.

Известно техническое решение (заявка Франции N 2656085, МКИ F 42 B 39/14, опубл. 21.06. 91), касающееся конструкции осколочно-фугасного снаряда, защищенного от повышения температуры. В корпусе снаряда предусмотрена хрупкая зона, разрушаемая внутренним давлением, создаваемым разложением взрывчатого вещества при значительном повышении температуры. И техническое решение (заявка Франции N 2628833, МКИ F 42 C 1500, опубл. 22.09.89), касающееся конструкции устройства разгерметизации контейнера для хранения боевого заряда, снаряженного взрывчатым веществом. Две части снаряда соединены эвтектическим сплавом, что обеспечивает их разъединение при повышении температуры под действием пружин, предусмотренных в конструкции. Недостатком данных решении является необходимость разгерметизации (декомпозиции) устройства и возможность применения только в случае отсутствия детонационного задействования боевого заряда в процессе повышения температуры.

Известно также устройство для разделения двух объемов в случае повышения температуры, способ выполнения устройства и боеприпасы, содержащие данное устройство (заявка Франции N 2661725, МКИ F 16 К 17/38, F 16 P 1/00, F 42 B 39/14, опубл. 08.11.91).

Устройство содержит по меньшей мере две смежные параллельные пластины с отверстиями, расположенные между разделяемыми объемами. По крайней мере одна из пластин выполнена из материала с памятью формы, меняющейся вблизи предельной температуры. До температуры ниже предельной в пластинах сохраняются отверстия, образующие обшито перекрываемую зону. При температуре выше предельной происходит достаточное сужение отверстия для аннулирования перекрываемой зоны.

Данное решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатками устройства являются:
- необходимость больших габаритных размеров пластин вследствие незначительной величины псевдоупругой деформации памяти формы;
- сложность обеспечения требуемой надежности;
- сложная технология изготовления.

Несмотря на многообразие существующих решений, направленных на повышение безопасности пиротехнических устройств, задача предотвращения срабатывания в условиях повышенных температур окружающей среды сохраняет свою актуальность.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого изобретения:
- повышение надежности,
- упрощение технологии изготовления.

Сущность изобретения состоит в том, что в известном предохранительном устройстве пиротехнической цепи, включающем корпус, заряды с температурой воспламенения поджигающего ниже, чем основного, огнепроводный канал с перекрываемой зоной и коммутирующий элемент, состоящий по крайней мере из двух частей, установленный в огнепроводном канале с возможностью перемещения в сборе или по частям и зафиксированный в корпусе при помощи термочувствительного материала с температурой расфиксации ниже температуры воспламенения поджигающего заряда, до срабатывания устройства основной заряд пневматически изолирован от поджигающего частями коммутирующего элемента, в сборе коммутирующий элемент выполнен как клапанный затвор и по периферийной части зафиксирован в корпусе со стороны поджигающего заряда, при этом перекрываемая зона огнепроводного канала оформлена в виде седла и между частями коммутирующего элемента образовано соединение, прочность которого выбрана меньше прочности фиксирования периферийной части, а центральная часть выполнена таким образом, что при разрушении ее соединения с периферийной она перемещается до упора в седло, но не перекрывает огнепроводный канал.

Между коммутирующим элементом и поджигающим зарядом в корпусе может размещаться дополнительный заряд, при этом температура его воспламенения выбирается выше температуры расфиксации коммутирующего элемента.

Между коммутирующим элементом и поджигающим зарядом в корпусе может быть установлен механический двигатель, контактирующий с коммутирующим элементом при его расфиксации.

Между коммутирующим элементом и седлом в корпусе может быть установлен дополнительный двигатель, контактирующий с коммутирующим элементом при его расфиксации.

Между центральной частью коммутирующего элемента и седлом в корпусе может быть установлен вспомогательный двигатель, контактирующий с центральной частью при разрушении ее соединения с периферийной.

Наличие отличительных от прототипа признаков говорит о соответствии критерию новизны при этом, благодаря тому, что:
- до срабатывания устройства основной заряд пневматически изолирован от поджигающего частями коммутирующего элемента, который зафиксирован в корпусе со стороны поджигающего заряда, воспламенение поджигающего заряда пиротехнической цепи приводит к росту давления продуктов сгорания в огнепроводном канале между поджигающим зарядом и коммутирующим элементом, что позволяет перемещение коммутирующего элемента в сборе или по частям к перекрываемой зоне осуществлять за счет энергии продуктов сгорания поджигающего заряда;
- между частями коммутирующего элемента образовано соединение, прочность которого выбрана меньше прочности фиксирования периферийной части, а центральная часть выполнена таким образом, что при разрушении ее соединения с периферийной она перемещается до упора в седло, но не перекрывает огнепроводный канал, при срабатывании устройства в нормальных температурных условиях под воздействием продуктов сгорания поджигающего заряда происходит разрушение указанного соединения частей коммутирующего элемента, обеспечивается прохождение форса пламени и передача горения от поджигающего заряда к основному;
- в сборе коммутирующий элемент выполнен как клапанный затвор и по периферийной части зафиксирован в корпусе, а перекрываемая зона огнепроводного канала оформлена в виде седла, при срабатывании устройства при температуре выше температуры расфиксации коммутирующего элемента, под воздействием продуктов сгорания поджигающего заряда происходит перемещение клапанного затвора к седлу, предотвращающее прохождение форса пламени по огнепроводному каналу и передачу горения от поджигающего к основному заряду.

Закрепление функции, определяющих характер срабатывания, за разными элементами устройства, в частности, прочность фиксации периферийной части коммутирующего элемента в корпусе и прочность соединения между частями коммутирующего элемента, обеспечивает расширение области допустимых конструктивных параметров устройства и упрощает достижение требуемого уровня показателей надежности и технологию изготовления устройства.

Размещение между коммутирующим элементом и поджигающим зарядом в корпусе дополнительного заряда, температура воспламенения которого выбрана выше температуры расфиксации коммутирующего элемента, обеспечивает повышение уровня показателей надежности устройства.

Давление продуктов сгорания в огнепроводном канале при срабатывании поджигающего заряда зависит от величины свободного объема между поджигающим зарядом и коммутирующим элементом. Размещение между коммутирующим элементом и поджигающим зарядом в корпусе механического двигателя, контактирующего с коммутирующим элементом при его расфиксации, обеспечивает создание первоначального объема, снижение давления в огнепроводном канале и нагрузок на соединение между частями коммутирующего элемента при срабатывании поджигающего устройства, а следовательно, повышение показателей надежности срабатывания устройства при повышенной температуре.

Размещение между коммутирующим элементом и седлом в корпусе дополнительного двигателя, контактирующего с коммутирующим элементом при его расфиксации, обеспечивает сохранение исходного положения коммутирующего элемента после воздействия повышенных температур, не приводящих к срабатыванию поджигающего заряда, что упрощает последующую утилизацию устройства.

Размещение между центральной частью коммутирующего элемента и седлом в корпусе вспомогательного двигателя, контактирующего с центральной частью при разрушении ее соединения с периферийной, обеспечивает возможность возврата центральной части коммутирующего элемента в исходное положение после срабатывания устройства, что позволяет управлять пропускной способностью огнепроводного канала после срабатывания устройства.

Другие результаты, достигаемые при использовании предлагаемого изобретения:
- благодаря тому, что поджигающий заряд до срабатывания устройства изолирован от основного, исключается их химическое взаимодействие в процессе хранения.

Перечисленные отличительные особенности предложенного устройства в совокупности с признаками ограничительной части обеспечивают возможность решения настоящей технической задачи.

На фиг. 1, 2, 3 представлены варианты предлагаемого предохранительного устройства.

Приведенные графические материалы иллюстрируют примеры конкретного исполнения предлагаемого устройства, подтверждающие его промышленную применимость при решении задачи повышения безопасности.

У предохранительного устройства, изображенного на фиг. 1, в корпусе 1 выполнены две полости, в которых установлены поджигающий А и основной Б заряды. Полости корпуса 1 соединены друг с другом при помощи отверстия В, служащего огнепроводным каналом.

Поджигающий заряд размещен во втулке 2, а основной - в обечайке 3.

В огнепроводный канал В со стороны поджигающего заряда установлен коммутирующий элемент 4, который выполнен в виде клапанного затвора и зафиксирован в корпусе 1 при помощи пайки легкоплавким припоем 5. Центральная часть Г коммутирующего элемента 4, направлена в сторону основного заряда Б и соединена с периферийной частью Д через участок Е уменьшенной толщины.

Форма торцевой поверхности обечайки 3 подобна поверхности центральной части Г коммутирующего элемента 4 и служит седлом Ж для него, что обеспечивает перекрытие огнепроводного канала при соприкосновении указанных поверхностей друг с другом.

В седле Ж обечайки 3 выполнены отверстия И, предназначенные для прохода к основному заряду Б форса пламени от поджигающего заряда А при разрушении соединения Е.

Поджигающий заряд A представляет собой навеску из состава на основе Рb₃O₄ и Zr с температурой воспламенения T1 ≈ 200^oC. Давление продуктов сгорания в огнепроводном канале при срабатывании поджигающего заряда P1 ≈ 30 МПа. Втулка 2 для размещения состава выполнена из стали 12X18H10Т ГОСТ 5632 - 72.

Основной заряд представляет собой навеску пиротехнического состава на основе Fe₂O₃ и Al с температурой воспламенения T2 более 800^oC. Обечайка 3 для состава выполнена из стали 30X13 ГОСТ 5632 - 72.

Коммутирующий элемент 4 выполнен из меди M1 ГОСТ 859 - 78, при этом геометрические параметры соединения Е выбраны из условия обеспечения прочности до давления в огнепроводном канале P2 ≈ 20 МПа. Для пайки коммутирующего элемента 4 используется припой ПОС 61 ГОСТ 21930 - 76 с температурой плавления T3=(183 - 190)^oC, параметры паяного шва выбраны из условия обеспечения прочности до давления в огнепроводном канале P3 ≈ 100 МПа.

Предохранительное устройство, изображенное на фиг. 2, отличается тем, что между коммутирующим элементом 4 и поджигающим зарядом А установлен дополнительный заряд К, размещенный в обойме 6. Кроме того, между коммутирующим элементом 4 и поджигающим зарядом A в корпусе установлен механический двигатель 7, контактирующий с коммутирующим элементом при его расфиксации.

Дополнительный заряд К представляет собой навеску из состава на основе KClO₄ и B с температурой воспламенения T4 ≈ 400^oC. Давление продуктов сгорания в огнепроводном канале при срабатывании дополнительного заряда P4 ≈ 40 МПа. Обойма 6 для размещения состава выполнена из стали 12X18H10Т ГОСТ 5632 - 72.

Механический двигатель 7 выполнен в виде тарельчатой пружины из ленты 60C2A Т C ГОСТ 2283 - 79. Рабочее усилие на коммутирующий элемент эквивалентно усилию от давления в огнепроводном канале P5 ≈ 0,02 МПа.

Предохранительное устройство, изображенное на фиг. 3, отличается тем, что между коммутирующим элементом 4 и седлом Ж обечайки 3 в корпусе установлен дополнительный двигатель 8, контактирующий с коммутирующим элементом при его расфиксацин. Кроме того, между центральной частью Г коммутирующего элемента 4 и седлом Ж в корпусе установлен вспомогательный двигатель 9, контактирующий с центральной частью при разрушении ее соединения с периферийной частью Д.

Дополнительный двигатель 8 выполнен в виде винтовой цилиндрической пружины сжатия из стали Б-1-0,5 ГОСТ 9389 - 75. Рабочее усилие на коммутирующий элемент эквивалентно усилию от давления в огнепроводном канале P6 ≈ 0,02 МПа.

Вспомогательный двигатель 9 выполнен в виде винтовой конической пружины сжатия из стали Б-1-0,2 ГОСТ 9389 - 75. Рабочее усилие на коммутирующий элемент эквивалентно усилию от давления в огнепроводном канале P7 ≈ 0,01 МПа.

Предлагаемое устройство, изображенное на фиг. 1, работает следующим образом.

При срабатывании устройства в нормальных температурных условиях под воздействием продуктов сгорания поджигающего заряда А в огнепроводном канале повышается давление. После достижения давления более P2 происходит разрушение соединения Е между периферийной Д и центральной Г частями коммутирующего элемента 4. Центральная часть Г коммутирующего элемента перемещается в направлении основного заряда Б и через отверстия И в седле Ж форс пламени поступает к основному заряду и воспламеняет его.

В случае повышения температуры окружающей среды, например, при пожаре до значения T3 происходит расфиксация коммутирующего элемента 4. а при дальнейшем ее повышении до значения T1 воспламеняется поджигающий заряд А. Под воздействием продуктов его сгорания происходит перемещение коммутирующего элемента 4 к седлу Ж и перекрытие огнепроводного канала B, предотвращающее передачу горения от поджигающего к основному заряду.

Предохранительное устройство, изображенное на фиг. 2, работает аналогичным образом, и при срабатывают в нормальных температурных условиях срабатывание поджигающего заряда А приводит к воспламенению дополнительного заряда К. Под воздействием продуктов сгорания дополнительного заряда К в огнепроводном канале повышается давление и после достижения давления более P2 происходит разрушение соединения Е частей коммутирующего элемента 4, перемещение его центральной части Г в направлении основного заряда Б, проход форса пламени к основному заряду и его воспламенение. При этом, благодаря более высокому давлению в огнепроводном канале при срабатывании дополнительного заряда(P4 больше P1), повышается надежность разрушения соединения частей коммутирующего элемента и надежность передачи горения к основному заряду.

В случае повышения температуры окружающей среды, например, при пожаре до значения T3 происходит расфиксация коммутирующего элемента 4. Под воздействием усилия P5 со стороны механического двигателя 7 происходит перемещение коммутирующего элемента в направлении основного заряда, что приводит к увеличению свободного объема огнепроводного канала в районе дополнительного заряда К. При дальнейшем повышении температуры до значения T1 воспламеняется поджигающий заряд А и затем - дополнительный заряд К. Под воздействием продуктов сгорания происходит перемещение коммутирующего элемента 4 к седлу Ж и перекрытие огнепроводного канала B, предотвращающее передачу горения от поджигающего заряда к основному. Увеличение свободного объема огнепроводного канала приводит к снижению давления в нем, вследствие чего снижаются нагрузки на соединение Е частей коммутирующего элемента, что способствует повышению надежности перекрытия огнепроводного канала.

Предохранительное устройство, изображенное на фиг. 3, работает аналогичным образом, и при срабатывании в нормальных температурных условиях под воздействием продуктов сгорания поджигающего заряда А в огнепроводном канале повышается давление. После достижения давления более P2 происходит разрушение соединения Е между периферийной Д и центральной Г частями коммутирующего элемента 4. Центральная часть Г коммутирующего элемента перемещается в направлении основного заряда Б и через отверстия И в седле Ж форс пламени поступает к основному заряду и воспламеняет его.

После выравнивания давления между основным и поджигающим зарядами центральная часть Г коммутирующего элемента 4 под воздействием усилия P6 со стороны вспомогательного двигателя 9 перемещается к своему исходному положению, что препятствует распространению продуктов сгорания основного заряда по огнепроводному каналу.

В случае повышения температуры окружающей среды, например, при пожаре до значения T3 происходит расфиксация коммутирующего элемента 4, а при дальнейшем ее повышении до значения T1 воспламеняется поджигающий заряд А. Под воздействием продуктов сгорания происходит перемещение коммутирующего элемента 4 к седлу Ж и перекрытие огнепроводного канала B, предотвращающее передачу горения от поджигающего заряда к основному. Ввиду малости давления со стороны дополнительного двигателя 8 и вспомогательного 9 (PI значительно больше P6 и P7) они не влияют на процесс перемещения коммутирующего элемента 4.

В случае воздействия повышенных температур, не приводящих к срабатыванию поджигающего заряда, усилие P6 со стороны дополнительного двигателя 8 обеспечивает сохранение исходного положения коммутирующего элемента 4. Это упрощает последующую утилизацию устройства путем срабатывания в нормальных температурных условиях.

Приведенные примеры конкретного выполнения предохранительного устройства не исключают большого числа других вариантов исполнения в пределах существа изобретения.

Предлагаемое предохранительное устройство обеспечивает расширение области допустимых конструктивных параметров, повышение надежности, упрощение технологии изготовления и утилизации устройства после воздействия повышенных температур, не приводящих к срабатыванию поджигающего заряда.

Предохранительное устройство предназначено для использования в области пиротехники для предотвращения несанкционированного задействования устройств, содержащих пиротехнические заряды, при чрезмерном повышении температуры, например, в условиях пожара. Предохранительное устройство содержит корпус, заряды с температурой воспламенения поджигающего ниже, чем основного. Огнепроводный канал с перекрываемой зоной. Коммутирующий элемент, состоящий по крайней мере из двух частей, установленный в огнепроводном канале с возможностью перемещения в сборе или по частям и зафиксированный в корпусе при помощи термочувствительного материала. Температура расфиксации которого ниже температуры воспламенения поджигающего заряда. До срабатывания устройства основной заряд пневматически изолирован от поджигающего частями коммутирующего элемента. В сборе коммутирующий элемент выполнен как клапанный затвор и по периферийной части зафиксирован в корпусе со стороны поджигающего заряда. При этом перекрываемая зона огнепроводного канала оформлена в виде седла. Между частями коммутирующего элемента образовано соединение, прочность которого выбрана меньше прочности фиксирования периферийной части. А центральная часть выполнена таким образом, что при разрушении ее соединения с периферийной она перемещается до упора в седло, но не перекрывает огнепроводный канал. Изобретение позволяет расширить области допустимых конструктивных параметров, повысить надежность устройства, упростить технологии изготовления и утилизации устройства после воздействия повышенных температур, не приводящих к срабатыванию поджигающего заряда. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Предохранительное устройство пиротехнической цепи, включающее корпус, заряды с температурой воспламенения поджигающего ниже, чем основного, огнепроводный канал с перекрываемой зоной и коммутирующий элемент, состоящий, по крайней мере, из двух частей, установленный в огнепроводном канале с возможностью перемещения в сборе или по частям и зафиксированный в корпусе при помощи термочувствительного материала с температурой расфиксации ниже температуры воспламенения поджигающего заряда, отличающееся тем, что до срабатывания устройства основной заряд пневматически изолирован от поджигающего частями коммутирующего элемента, в сборе коммутирующий элемент выполнен как клапанный затвор и по периферийной части зафиксирован в корпусе со стороны поджигающего заряда, при этом перекрываемая зона огнепроводного канала оформлена в виде седла и между частями коммутирующего элемента образовано соединение, прочность которого выбрана меньше прочности фиксирования периферийной части, а центральная часть выполнена таким образом, что при разрушении ее соединения с периферийной она перемещается до упора в седло, но не перекрывает огнепроводный канал. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между коммутирующим элементом и поджигающим зарядом в корпусе размещен дополнительный заряд, при этом температура его воспламенения выбрана выше температуры расфиксации коммутирующего элемента. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что между коммутирующим элементом и поджигающим зарядом в корпусе установлен механический двигатель, контактирующий с коммутирующим элементом при его расфиксации. 4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что между коммутирующим элементом и седлом в корпусе установлен дополнительный двигатель, контактирующий с коммутирующим элементом при его расфиксации. 5. Устройство по п.1 или 2, или 3, или 4, отличающееся тем, что между центральной частью коммутирующего элемента и седлом в корпусе установлен вспомогательный двигатель, контактирующий с центральной частью при разрушении ее соединения с периферийной.