ГАЗОГЕНЕРАТОР Российский патент 2000 года по МПК F23R5/00 A62C13/02 B01J7/00 

Изобретение относится к конструкциям газогенераторов на твердом химическом топливе, предназначенных для получения холодных газов, используемых в системах порошкового пожаротушения для вытеснения порошка из емкостей, для гашения очагов загорания, для наддува средств спасения (плотов, трапов и т. п.), в системах аварийного управления запорной арматурой газопроводов, имеющих пневмо- или гидропневмопривод, для приведения в действие различных механизмов.

Известные конструкции генераторов холодного азота, как правило, имеют корпус с одним или несколькими расходными отверстиями, средство воспламенения, заряд твердого химического топлива, фильтрующий блок с охлаждающим агентом (а.с. 1600799, патент РФ 2023956, патент США 3558285).

Существующие конструкции газогенераторов недостаточно надежны. Это связано с тем, что очистка газа в фильтрующем блоке происходит благодаря остыванию до затвердевания жидкой части шлаков и оседанию их на поверхности частиц охлаждающего агента и в сквозных порах между ними.

При несанкционированном увеличении прихода продуктов газификации заряда из-за неравномерного характера процесса возможно либо проникновение горючих продуктов сквозь всю толщину слоя охлаждающего агента и выброс шлаков за пределы корпуса газогенератора, либо значительное перекрытие сквозных пор, что приводит к недопустимому возрастанию давления в корпусе газогенератора вплоть до его разрушения.

Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является конструкция газогенератора по свидетельству на полезную модель N 3464, F 02 C 7/25, 01.09.95. В этой конструкции имеется корпус с верхней и нижней крышками и выходным отверстием, в котором последовательно размещены воспламенитель, заряд твердого газопроницаемого вещества на основе азида натрия, размещенный в корпусе вплотную к его боковой поверхности и имеющий сквозную пористость на уровне 38 - 50%, фильтр-охладитель, сетка, опорная перфорированная решетка, размещенная со стороны выходного отверстия.

Работа газогенератора заключается в следующем. При подаче электрического импульса срабатывает пиропатрон, который форсом пламени поджигает навеску воспламенительного состава, в результате чего образуются горячие газы, прогревающие поверхностный слой заряда, обращенный к воспламенителю, до температуры, при которой начинается реакция газификации в твердом газопроницаемом веществе. Реакция идет с выделением тепла. Газы протекают через пористое тело заряда, нагревают последующие слои, поддерживания тем самым самопроизвольное развитие вышеуказанной реакции до тех пор, пока вещество не прореагирует полностью. В процессе этой реакции образуются конденсированные твердые (шлаки) и жидкие (натрий) компоненты. В процессе прохождения через тело заряда газы частично охлаждаются и очищаются, а выносимые ими компоненты попадают в фильтр, где охлаждаются до температуры, близкой или равной температуре окружающей среды, и окончательно очищаются от шлаков и натрия. Охлажденные и очищенные газы поступают в объект потребителя.

Несмотря на достаточно традиционные схему устройства и принцип работы газогенератора, принятого за прототип, его конструкция недостаточно надежна. Это обусловлено трудностями создания однородной структуры пористого заряда, образования плоскопараллельного фронта горения и, как следствие, возможностью образования каналов с уменьшенным газодинамическим сопротивлением, что может приводить либо к несанкционированному выносу шлаков за пределы корпуса генератора, либо к забиванию фильтра-охладителя, которое приводит к значительному возрастанию давления в корпусе газогенератора вплоть до его разрушения, создавая опасные ситуации. Прямое исключение данного явления вызывает усложнение конструкции газогенератора.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка более надежной и эффективной конструкции газогенератора за счет предотвращения несанкционированного прорыва частиц продуктов сгорания за пределы корпуса и забивания фильтра-охладителя при одновременном повышении коэффициента заполнения газогенератора зарядом твердого газопроницаемого вещества путем исключения необходимости организации плоскопараллельного фронта горения.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом газогенераторе, содержащем корпус с верхней и нижней крышками и выходным отверстием, в котором последовательно размещены воспламенитель, заряд твердого газопроницаемого вещества на основе азида натрия, размещенный в корпусе вплотную к его поверхности, фильтр-охладитель, между зарядом и фильтром-охладителем установлены опорная перфорированная решетка и сетка, особенность заключается в том, что воспламенитель расположен за пределами конической части верхней крышки, в свободном пространстве которой размещен заряд, фильтр-охладитель выполнен в виде диафрагмы чашеобразной формы с отбортовкой, наибольший диаметр которой равен внутреннему диаметру корпуса, цилиндрическая часть диафрагмы выполнена с зазором к нижней крышке, с внутренней стороны цилиндрической части диафрагма снабжена уступом для размещения опорной перфорированной решетки, ниже уступа в стенке цилиндрической части диафрагмы равномерно по окружности расположены, по крайней мере, четыре тангенциальных канала, одинаково ориентированные по отношению к ближайшим радиусам окружности, у каждого из них ось находится на расстоянии радиуса канала от касательной к окружности внутренней поверхности стенки цилиндрической части диафрагмы и параллельна этой касательной, при этом общая высота диафрагмы превышает сумму высоты решетки, диаметра канала и толщины дна диафрагмы, по центру к диафрагме со стороны выходного отверстия прикреплена цилиндрическая стойка с пятой на конце, утопленной в дно нижней крышки, кроме того, в стойке соосно выполнена глухая со стороны диафрагмы цилиндрическая полость с отверстиями в боковой стенке около пяты, на наружной поверхности стойки размещен сетчатый фильтрующий материал, обжатый трубой, которая установлена в дне нижней крышки и фиксирует в нем пяту стойки, а в стенке трубы вблизи диафрагмы расположены отверстия, при этом между трубой и нижней крышкой сформировано свободное пространство фильтра-охладителя.

Проведенный анализ уровня техники показывает, что предлагаемый газогенератор отличается от прототипа тем, что заряд твердого газопроницаемого вещества занимает все свободное пространство цилиндрической части корпуса и верхней крышки. Кроме того, иным исполнением фильтра-охладителя. В нем вместо инертного материала песка (прототип) устанавливается конструкция, в которой происходит очистка и охлаждение газа.

Таким образом, заявляемый газогенератор соответствует критерию "новизна".

Газогенератор с предложенной совокупностью входящих в него узлов и деталей позволяет повысить эффективность и надежность конструкции. Предложенный фильтр-охладитель не требует параллельности фронта газификации, т.к. в данном случае неравномерный выход реакционной зоны на опорную решетку не влияет на характер дальнейшего течения газа и, тем самым, исключает возможность преждевременного прорыва конденсированных продуктов сгорания к расходному отверстию и значительного возрастания давления в корпусе газогенератора с нежелательными отрицательными последствиями для объекта потребителя. Это обстоятельство позволяет использовать для размещения заряда свободное пространство верхней крышки с формированием криволинейной начальной горящей поверхности и за счет этого повысить коэффициент заполнения газогенератора до 0,822 (у прототипа - 0,552). От перемещения в продольном направлении со стороны верхней крышки заряд удерживается тем, что он опирается на коническую поверхность крышки, занимая ее свободный объем. В данном исполнении необходимость применения опорной решетки со стороны верхней крышки для продольной фиксации заряда исчезает. В области нижней крышки заряд фиксируется от продольных перемещений опорной перфорированной решеткой с сеткой. Эта опора предохраняет заряд от преждевременного разрушения и не позволяет шлакам забить цилиндрическую часть диафрагмы при работе газогенератора. Применение диафрагмы с каналами в конструкции фильтра-охладителя позволяет производить, в основном, очистку газа от шлаков и натрия за счет раскрутки потока газа в области свободного пространства фильтра-охладителя, сформированного между трубой и нижней крышкой. Более крупные частицы шлаков и капли жидкого натрия при раскрутке отбрасываются инерционными силами на периферию крышки и там оседают. Остающаяся в потоке часть конденсированных частиц поступает с газом в сетчатый фильтрующий материал, в котором окончательно очищается и охлаждается. Таким образом, непредвиденный прорыв конденсированных частиц через фильтр-охладитель невозможен, и тем самым удается повысить эффективность и надежность работы конструкции в целом.

Сравнение предлагаемой конструкции газогенератора с прототипом и другими решениями показало, что не известен газогенератор, в котором бы имело место предложенное сочетание конструктивных элементов. Но именно совокупность отличительных от прототипа признаков с остальными существенными признаками заявляемого решения позволила достичь более качественного уровня эксплуатационных характеристик, создать совершенно иную картину фронта газификации при одновременном значительном увеличении коэффициента заполнения газогенератора. Это дает основание считать предложенный газогенератор обладающим изобретательским уровнем.

На фиг. 1 изображен продольный разрез заявляемого устройства;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Газогенератор содержит корпус 1 с верхней 2 и нижней 3 крышками и выходным отверстием 4, в котором размещены воспламенитель 5, заряд 6 твердого газопроницаемого вещества на основе амида натрия. Между зарядом 6 и конструкцией фильтра-охладителя размещены сетка 7 и опорная перфорированная решетка 8. Конструкция фильтра-охладителя включает диафрагму 9 чашеобразной формы с уступом для размещения решетки 8, ниже уступа в стенке цилиндрической части диафрагмы 9 равномерно по окружности расположены, по крайней мере, четыре тангенциальных канала 10, одинаково ориентированные по отношению к ближайшим радиусам окружности, у каждого из них ось находится на расстоянии радиуса канала 10 от касательной к окружности внутренней поверхности стенки цилиндрической части диафрагмы 9 и параллельна этой касательной. При этом общая высота диафрагмы 9 превышает сумму высоты решетки 8, диаметра канала 10 и толщины дна диафрагмы 9. По центру к диафрагме 9 со стороны выходного отверстия 4 прикреплена цилиндрическая стойка 11 с пятой 12 на конце. Пята 12 утоплена в дно крышки 3. В стойке 11 соосно выполнена глухая со стороны диафрагмы 9 цилиндрическая полость 13 с отверстиями 14 в боковой стенке около пяты 12. На наружной поверхности стойки 11 размещен сетчатый фильтрующий материал 15, обжатый трубой 16, которая установлена в дне нижней крышки 3 и фиксирует в нем пяту 12 стойки 11. В стенке трубы 16 вблизи диафрагмы 9 расположены отверстия 17. При этом между трубой 16 и нижней крышкой 3 сформировано свободное пространство 18 фильтра-охладителя.

Предлагаемая конструкция газогенератора работает следующим образом. При подаче электрического импульса на пиропатрон (условно не показан) происходит зажжение навески воспламенительного состава воспламенителя 5. Тепло от сгорания воспламенителя нагревает торцевую поверхность заряда 6 до температуры, при которой в твердом газопроницаемом веществе начинается реакция, сопровождающаяся образованием газов. Газы проходят по порам заряда 6, нагревая последующие слои твердого газопроницаемого вещества, и охлаждаются. При достаточно большой длине заряда 6 газы могут охлаждаться вплоть до температуры, близкой к начальной температуре заряда. В процессе газификации путь, который проходят газы по телу заряда 6, уменьшается, и наступает момент, когда газы, увлекая за собой расплавленный натрий и мелкие частицы шлаков, выносят их за пределы заряда 6 на сетку 7, на которой задерживаются куски шлака, и после нее газы поступают через перфорацию решетки 8 в цилиндрическую часть чашеобразной диафрагмы 9. При этом перфорированная решетка 8 предохраняет сетку 7 от смятия, заряд 6 от преждевременного разрушения, а диафрагму 9 от забивания ее цилиндрической части кусками твердого шлака. Поступая в диафрагму 9, газы отклоняются от движения вдоль оси корпуса 1 и устремляются в тангенциальные каналы 10. Газы, проходя каналы 10 диафрагмы 9, приобретают вращательное движение в свободном пространстве 18 фильтра-охладителя. При таком процессе более крупные частицы шлаков и капли натрия отбрасываются в периферийную часть потока газа к стенке нижней крышки 3, где оседают и затем собираются в нижней части конструкции фильтра-охладителя. Частично очищенные газы поступают через отверстия 17 в трубе 16 в сетчатый фильтрующий материал 15, где проходят окончательную очистку, и через отверстия 14 поступают в полость 13 стойки 11, которая сообщается с выходным отверстием 4, и после него через магистраль на объект потребителя.

Предложенная конструкция не вызывает затруднений в реализации, т.к. в ней используются детали и материалы, изготавливаемые промышленностью. Газогенератор был изготовлен и испытан. Испытания подтвердили работоспособность заявляемой конструкции. Таким образом, предлагаемое техническое решение практически реализуемо, создание таких конструкций является задачей актуальной, поскольку в этом случае повышается эффективность использования газогенераторов, и, следовательно, заявляемая разработка обладает промышленной применимостью.

Газогенератор, предназначенный для получения холодных газов для наддува средств спасания и использования при пожаротушении, содержит корпус с верхней и нижней крышками и выходным отверстием, в котором последовательно размещены воспламенитель, расположенный за пределами конической части верхней крышки, заряд твердого газопроницаемого вещества на основе азида натрия. В корпусе вплотную к его поверхности размещен фильтр-охладитель, выполненный чашеобразной формы с отбортовкой. Между зарядом и фильтром-охладителем установлены опорная перфорированная решетка и сетка. С внутренней стороны цилиндрической части диафрагма снабжена уступом для размещения опорной перфорированной решетки. Ниже уступа в стенке цилиндрической части диафрагмы равномерно по окружности расположены, по крайней мере, четыре тангенциальных канала. По центру к диафрагме со стороны выходного отверстия прикреплена цилиндрическая стойка с пятой на конце. В стойке соосно выполнена глухая со стороны диафрагмы цилиндрическая полость с отверстиями в боковой стенке около пяты. На наружной поверхности размещен сетчатый фильтрующий материал, обжатый трубой. Между трубой и нижней крышкой сформировано свободное пространство фильтра-охладителя. Такое выполнение газогенератора приводит к повышению надежности его работы. 2 ил.

Газогенератор, содержащий корпус с верхней и нижней крышками и выходным отверстием, в котором последовательно размещены воспламенитель, заряд твердого газопроницаемого вещества на основе азида натрия, размещенный в корпусе вплотную к его поверхности фильтр-охладитель, между зарядом и фильтром-охладителем установлены опорная перфорированная решетка и сетка, отличающийся тем, что воспламенитель расположен за пределами конической части верхней крышки, в свободном пространстве которой размещен заряд, фильтр-охладитель выполнен в виде диафрагмы чашеобразной формы с отбортовкой, наибольший диаметр которой равен внутреннему диаметру корпуса, цилиндрическая часть диафрагмы выполнена с зазором к нижней крышке, с внутренней стороны цилиндрической части диафрагма снабжена уступом для размещения опорной перфорированной решетки, ниже уступа в стенке цилиндрической части диафрагмы равномерно по окружности расположены, по крайней мере, четыре тангенциальных канала, одинаково ориентированные по отношению к ближайшим радиусам окружности, у каждого из них ось находится на расстоянии радиуса канала от касательной к окружности внутренней поверхности стенки цилиндрической части диафрагмы и параллельна этой касательной, при этом общая высота диафрагмы превышает сумму высоты решетки, диаметра канала и толщины дна диафрагмы, по центру к диафрагме со стороны выходного отверстия прикреплена цилиндрическая стойка с пятой на конце, пята утоплена в дно нижней крышки, кроме того, в стойке соосно выполнена глухая со стороны диафрагмы цилиндрическая полость с отверстиями в боковой стенке около пяты, на наружной поверхности стойки размещен сетчатый фильтрующий материал, обжатый трубой, которая установлена в дне нижней крышки и фиксирует в нем пяту стойки, а в стенке трубы вблизи диафрагмы расположены отверстия, при этом между трубой и нижней крышкой сформировано свободное пространство фильтра-охладителя.