ПОДЖИГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2005 года по МПК F42B3/10 F42C19/12 

Изобретение относится к области пиротехники, а именно к средствам инициирования и воспламенения пиротехнических составов (ПТС) и порохов, и может быть использовано в устройствах, применяемых, в первую очередь в нефтегазовой отрасли. Именно в нефтегазовой отрасли при использовании зарядов из ПТС и порохов в скважинах на больших глубинах (при воздействии высоких температур и давлений скважинной жидкости) возникает потребность в использовании инициирующих устройств высокой термостойкости с обеспечением их герметичности и работающих от простого начального импульса - нагрева электрическим током, луча огня, накола жалом.

Известны средства воспламенения: термостойкий электрозапал (ЭЗ) ТЭЗ-ЗП, электровоспламенитель (ЭВ) повышенной термостойкости ЭВПТ, пиропатроны ПП-9 и ППТ-230 [1]. Указанные ЭЗ, ЭВ и пиропатрон содержат установленные в корпусе пластмассовую колодочку с мостиком накаливания, воспламенительный состав (взрывчатое вещество), а в случае пиропатрона - воспламенительный состав инициируется другим составом из пороха. Максимальной термостойкостью из пиропатронов обладает ППТ-230 - его термостойкость равна 230°С. Она определяется температурой разложения составов, из которых выполнены инициирующий и воспламенительный заряды.

В [2] описан пироэнергодатчик, в котором используются инициирующий и пиротехнический заряды, установленные в корпусе, между которыми расположено обтюрирующее устройство, функционально предназначенное для отключения пиропатрона от источника питания после его срабатывания, что значительно усложняет конструкцию пиропатрона и создает определенные трудности в обеспечении надежности его функционирования. Применение взрывчатого вещества (ВВ) в качестве воспламенительного заряда [1], наличие дополнительных элементов [2], усложняющих конструкцию пироэнергодатчика, а также недостаточные термостойкость и герметичность пиропатронов являются недостатками описанных выше средств инициирования.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является изобретение, описанное в патенте РФ [3]. В этом решении представлено устройство, состоящее из расположенных в корпусе двух соосных каналов, разделенных не разрушаемой преградой, в одном из которых расположен инициирующий ПТС, а другом канале - воспламенительный ПТС, причем дно второго канала выполнено в виде полусферы. Такое решение оправдано в случае необходимости обеспечения герметичности объема устройства, примыкающего к воспламенительному заряду после его срабатывания. Недостатком этого устройства является его низкая термостойкость. Термостойкость устройства в описанном изобретении составляет ~130°С.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение термостойкости устройства при сохранении его высокой инициирующей способности.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения:

- высокая термостойкость поджигающего устройства, способность надежно функционировать при температуре ~ 300°С;

- высокая инициирующая способность поджигающего устройства, в том числе и надежность воспламенения рабочего заряда из ПТС через металлическую преграду;

- простота конструкции поджигающего устройства (ПУ);

- безопасность его изготовления и эксплуатации.

Для достижения указанного технического результата в известном устройстве для инициирования, содержащем корпус, в котором соосно через перегородку установлены инициирующий и воспламенительные заряды, выполненные из ПТС, инициирующий заряд установлен в контакте с перегородкой, согласно изобретению в перегородке выполнены отверстия для передачи горения. Оба ПТС - термостойкие, при этом ПТС, из которого выполнен инициирующий заряд, образует продукты в газообразной фазе. Воспламенительный заряд установлен с зазором к перегородке и выполнен из высококалорийного ПТС, с продуктами горения в твердой и газообразной фазах.

Задействование инициирующего заряда осуществляется мостиком накаливания, электроды которого снабжены разрядниками, предохраняющими поджигающее устройство от статического электричества. Возможно задействование поджигающего устройства от огневого импульса. Для обеспечения нужной термостойкости поджигающего устройства все его элементы обладают работоспособностью при температурах не ниже 300°С. Для этого в поджигающем устройстве используется металлокерамический электроввод (колодочка) как в [4] с приваренным мостиком накаливания. ПТС - инициирующий и воспламенительный так же выбраны с термостойкостью не ниже 300°С. Герметичность поджигающего устройства при высоких давлениях (до 100 МПа) скважинкой жидкости обеспечивается металлокерамическим вводом с одной стороны и стальным, приваренным к корпусу поджигающего устройства колпачком. Возможна герметизация всех элементов с помощью термостойкого клея. Для повышения надежности передачи горения от инициирующего заряда к воспламенительному через металлическую перегородку инициирующий заряд установлен в контакте с перегородкой, в последней сделано четыре отверстия, а между воспламенительным зарядом и перегородкой организован зазор, который позволяет увеличить диаметр инициирования воспламенительного заряда на величину 2htga и сделать его равным

D=d+2htgα,

где D - диаметр инициирования на воспламенительном заряде;

h - величина зазора;

d -диаметр отверстия в металлической перегородке;

α - угол расширения продуктов горения при выходе из отверстия (α ~ 13°).

Газообразные продукты горения инициирующего заряда при выходе из отверстия α, расширяясь на угол 2α, инициируют большую площадь воспламенительного заряда, тем самым улучшают надежность его воспламенения.

Схема предлагаемого поджигающего устройства представлена на чертеже.

Поджигающее устройство состоит из корпуса (1), гермоввода (2) с мостиком накаливания (3); через гермоввод (2) прокладки (5), (6) и втулку (7) проходят электровводы (4). На мостик (3) запрессован инициирующий заряд из ПТС (8), к которому примыкает перегородка (9) с четырьмя отверстиями. Далее идут шайба (10), обеспечивающая гарантированный зазор между перегородкой (9) и воспламенительным зарядом (11), на который установлена сетка (13). Воспламенительный заряд (11) из ПТС, предварительно запрессованный в колпачок (12), устанавливается в корпус (1) либо на термостойком клее, либо на сварке.

Поджигающее устройство работает следующим образом. При подаче токового импульса на электроды (4) мостик накаливания (3) нагревается и воспламеняет ПТС инициирующего заряда (8). Продукты горения ПТС (8), двигаясь по отверстиям перегородки (9) и расширяясь в зазоре, созданном шайбой (10) на угол 2α≅26°, инициируют через сетку (13) воспламенительный заряд ПТС (11), продукты горения которого, находясь в газообразной и твердой фазах, разрушают дно колпачка (12), обеспечивая поджигание последующих устройств, содержащих ПТС или порох.

Примером конкретного выполнения может являться устройство, в котором в качестве гермоввода использовались колодочка с двумя электродами, на которые приваривался мостик накаливания из нихрома, диаметром ⊘40 мкм. В камеру колодочки запрессовывался инициирующий пиросостав из смеси перхлората калия и бора с температурой горения 4100 К и продуктами горения в газовой фазе. Он установлен в контакте со стальной перегородкой с четырьмя отверстиями. Далее ставилась шайба из фторопласта, обеспечивающая зазор 2 мм между перегородкой и латунной сеткой, прикрывающей воспламенительный ПТС на основе смеси перхлората калия (КСlO₄), оксида железа (Fе₂О₃) и мелкодисперсного алюминия (АСД4) с температурой горения ~3000 К и продуктами горения в твердой и газообразной фазах. Воспламенительный заряд прикрывался стальной мембраной толщиной 0,1 мм, приваренной к корпусу электроннолучевой сваркой. Герметизация поджигающего устройства со стороны осуществлялась с помощью фторопластовой прокладки, поджатой гайкой с наружной резьбой, завинченной по внутренней резьбе, сделанной в поджигающем устройстве.

Предлагаемая конструкция поджигающего устройства проста в технологическом исполнении: в корпус с металлокерамическом электровводом или элементом огневой цепи запрессовывается инициирующий заряд, на который ставятся перегородка, кольцо с сеткой, воспламенительный заряд в колпачке, который соединяется с корпусом ПУ сваркой (электроннолучевой) или пайкой, либо клеем.

Работоспособность поджигающего устройства подтверждена экспериментально и показано, что оно обладает достаточной надежностью >0,9³ и поджигает рабочий пиротехнический заряд, находящийся в алюминиевом чехле толщиной 0,5 мм через воздушный зазор до 12 мм. Время работы поджигающего устройства составляет 10 мс.

Использование предлагаемого поджигающего устройства обеспечивает его работоспособность в условиях глубоких газонефтяных скважин (Т>200°, Р>80 МПа).

Высокая термостойкость ~300°С обеспечивается применением термостойкого гермоввода и главное - использованием двух термостойких высококалорийных ПТС: инициирующего (Q=2,4 ккал/г) и воспламенительного (Q=1,4 ккал/г). В зависимости от функционирования ПТС их продукты горения различаются содержанием газовой и твердой фаз. В продуктах горения инициирующего состава преобладает газообразная фаза. В воспламенительиом составе продукты горения имеют как газообразную, так и твердую фазу, которая увеличивает поджигающую способность пиропатрона.

Указанные выше отличительные особенности поджигающего устройства являются новыми и могут быть запатентованы.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник под редакцией Л.Я.Фридляндера. - М.: Недра, 1990 г.

2. В.А.Медведев, В.Ф.Людвигов, А.В.Медведев, О.И.Окишев. Пироэноргодатчик. Патент РФ, №2088886 от 19.07.93, 6 F 42 В 3/12, опубл. 24.08.97.

3. В.А.Голубев, А.С.Малышев, В.Н.Лобанов. Устройство для инициирования. Патент РФ, №2110038 от 31.01.96, 6 F 42 В 3/10, опубл. 27.04.98.

4. В.Ф.Проскудин, В.А.Голубев, П.Г.Бережко, В.Н.Лобанов, С.М.Журавлев, А.С.Малышев, П.Т.Гусев, П.Д.Ишков Электроинициатор с самоотключением от источника тока. Патент РФ, №2115881 от 08.08.96, 6 F 42 В 3/10, опубл. 20.07.98.

Использование: средства инициирования, а именно средства воспламенения пиротехнических составов (ПТС) и порохов, в пиротехнических или пороховых источниках давления, применяемых в промышленности. Сущность изобретения: поджигающее устройство содержит два пиротехнических заряда — инициирующий и воспламенительный, расположенные в корпусе соосно через перегородку, в которой выполнены отверстия для передачи горения. Инициирующий заряд установлен в контакте с перегородкой, а воспламенительный заряд с зазором к перегородке. Оба ПТС термостойкие и являются высококалорийными составами. Воспламенение инициирующего заряда производится либо нагреванием мостика электрическим током, либо огневым импульсом. Продукты горения инициирующего ПТС находятся в газовой фазе, а воспламенительного ПТС — в газовой и твердой фазах. Технический результат: высокая термостойкость устройства (~300°С), надежность инициирования рабочего заряда, герметичность, простота. 1 ил.

Поджигающее устройство, содержащее корпус, в котором соосно через перегородку установлены инициирующий и воспламенительный заряды, выполненные из пиротехнических составов, при этом инициирующий заряд установлен в контакте с перегородкой, отличающееся тем, что в перегородке выполнены отверстия для передачи горения, оба пиротехнических состава - термостойкие, при этом пиротехнический состав, из которого выполнен инициирующий заряд, образует при горении продукты в газообразной фазе, а воспламенительный заряд установлен с зазором к перегородке и выполнен из высококалорийного пиротехнического состава с продуктами горения в твердой и газовой фазах.