ТЕРМОСТОЙКИЙ ЭЛЕКТРОВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ Российский патент 2018 года по МПК F42B3/12 

Изобретение относится к средствам инициирования и передачи взрывного импульса, в частности, к средствам воспламенения пиротехнических составов (ПТС) и порохов, в пиротехнических или пороховых источниках давления, применяемых в промышленности. Может быть использовано 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 герметичности и работающих от простого начального импульса - нагрева электрическим током, луча огня, накола жалом.

Известен электровоспламенитель, описанный в патенте РФ №2563006, МПК F42C 19/12, опубл. 10.09.2015 г. Электровоспламенитель содержит токопроводящие элементы, контактирующий с ними мостик накаливания и нанесенный на мостик накаливания воспламенительный состав, при этом, мостик накаливания выполнен в виде слоя из резистивного материала, имеющего удельное сопротивление не менее 5 Ом⋅мм²/м, нанесенного на пластинку из диэлектрического материала, при этом в слое из резистивного материала имеется поперечная выемка - прорезь.

К недостаткам известного технического решения следует отнести его низкую термостойкость. Термостойкость электровоспламенителя в описанном изобретении составляет ~ 180°С. Она определяется температурой разложения составов, из которых выполнен инициирующий заряд. Использование в качестве диэлектрического материала керамики на основе корунда влечет отслоению слоя из резистивного материала с связи с плохой адгезией к металлам.

Известно также устройство для инициирования, описанное в патенте РФ №2110038, МПК F42B 3/10, опубл. 27.04.1998 г., содержащее корпус, воспламенительный и инициирующий заряды, выполненные из пиротехнических составов и разделенные не разрушаемой преградой.

К недостаткам электровоспламенителя следует отнести его низкую термостойкость устаревшую конструкцию мостика накаливания. Термостойкость электровоспламенителя в описанном изобретении составляет ~ 180°С.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является поджигающее устройство, описанное в патенте РФ №2252389, МПК F42C 19/12, опубл. 20.05.2005 г. Рассматриваемое устройство содержит корпус, гермоввод со встроенными электровводами, основной воспламенительный и инициирующий заряды из термостойкого высококалорийного пиротехнического состава, мостик накаливания, прикрепленный к электровводам.

К недостаткам известного устройства следует отнести:

- низкую стойкость к повышенным температурам ~ 300°С,

- большие токи задействования;

- ненадежная конструкция мостика накаливания;

- низкая надежность устройства при инерционных воздействиях.

Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных возможностей с одновременным повышением термостойкости устройства, при сохранении его высокой инициирующей способности.

Технический результат заключается в повышении термостойкости, инициирующей способности и надежности воспламенения электровоспламенителя за счет использования в его составе термостойких высококалорийных ПТС. Также использование термостойких высококалорийных ПТС позволяет повысить безопасность изготовления и эксплуатации электровоспламенителя с упрощением его конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в термостойком электровоспламенителе, содержащем корпус, гермоввод со встроенными электровводами, основной воспламенительный и инициирующий заряды из термостойкого высококалорийного пиротехнического состава, инициатор, прикрепленный к электровводам, согласно изобретению, основной воспламенительный заряд выполнен из пиротехнического состава, содержащего оксид меди (CuO), алюминий (Al), а инициирующий заряд выполнен из высококалорийного пиротехнического состава высокой плотности, содержащего бор (В), титан (Ti) с высотой по оси, определяемой по формуле

h=(9-15)⋅D_и,

где

D_и - диаметр инициатора.

Кроме того, инициатор выполнен в виде мостика накаливания.

Кроме того, мостик накаливания выполнен в виде слоя из резистивного материала, нанесенного на диэлектрическую пластину.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки - основной воспламенительный заряд выполнен из пиротехнического состава, содержащего оксид меди (CuO), алюминий (Al), а инициирующий заряд выполнен из высококалорийного пиротехнического состава высокой плотности, содержащего бор (В), титан (Ti) с высотой по оси, определяемой по формуле

h=(9-15)⋅D_и,

где

D_и - диаметр инициатора,

не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение проиллюстрировано на чертеже, где

1 - корпус термостойкого электровоспламенителя;

2 - основной воспламенительный заряд;

3 - инициирующий заряд;

4 - инициатор (мостик накаливания);

5 - электровводы;

6 - гермоввод;

7 - втулка;

8 - мембрана.

Термостойкий электровоспламенитель состоит из корпуса 1, гермоввода 6 с инициатором 4 (мостиком накаливания); через гермоввод 6 втулку. 7 проходят электровводы 5. На инициатор 4 (мостик накаливания) установлен инициирующий заряд 3 из ПТС, содержащего бор (В) титан (Ti), при этом бор (В) в процентном соотношении составляет (27-31)%. Основной воспламенительный заряд 2 граничит с инициирующим зарядом 3 и выполнен из термостойкого высококалорийного ПТС, содержащего оксид меди (CuO) алюминий (Al). Воспламенительный заряд 2 прикрыт стальной мембраной 8, устанавливается в корпус 1 либо на термостойком клее или на лазерной сварке.

Работа осуществляется следующим образом.

Термостойкий электровоспламенитель работает следующим образом. При подаче токового импульса на электровводы 5 инициатор (мостик накаливания) 4 нагревается и воспламеняет ПТС инициирующего заряда 3. Продукты горения ПТС инициирующего заряда 3, инициируют основной воспламенительный заряд 2, продукты горения которого, находясь в газообразной и твердой фазах, разрушают мембрану 8, обеспечивая поджигание последующих устройств, содержащих ВВ или ПТС. Инициатор 4 (мостик накаливания) имеет толщину около 2 мкм при соотношении длины к ширине в пределах от 1:2 до 1:3. При подаче напряжения U=20 В (I=2А) время работы электровоспламенителя (ЭВ) составляет t_p=5 мс. Высота по оси инициирующей навески 3 из ПТС бор (В), титан (Ti) определяется по формуле

h=(9-15)⋅D_и=(9-15)⋅0,08=0,72-1,20 мм.

Значение 9…15 в формуле определения высоты инициирующей навески выбрано в результате проведенных экспериментов, данные которые приведены в таблице (курсивом выделены оптимальные толщины инициирующей навески h):

Из таблицы видно, что оптимальные значения h лежат в указанном диапазоне.

Примером конкретного выполнения может являться устройство, в котором в качестве корпуса 1 использовался металлостеклянный корпус (типа КТ-1) применяемый промышленной электроникой, на который приваривался инициатор 4, выполненный в виде мостика накаливания в виде слоя из резистивного материала, нанесенного на диэлектрическую пластину (керамику). Размеры слоя из резистивного материала составляли: толщина около 2 мкм, ширина 80 мкм, длина варьировалась в пределах 160-240 мкм (1:2 - 1:3 от ширины резистивного слоя. В качестве инициирующего заряда 3 использовался ПТС из смеси бор (В) титан (Ti) с плотностью запрессовки 1,9-2,0 г/см³ высотой 0,74-1,2 мм. Воспламенительный заряд 2 прикрывался стальной мембранной 8 приваренной к корпусу 1 лазерной сваркой.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных конструктивных решений и способность обеспечения достижения указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к средствам инициирования. Термостойкий электровоспламенитель содержит корпус, гермоввод со встроенными электровводами, основной воспламенительный и инициирующий заряды из термостойкого высококалорийного пиротехнического состава, инициатор, прикрепленный к электровводам. Основной воспламенительный заряд выполнен из состава, содержащего оксид меди (CuO), алюминий (Al), а инициирующий заряд выполнен из состава высокой плотности, содержащего бор (В), титан (Ti) с высотой по оси, определяемой по формуле h=(9-15)⋅D_и, где D_и - диаметр инициатора. Инициатор выполнен в виде мостика накаливания. Мостик накаливания выполнен в виде слоя из резистивного материала, нанесенного на диэлектрическую пластину. Устройство позволяет повысить безопасность и термостойкость при сохранении его высокой инициирующей способности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Термостойкий электровоспламенитель, содержащий корпус, гермоввод со встроенными электровводами, основной воспламенительный и инициирующий заряды из термостойкого высококалорийного пиротехнического состава, инициатор, прикрепленный к электровводам, отличающийся тем, что основной воспламенительный заряд выполнен из состава, содержащего оксид меди (CuO), алюминий (Al), а инициирующий заряд выполнен из состава высокой плотности, содержащего бор (В), титан (Ti) с высотой по оси, определяемой по формуле

h=(9-15)⋅D_и,

где D_и - диаметр инициатора.

2. Термостойкий электровоспламенитель по п. 1, отличающийся тем, что инициатор выполнен в виде мостика накаливания.

3. Термостойкий электровоспламенитель по п. 2, отличающийся тем, что мостик накаливания выполнен в виде слоя из резистивного материала, нанесенного на диэлектрическую пластину.