CN109733557A - 一种低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器，其特征在于：包括前封头部件、后封头部件、复合装药、点火装置和单向阀；所述前封头部件和所述后封头部件组合构成整体，并形成自密封结构；所述复合装药设置于所述前封头部件和所述后封头部件内，用于发生化学反应，并产生气体；所述点火装置设置于所述后封头部件处，所述点火装置电性连接直流电池，且所述点火装置可作用于所述复合装药，使所述复合装药发生化学反应；所述单向阀设置于所述前封头部件处，所述单向阀连通进气管路，所述单向阀使所述复合装药产生的气体能单向进入所述进气管路。具有结构紧凑合理、安装简便、应用灵活的优点。
Description
技术领域
本发明涉及气体发生器领域。
背景技术
当前成熟的气体发生器多用于汽车安全气囊，仅能满足将60L～120L气囊充气至0.15MPa～0.3MPa，其技术特点是装药量少约30g、产气速率快约1kg/s、工作时间短约30ms、气体平均温度约600℃，降温冷却单一，且建压过程快伴随较大冲击振动，很难满足类似于航天工程中弹头、仪器载荷舱等精密设备和民用救生设备等低燃温、大容量和长时间平稳缓慢充气的场合。现今多采用高压冷气充气装置，却存在无法长期密封保存，需定期进行检测和补气，难以满足快速响应的使用需求。
因此，如何对现有的气体发生器进行改进，使其克服上述问题，是本领域技术人员亟待解决的一个问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种通过采用三级装药、双重冷却、折弯排气和自密封结构，从而来降低出口燃气温度和产气速率，增加装药量进而提高产气量，实现长时间平稳产气，且结构紧凑合理、安装简便、应用灵活的低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器，其特征在于：包括前封头部件、后封头部件、复合装药、点火装置和单向阀；
所述前封头部件和所述后封头部件组合构成整体，并形成自密封结构；
所述复合装药设置于所述前封头部件和所述后封头部件内，用于发生化学反应，并产生气体；
所述点火装置设置于所述后封头部件处，所述点火装置电性连接直流电池，且所述点火装置可作用于所述复合装药，使所述复合装药发生化学反应；
所述单向阀设置于所述前封头部件处，所述单向阀连通进气管路，所述单向阀使所述复合装药产生的气体能单向进入所述进气管路。
作为优选，所述复合装药包括一级产气药、二级产气药、三级产气药、阻燃套和药筒；所述一级产气药、所述二级产气药和所述三级产气药粘接合体，并固定于所述阻燃套内，所述阻燃套固定设于所述药筒内腔；
所述一级产气药包括硝酸胍/碱式硝酸铜；
所述二级产气药包括5-氨基四唑/氧化铜；
所述三级产气药包括5-氨基四唑/三氧化二铁。
具体的，所述一级产气药的压药密度为1.55±0.05g/cm3，质量份额为335±5份；所述二级产气药的压药密度为1.7±0.05g/cm3，质量份额为740±5份；所述三级产气药的压药密度为1.9±0.05g/cm3，质量份额为825±5份。
作为改进，所述前封头部件与所述后封头部件内设有隔热体，所述隔热体设置于所述复合装药外部；
所述点火装置和所述复合装药之间填充有黑火药，所述点火装置点燃所述黑火药，并起爆所述复合装药；所述黑火药的质量份额为1.2份
所述前封头部件和所述单向阀之间设置有层压滤网，所述层压滤网用于过滤所述复合装药产生的气体，并对气体进行降温。
具体的，所述前封头部件包括筒体、前封头、垫块和平底法兰，所述垫块内置双台阶用于固定所述层压滤网，并与所述平底法兰过盈配合固定在所述前封头内侧，所述前封头与所述筒体过盈压合焊接成整体；所述单向阀通过压螺固定于所述平底法兰的螺纹孔内，并形成自密封结构。
具体的，所述后封头部件包括后封头、多孔板、冷却剂、转接座和药盒座，所述药盒座与所述转接座固定后与所述后封头焊接成整体，所述多孔板与所述后封头封闭腔体充填所述冷却剂；所述点火装置焊接固定于所述转接座处。
进一步的，所述冷却剂为硫酸亚铁，装填质量份额为210±10份。
具体的，所述点火装置包括点火座、压紧螺栓、电点火管、灌封胶体和线缆，所述电点火管与所述线缆电性连接，利用环氧胶将所述电点火管固定于所述点火座的引线孔内，并形成所述灌封胶体，所述压紧螺栓固定所述线缆，并设于所述点火座的螺纹孔内。
具体的，所述单向阀包括多孔挡板、膜片和胶套，所述膜片铆接固定于所述多孔挡板外侧，并整体设于所述胶套内部。
具体的，所述后封头部件与所述复合装药构成点火腔；所述复合装药与所述隔热体构成排气腔；所述复合装药与所述层压滤网构成梳气腔。
与现有技术相比，本发明技术方案的优点在于：通过前封头部件、后封头部件将复合装药轴向压合固定，利用药筒6-15°扇形支耳辅以径向支撑固定，通过点火装置所含双路电点火管、黑火药和复合装药构成冗余点火序列，提高了点火产气的可靠性；通过三级组合装药，以匹配不同制式配方的输出特性，提高了装药量、产气率和控制产气速率的灵活性；通过冷却剂、层压滤网进行化学、物理双重降温，并通过规划气流成4-90°折弯排气气路，降低了出口燃气温度；通过压合焊接、灌封胶体和单向阀贴合面构成自密封结构，提高了应用工况的适应性，且气体发生器结构紧凑合理、安装简便和应用灵活。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的结构示意图；
图2是根据本发明的一个优选实施例的横向截面视图；
图3是根据本发明的一个优选实施例的纵向截面视图；
图4是根据本发明的一个优选实施例图1中A处的放大视图；
图5是根据本发明的一个优选实施例图2中B处的放大视图；
图6是根据本发明的一个优选实施例图3中C处的放大视图；
图7是根据本发明的一个优选实施例中壳套的立体结构示意图；
图8是根据本发明的一个优选实施例图6中沿D-D方向的剖视图；
图9是根据本发明的一个优选实施例中气体发生器的结构示意图；
图10是根据本发明的一个优选实施例中复合装药的结构示意图；
图11是根据本发明的一个优选实施例中药筒的立体结构示意图；
图12是根据本发明的一个优选实施例中点火装置的结构示意图；
图13是根据本发明的一个优选实施例中单向阀的结构示意图；
图14是根据本发明的一个优选实施例中多孔板的立体结构示意图；
图15是根据本发明的一个优选实施例中药盒座的立体结构示意图；
图16是根据本发明的一个优选实施例中进气管路的立体结构示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
如图1至16所示，本发明的一个优选实施例包括救生筏体1、安装壳体2、气体发生器3、进气管路4、直流电池5和控制部件6。具体的：
救生筏体1为气胀式救生筏。救生筏体1包括气囊11和进气嘴12，进气嘴12包裹在气囊11内部。
安装壳体2用于安装气体发生器3、进气管路4、直流电池5和控制部件6。进一步具体的，安装壳体2包括壳套21、压盖22、侧板23、底板24和顶板25；壳套21上开设有发生器腔211、电池腔212和控制器腔213，发生器腔311为四个，分别用于放置四个气体发生器3，电池腔212用于放置直流电池5，控制器腔213用于放置控制部件6，发生器腔211和电池腔212之间开设有导线孔214，导线孔214用于穿过导线并电性连接直流电池5和气体发生器3；压盖22固定设置于发生器腔211端部，用于对气体发生器3进行轴向限位；侧板23固定设置于壳套21两端，底板24固定设置于壳套21底部，顶板25固定设置于壳套21顶部；壳套21、侧板23、底板24和顶板25构成整体，并使得安装壳体2形成自密封结构。其中，侧板23和壳套21之间，底板24和壳套21之间，以及顶板25和壳套21之间均设置有硅胶板26。另外，壳套21上开设有12个φ8的通孔215，用于与救生筏体1固定连接。
气体发生器3为四个，且每个气体发生器3为独立模块单元；气体发生器3可进行起爆，用于对救生筏体1进行充气。本实施例中，两个气体发生器3成对布置构成两组，两组气体发生器3相对设置，且气流方向相反。另外，根据气囊容积大小，可选择配置气体发生器3的数量为1套～4套，空置的气体发生器3对应的发生器腔可用惰性配重块替代。
进气管路4连通气体发生器3和救生筏体1。进气管路4包括法兰41、管路42和连接头43；法兰41为四个，用于连接四个气体发生器3，连接头43用于连接进气嘴12，管路42连通设置于法兰41和连接头43之间。进一步具体的，管路42包括三通421、二通422、四通423、第一管路424、第二管路425、第三管路426、第四管路427和第五管路428，三通421连通同组的法兰41和第一管路424，第二管路425连通三通421和二通422，第三管路425连通二通422和四通423，四通423连通另外同组的法兰41和第四管路427，第五管路428连通四通423和连接头43；连接头43包括球形接头431和活套螺母432，球形接头431用于连通进气嘴11，活套螺母432用于固定于进气嘴11上。其中进气管路4均采用1Cr18Ni9Ti材料制造而成，除球形接头和431活套螺母432以外，其余均通过氩弧焊焊接成整体。
直流电池5连接气体发生器3，用于起爆气体发生器3。
控制部件6用于控制直流电池5起爆气体发生器3，以及控制气体发生器3对救生筏体1进行充气。控制部件6包括激活按钮61和充气按钮62，激活按钮61用于控制直流电池5转变为输出状态，充气按钮62用于控制直流电池5供电输出，并同时起爆同组的两个气体发生器3，再由内置的延时继电器控制另外两个气体发生器3起爆。其中，优选点火充气时刻分别为0s、30s。
为了增加密封性，法兰41和气体发生器3之间设置有O形密封圈，优选规格为2-122NBR70；球形接头431与进气嘴11采用球锥和O形密封圈径向双重密封结构，在连接处密封槽内设O形密封圈，优选规格为2-016F-Sil70。
本实施例中，壳套21材质优选ABS塑料，优选注塑成型；硅胶板26材质优选硅橡胶板，材料牌号优选HD5541。
其中气体发生器3包括前封头部件31、后封头部件32、复合装药33、点火装置34、单向阀35、隔热体36、黑火药37和层压滤网38。具体的：
前封头部件31包括筒体311、前封头312、垫块313和平底法兰314，垫块313内置双台阶固定层压滤网38，与平底法兰314过盈配合固定在前封头312内侧，前封头312与筒体311过盈压合焊接成整体。后封头部件32包括后封头321、多孔板322、冷却剂323、转接座324和药盒座325，药盒座325与转接座324固定后与后封头321焊接成整体，多孔板322与后封头321封闭腔体充填的冷却剂323。前封头部件1与后封头部件2，内设隔热体6，压合焊接成整体，点火装置4焊接固定于转接座324处，单向阀5通过压螺39固定于平底法兰314螺纹孔内，形成自密封结构。
本实施例中，筒体311、前封头312、垫块313、平底法兰314、后封头321、多孔板322、转接座324和药盒座325由结构钢SPFH590制成。前封头312、后封头311与筒体311过盈量优选为0.05mm，通过20t压力机自重压合成整体。
气体发生器采用复合装药33结构，包括一级产气药331、二级产气药332、三级产气药333、阻燃套334和药筒335，其中一级产气药331、二级产气药332和三级产气药333通过环氧胶粘接合体，固定于阻燃套334内，整体设于药筒335内腔。
具体地，一级产气药331主体成分为硝酸胍(GN)/碱式硝酸铜(BCN)，压药密度为1.55±0.05g/cm3，装药量为335±5g，产气率为71％。
具体地，二级产气药332主体成分为5-氨基四唑(5-AT)/氧化铜(CuO)，压药密度为1.7±0.05g/cm3，装药量为740±5g，产气率为53％。
具体地，三级产气药333主体成分为5-氨基四唑(5-AT)/三氧化二铁(Fe2O3)，压药密度为1.9±0.05g/cm3，装药量为825±5g，产气率为64％。
在上述实施例中，一级产气药331、二级产气药332和三级产气药333外圆面刷涂0.1mm～0.3mm环氧胶，固化后将三者粘接成整体，与阻燃套334的环向间隙优选环氧胶灌封，环氧胶优选型号为J-2090。
在上述实施例中，复合装药33与隔热体36构成排气腔3b，环向距离优选为5mm。如图11所示，药筒335通过6-15°扇形支耳与前封头312和后封头321径向固定。
在上述实施例中，复合装药33总装药量优选为1900±15g，平均产气率为60.9％，通过分配三级产气药的装药量，改变各级产气药的压药厚度，控制产气速率，产气时间为(30～50)s可调。
点火装置34包括点火座341、压紧螺栓342、电点火管343、灌封胶体344和线缆345，线缆345包括导线和防波套，导线外侧包裹防波套。电点火管343与导线焊接，利用环氧胶将电点火管343固定于点火座341引线孔φ3×9内形成灌封胶体344，压紧螺栓342固定防波套根部，设于点火座341螺纹孔内。电点火管343优选2路32号电点火管。
单向阀35包括多孔挡板351、膜片352和胶套353，膜片352铆接固定于多孔挡板351外侧，整体设于胶套353内部。
具体地，膜片352材质优选工业纯铝1035，厚度优选为0.3mm。胶套353材质优选氯丁胶，厚度优选为1.5mm，在胶套353背面预制宽为0.3mm、深为0.5mm的十字槽。
在上述实施例中，冷却剂323优选硫酸亚铁(FeSO3)，装填量优选为231±31g。通过控制多孔板322与后封头321距离调整冷却剂323的充填率。
在上述实施例中，如图14所示，多孔板322在中心孔外圈分两处布设240-φ1孔。
在上述实施例中，后封头部件32与复合装药33构成点火腔3a，多孔板322内侧使用铁锚101胶粘贴硝基软片进行密封。
在上述实施例中，复合装药33底部与层压滤网38上端面构成梳气腔3c，层压滤网38上端面与药筒335底部轴向距离优选为5mm。
在上述实施例中，药盒座325内侧底部使用铁锚101胶粘贴硝基软片，与点火装置34构成腔体内装填黑火药37，黑火药37优选型号为HY-2，装药量为1.2g。
硝基软片的优选厚度为0.15mm。
具体地，黑火药37装入前经60℃、恒温6h烘干，空隙处填充脱脂棉。
在上述实施例中，如图15所示，药盒座325底部传火孔优选7个φ4通孔，药盒座325输出面与一级产气药331上端面之间的距离优选为3mm。
在上述实施例中，隔热体36、阻燃套334优选经过胶木化的酚醛层压布棒加工。
在上述实施例中，本发明的点火序列组成：接收点火指令之后，起爆点火装置所含2路32号电点火管，点火能量在点火腔3a内聚集输出，引燃复合装药33产生燃气，至此构成三级点火序列。
在上述实施例中，本发明的双重冷却组成：复合装药33产生燃气后，经过多孔板322进入后封头部件32内部诱发冷却剂323进行化学分解，进而吸热降温，经过排气腔3b流至梳气腔3c，通过层压滤网38进行物理吸热降温，至此构成两级冷却。
在上述实施例中，本发明的4-90°折弯排气气路组成：复合装药33沿轴向产生燃气，经多孔板322内圈240-φ1孔转90°，由多孔板322外圈240-φ1孔转90°进入排气腔3b，转90°进入梳气腔3c，转90°由层压滤网38拦截过滤降温后沿轴向输出。
一种新型水面救生装置的工作方法，包括以下步骤：
步骤一：直流电池勤务阶段处于休眠状态，通过按下激活按钮发出转电指令，将直流电池转变为DC 28V输出状态。
步骤二：通过按下充气按钮，用于起爆气体发生器；且气体发生器的发火条件为DC5A，持续时间不低于200ms；气体发生器的充气时间为30S；气囊在65℃气温条件下充至155kPa。
步骤三：气体发生器内部发生化学反应，并产生气体对救生筏体进行充气。
以上为本发明的实施方式，根据本发明提出的新型水面救生装置，以气体发生器为独立模块单元，根据不同规格气囊用气量对气体发生器进行模块化组合，利用气体发生器组替代钢瓶提供中低温燃气，有效规避管路凝结堵塞、充气不足的问题，极大提高了充气的可靠性；采用直流电池激活状态和双重按钮生效机制对气体发生器进行安全管控，避免气体发生器组意外点火充气。利用延时模块控制两组气体发生器的点火时间间隔，保证充气时间恒定，维持恒定充气速率，以规避高频冲击和对人体造成不适感。通过硅胶板、O形密封圈等形成自密封结构，提高了应用工况的环境适应性和贮存性，且免除了日常维护保养、气压检查和补气换装等工作，且结构紧凑合理、安装简便、互换性强，能够适用于不同型号的救生设备、控制充气装置中。根据本发明提出的低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器，通过前封头部件、后封头部件将复合装药轴向压合固定，利用药筒6-15°扇形支耳辅以径向支撑固定，通过点火装置所含双路电点火管、黑火药和复合装药构成冗余点火序列，提高了点火产气的可靠性；通过三级组合装药，以匹配不同制式配方的输出特性，提高了装药量、产气率和控制产气速率的灵活性；通过冷却剂、层压滤网进行化学、物理双重降温，并通过规划气流成4-90°折弯排气气路，降低了出口燃气温度；通过压合焊接、灌封胶体和单向阀贴合面构成自密封结构，提高了应用工况的适应性，且气体发生器结构紧凑合理、安装简便和应用灵活，特别适用于低燃温、大容量和长时间平稳缓慢充气的应用场合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器，其特征在于：包括前封头部件、后封头部件、复合装药、点火装置和单向阀；
所述前封头部件和所述后封头部件组合构成整体，并形成自密封结构；
所述复合装药设置于所述前封头部件和所述后封头部件内，用于发生化学反应，并产生气体；
所述点火装置设置于所述后封头部件处，所述点火装置电性连接直流电池，且所述点火装置可作用于所述复合装药，使所述复合装药发生化学反应；
所述单向阀设置于所述前封头部件处，所述单向阀连通进气管路，所述单向阀使所述复合装药产生的气体能单向进入所述进气管路。
2.根据权利要求1所述的一种低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器，其特征在于：所述复合装药包括一级产气药、二级产气药、三级产气药、阻燃套和药筒；所述一级产气药、所述二级产气药和所述三级产气药粘接合体，并固定于所述阻燃套内，所述阻燃套固定设于所述药筒内腔；
所述一级产气药包括硝酸胍/碱式硝酸铜；
所述二级产气药包括5-氨基四唑/氧化铜；
所述三级产气药包括5-氨基四唑/三氧化二铁。
3.根据权利要求2所述的一种低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器，其特征在于：所述一级产气药的压药密度为1.55±0.05g/cm3，质量份额为335±5份；所述二级产气药的压药密度为1.7±0.05g/cm3，质量份额为740±5份；所述三级产气药的压药密度为1.9±0.05g/cm3，质量份额为825±5份。
4.根据权利要求3所述的一种低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器，其特征在于：所述前封头部件与所述后封头部件内设有隔热体，所述隔热体设置于所述复合装药外部；
所述点火装置和所述复合装药之间填充有黑火药，所述点火装置点燃所述黑火药，并起爆所述复合装药；所述黑火药的质量份额为1.2份
所述前封头部件和所述单向阀之间设置有层压滤网，所述层压滤网用于过滤所述复合装药产生的气体，并对气体进行降温。
5.根据权利要求3所述的一种低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器，其特征在于：所述前封头部件包括筒体、前封头、垫块和平底法兰，所述垫块内置双台阶用于固定所述层压滤网，并与所述平底法兰过盈配合固定在所述前封头内侧，所述前封头与所述筒体过盈压合焊接成整体；所述单向阀通过压螺固定于所述平底法兰的螺纹孔内，并形成自密封结构。
6.根据权利要求3所述的一种低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器，其特征在于：所述后封头部件包括后封头、多孔板、冷却剂、转接座和药盒座，所述药盒座与所述转接座固定后与所述后封头焊接成整体，所述多孔板与所述后封头封闭腔体充填所述冷却剂；所述点火装置焊接固定于所述转接座处。
7.根据权利要求6所述的一种低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器，其特征在于：所述冷却剂为硫酸亚铁，装填质量份额为210±10份。
8.根据权利要求3所述的一种低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器，其特征在于：所述点火装置包括点火座、压紧螺栓、电点火管、灌封胶体和线缆，所述电点火管与所述线缆电性连接，利用环氧胶将所述电点火管固定于所述点火座的引线孔内，并形成所述灌封胶体，所述压紧螺栓固定所述线缆，并设于所述点火座的螺纹孔内。
9.根据权利要求3所述的一种低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器，其特征在于：所述单向阀包括多孔挡板、膜片和胶套，所述膜片铆接固定于所述多孔挡板外侧，并整体设于所述胶套内部。
10.根据权利要求4至9所述的一种低燃温大气量可控缓慢产气的气体发生器，其特征在于：所述后封头部件与所述复合装药构成点火腔；所述复合装药与所述隔热体构成排气腔；所述复合装药与所述层压滤网构成梳气腔。
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