RU2100065C1

RU2100065C1 - Solid-fuel gas generator for underwater operation

Info

Publication number: RU2100065C1
Application number: RU95101580A
Authority: RU
Inventors: В.Д. Барсуков; С.В. Голдаев; Е.В. Муленок
Original assignee: Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 1997-12-27
Also published as: RU95101580A

Abstract

FIELD: underwater technology; lifesaving and underwater jobs. SUBSTANCE: gas generator includes combustion chamber, solid-fuel unit with blind passage supported by perforated diaphragm with flexible membrane where ignition device is mounted. Ignition device is made in form of bush having inner stepped bore embracing the glow coil inside which one feeder wire is laid; this wire is secured to stop mounted on stepped bore. EFFECT: enhanced reliability; unlimited depth of operation. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области подводной техники, а более конкретно к области аварийно-спасательных и подводно-технических работ при использовании продуктов горения унитарных твердых топлив для вытеснения водяного балласта. The invention relates to the field of underwater technology, and more particularly to the field of rescue and underwater technical work when using the combustion products of unitary solid fuels to displace ballast water.

Известен твердотопливный газогенератор, используемый для надува мягкой оболочки буя [1] Известный газогенератор содержит прочный герметичный корпус, в котором установлены твердотопливный заряд и средство воспламенения с малогабаритным источником тока. Known solid fuel gas generator used to inflate the soft shell of the buoy [1] The known gas generator contains a durable sealed enclosure in which a solid fuel charge and means of ignition with a small current source are installed.

Недостатком известного газогенератора является низкие габаритно-массовые характеристики, связанные с обеспечением достаточной прочности корпуса, способного выдержать внешнее гидростатическое давление. Очевидно с возрастанием рабочей глубины погружения этот недостаток проявляется в большей степени. A disadvantage of the known gas generator is the low overall mass characteristics associated with providing sufficient strength of the housing that can withstand external hydrostatic pressure. Obviously, with an increase in the working depth of immersion, this drawback is manifested to a greater extent.

Известен твердотопливный газогенератор для проведения подводных работ, содержащий выполненный в виде перевернутого стакана твердотопливный заряд, служащий одновременно корпусом, и внутри него предусмотрена дополнительная твердотопливная шашка с проволочкой накаливания, связанной с расположенным внутри заряда источником питания, который установлен на герметизирующем днище, выполненном в виде обратного клапана [2]
Известный газогенератор имеет более низкие габаритно-массовые характеристики за счет исключения представляющего балласт металлического корпуса. Однако необходимость обеспечения герметичности ограничивает его использование относительно небольшими рабочими глубинами, что связано с недостаточными прочностными характеристиками твердого топлива.A solid-fuel gas generator for carrying out underwater operations is known, comprising a solid fuel charge in the form of an inverted cup serving simultaneously as a housing, and inside it an additional solid fuel checker with an incandescent wire connected to a power source located inside the charge, which is mounted on a sealing bottom made in the form of a reverse valve [2]
The known gas generator has lower overall mass characteristics due to the exclusion of the metal body representing the ballast. However, the need to ensure tightness limits its use to relatively small working depths, which is associated with insufficient strength characteristics of solid fuels.

Известен твердотопливный газогенератор для подводного использования, применяемый, например, в подъемных устройствах с надувной мягкой оболочкой и являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному [3]
Известный газогенератор, взятый за прототип, содержит составной корпус, одна часть которого состоит из стальной обечайки и кольцевой диафрагмы, на которой установлена другая часть в виде перевернутого пластмассового стакана и в него вклеен опирающийся на перфорированную диафрагму твердотопливный блок со средством воспламенения. Конструкция указанного газогенератора обеспечивает разгрузку твердотопливного блока от перепада гидростатического давления, что позволяет использовать его без ограничений рабочей глубины погружения для топлив, не взаимодействующих с забортной водой.Known solid fuel gas generator for underwater use, used, for example, in lifting devices with an inflatable soft shell and being the closest in technical essence and the achieved effect to the proposed [3]
The well-known gas generator, taken as a prototype, contains a composite housing, one part of which consists of a steel shell and an annular diaphragm, on which the other part is installed in the form of an inverted plastic cup and a solid-fuel block with an ignition means is supported by a perforated diaphragm. The design of the specified gas generator provides unloading of the solid fuel unit from the differential pressure, which allows you to use it without restrictions on the working depth for fuels that do not interact with sea water.

Недостатком известного твердотопливного газогенератора является неполная надежность воспламенения топлива, связанная с возможностью выпадания спирали накаливания вследствие случайных нагрузок (рывков, ударов и т.п.) или непосредственно в процессе зажигания за счет начального выгорания топлива и соответствующего увеличения диаметра глухого канала еще до выхода на стационарный режим горения. Кроме того, в газогенераторах возможно использование преимущественно баллиститных топлив, которые, как известно, практически не взаимодействуют с окружающей водой. Применение же смесевых составов затруднено вследствие трудностей воспламенения из-за возможного вымывания растворимых компонентов топлива, в частности широко используемого в ракетных топливах окислителя перхлората аммония (NH₄ClO₄), составляющего большую часть массы топлива (порядка 75 мас.).A disadvantage of the known solid fuel gas generator is the incomplete reliability of fuel ignition due to the possibility of an incandescent spiral falling out due to random loads (jerking, shock, etc.) or directly during ignition due to the initial burning of the fuel and a corresponding increase in the diameter of the dead channel even before reaching the stationary combustion mode. In addition, it is possible to use predominantly ballistic fuels in gas generators, which, as you know, practically do not interact with the surrounding water. The use of mixed compositions is difficult due to ignition difficulties due to the possible leaching of soluble fuel components, in particular the ammonium perchlorate oxidizer (NH ₄ ClO ₄ ), which is widely used in rocket fuels, which makes up most of the fuel mass (about 75 wt.).

Ставилась задача расширения эксплуатационных возможностей газогенератора за счет повышения надежности воспламенения твердотопливного блока и обеспечения возможности использования смесевых твердых топлив в подводных условиях в разгруженном от перепада гидростатического давления состоянии. The task was to expand the operational capabilities of the gas generator by increasing the reliability of ignition of the solid fuel unit and making it possible to use mixed solid fuels underwater in a state unloaded from hydrostatic pressure difference.

Поставленная задача решается тем, что в известном твердотопливном газогенераторе для подводного использования, содержащем камеру сгорания и опирающийся на перфорированную диафрагму твердотопливный блок со средством воспламенения, в твердотопливном блоке выполнен глухой канал, в котором установлено средство воспламенения, выполненное в виде втулки с внутренней ступенчатой расточкой, включающее спираль накаливания с подводящими проводами от источника тока, при этом втулка установлена охватывающей спираль накаливания, внутри которой проложен один из подводящих проводов, который приклеен к упору, установленному на ступенчатой выточке, причем площадь поперечного сечения втулки больше площади просвета каждого из отверстий диафрагмы. Свободное пространство камеры сгорания может быть заполнено насыщенным раствором используемого топлива, а отверстия диафрагмы перекрыты упругой мембраной, например, из резины. Указанное выполнение средства воспламенения позволяет разгрузить спираль накаливания от случайных нагрузок, придав одном из подводящих проводов роль несущего тросика, воспринимающего эти случайные нагрузки. Причем выполнение твердотопливной втулки по размерам, превосходящим размеры отверстий диафрагмы, исключает возможность выпадания указанной твердотопливной втулки из глухого канала. Все это повышает надежность воспламенения твердотопливного блока. Заполнение свободных объемов камеры сгорания насыщенным раствором используемого топлива предотвращает вымывание растворимых компонентов топлива, а герметизация камеры сгорания за счет упругой мембраны исключает разбавление насыщенного раствора забортной водой с одновременным обеспечением разгрузки от перепада гидростатического давления. The problem is solved in that in the known solid fuel gas generator for underwater use, containing a combustion chamber and resting on a perforated diaphragm, a solid fuel block with ignition means, a solid channel is made in the solid fuel block, in which ignition means is installed, made in the form of a sleeve with an internal step boring, including an incandescent spiral with supply wires from a current source, while the sleeve is installed covering the incandescent spiral, inside of which laid one of the leads, which is adhered to the abutment mounted on the stepped recess, wherein the cross-sectional area greater than the area of the lumen of the sleeve of each of the aperture openings. The free space of the combustion chamber can be filled with a saturated solution of the fuel used, and the openings of the diaphragm are blocked by an elastic membrane, for example, of rubber. The specified implementation of the ignition tool allows you to unload the incandescent spiral from random loads, giving one of the lead wires the role of the supporting cable, perceiving these random loads. Moreover, the implementation of the solid fuel sleeve in sizes exceeding the size of the holes of the diaphragm, eliminates the possibility of the specified solid fuel sleeve falling out of the blind channel. All this increases the reliability of ignition of the solid fuel unit. Filling the free volumes of the combustion chamber with a saturated solution of the fuel used prevents the soluble components of the fuel from being washed out, and sealing the combustion chamber with an elastic membrane eliminates the dilution of the saturated solution with outboard water while ensuring relief from hydrostatic pressure drop.

На фиг. 1 представлен общий вид газогенератора в разрезе; на фиг. 2 вид А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез средства воспламенения в увеличенном масштабе; на фиг. 4 общий вид газогенератора в разрезе с упругой мембраной. In FIG. 1 shows a General view of the gas generator in the context; in FIG. 2, view AA in FIG. one; in FIG. 3 incision ignition on an enlarged scale; in FIG. 4 is a general view of a gas generator in section with an elastic membrane.

Твердотопливный газогенератор для подводного использования согласно изобретению (фиг. 1) содержит сборную камеру сгорания, состоящую из верхнего стакана 1 и нижней обечайки 2 с крепежными стойками 3 (фиг. 2). Между указанными частями предусмотрена перфорированная диафрагма 4, на которой установлен блок твердого топлива 5 с глухим каналом 6. В последнем установлено средство воспламенения (фиг. 3), состоящее из втулки 7, охватывающей спираль накаливания 8 с подводящими проводами 9 от источника тока (не показан). Во втулке 7 предусмотрена внутренняя выточка 10, на ступеньке которой установлен упор 11. К последнему приклеен один из подводящих проводов 9. Габариты средства воспламенения (твердотопливной втулки 7) должны превышать размеры отверстий диафрагмы 4, что обеспечивает невыпадение указанного средства воспламенения. The solid fuel gas generator for underwater use according to the invention (Fig. 1) comprises a prefabricated combustion chamber, consisting of an upper cup 1 and a lower shell 2 with mounting posts 3 (Fig. 2). Between the indicated parts, a perforated diaphragm 4 is provided on which a solid fuel block 5 with a blind channel 6 is installed. The latter has ignition means (Fig. 3), consisting of a sleeve 7, covering an incandescent coil 8 with lead wires 9 from a current source (not shown ) In the sleeve 7, an internal recess 10 is provided, on the step of which a stop 11 is installed. One of the supply wires is glued to the last one 9. The dimensions of the ignition means (solid fuel sleeve 7) must exceed the size of the holes of the diaphragm 4, which ensures that the specified ignition means does not fall out.

Работа газогенератора осуществляется следующим образом. The operation of the gas generator is as follows.

При подаче напряжения на спираль накаливания 8 последняя нагревается, обеспечивая испарение окружающей жидкости. После образования паровой прослойки и соответствующего уменьшения теплоотвода в окружающую воду происходит сначала воспламенение внутренней части твердотопливного блока 5 по поверхности глухого канала 6. Образующиеся продукты горения вытесняют воду из обечайки 2 и, пройдя между стойками 3, поступают в верхнюю часть вытесняемого объема воды (не показан). Описанный вариант конструкции газогенератора пригоден преимущественно для несмачиваемых топлив типа баллиститных. When applying voltage to the glow plug 8, the latter is heated, providing the evaporation of the surrounding liquid. After the formation of the vapor layer and a corresponding decrease in heat removal to the surrounding water, the inner part of the solid fuel block 5 is first ignited along the surface of the blind channel 6. The resulting combustion products displace water from the shell 2 and, passing between the racks 3, enter the upper part of the displaced volume of water (not shown ) The described design of the gas generator is suitable mainly for non-wettable fuels such as ballistic.

В случае применения смесевых топлив, компоненты которых могут растворяться в воде и, следовательно, возможно вымывание поверхностного слоя, для таких топлив предложена конструкция газогенератора, приведенная на фиг. 4. В таком газогенераторе дополнительно предусмотрена упругая мембрана 12, например, из резины, а свободное пространство камеры сгорания заполнено насыщенным раствором 13 используемого топлива. Для приготовления раствора могут быть использованы и отдельные растворимые компоненты топлива. Контактирование смесевого топлива с его насыщенным раствором исключает вымывание поверхностного окислителя, а наличие упругой мембраны предохраняет насыщенный раствор от разбавления забортной водой. In the case of using mixed fuels, the components of which can dissolve in water and, therefore, it is possible to wash out the surface layer, a gas generator design shown in FIG. 4. In such a gas generator, an elastic membrane 12 is additionally provided, for example, made of rubber, and the free space of the combustion chamber is filled with a saturated solution 13 of the fuel used. Separate soluble fuel components may also be used to prepare the solution. Contacting the mixed fuel with its saturated solution eliminates leaching of the surface oxidizing agent, and the presence of an elastic membrane prevents the saturated solution from being diluted with seawater.

Работа такого газогенератора осуществляется подобно вышеописанному. Особенностью является то, что при воспламенении топлива и последующем повышении давления в камере сгорания обеспечиваются разрыв упругой мембраны 12 и последующее вытеснение насыщенного раствора. The operation of such a gas generator is carried out similarly to the above. The peculiarity is that upon ignition of the fuel and subsequent increase in pressure in the combustion chamber, a break in the elastic membrane 12 and subsequent displacement of the saturated solution are ensured.

Предложенный твердотопливный газогенератор превосходит взятый за прототип газогенератор по надежности в эксплуатации, в том числе при использовании смесевых топлив с растворимыми компонентами. Это обеспечивает надежность воспламенения, связанной с тем, что в процессе зажигания спираль накаливания 8 удерживается за счет подводящего провода и упора 11 вплоть до того момента, когда внутренний диаметр разгорающейся твердотопливной втулки достигнет начального диаметра внутренней выточки. Это время может быть задано, исходя из многократного превышения времени действия спирали накаливания над временем, необходимым для зажигания. Если определить запас надежности как отношения времени удерживания спирали накаливания во втулке ко времени, необходимому для зажигания, то по сравнению с прототипом этот запас может быть на порядок больше. Действительно, без средства закрепления спираль накаливания может быть вытолкнута в процессе газификации втулки без горения и соответствующего превышения начального внутреннего диаметра на величину, равную 0,1 0,3 мм. Разница между диаметром выточки и внутренним диаметром втулки может быть выбрана в широких пределах. На практике она может быть взята порядка 4 15 мм и более. Отношение времен генерации воспламеняющих газов будет соответствовать отношению горящих сводов, т.е. The proposed solid fuel gas generator exceeds the gas generator taken as a prototype in terms of reliability in operation, including when using mixed fuels with soluble components. This ensures the reliability of ignition, due to the fact that during ignition, the incandescent coil 8 is held by the lead wire and the stop 11 until the moment when the inner diameter of the expanding solid-fuel sleeve reaches the initial diameter of the inner recess. This time can be set based on the multiple excess of the time of the incandescent spiral over the time necessary for ignition. If you define the safety margin as the ratio of the retention time of the incandescent spiral in the sleeve to the time required for ignition, then compared with the prototype, this margin can be an order of magnitude greater. Indeed, without a means of fixing, the incandescent spiral can be pushed out during the gasification of the sleeve without burning and the corresponding excess of the initial inner diameter by an amount equal to 0.1 0.3 mm. The difference between the diameter of the recess and the inner diameter of the sleeve can be selected within wide limits. In practice, it can be taken on the order of 4 to 15 mm or more. The ratio of the times of generation of flammable gases will correspond to the ratio of burning arches, i.e.

Таким образом, в предложенном газогенераторе продукты горения от воспламенителя будут поступать на поверхность глухого канала твердотопливного блока в 40 50 раз дольше, что существенно повысит надежность зажигания.

Thus, in the proposed gas generator, the products of combustion from the igniter will arrive at the surface of the dead channel of the solid fuel unit 40 to 50 times longer, which will significantly increase the reliability of ignition.

Работоспособность традиционного газогенератора не ограничена рабочей глубиной погружения и сохраняется для смесевых топлив с растворимыми компонентами. The operability of a traditional gas generator is not limited by the working immersion depth and is preserved for mixed fuels with soluble components.

Источники информации
1. Патент США N 4497632, кл. B 63 B 21/OO, 1985.Sources of information
1. US patent N 4497632, CL. B 63 B 21 / OO, 1985.

2. Авт.св. СССР N 1434901, кл. 23 5/00; B 63 C 7/00, 1985. 2. Auto USSR N 1434901, class 23 5/00; B 63 C 7/00, 1985.

3. Авт.св. СССР N 1729905, кл. B 63 B 22/08, 1992 (прототип). 3. Auto USSR N 1729905, class B 63 B 22/08, 1992 (prototype).

Claims

1. Solid fuel gas generator for underwater use, containing a combustion chamber and resting on a perforated diaphragm, a solid fuel block with a blind channel, in which ignition means is installed, including an incandescent coil with lead wires from a current source, characterized in that the ignition means is made in the form of an internal step a bore of a sleeve covering an incandescent spiral, inside of which one of the lead wires is laid, which is attached to a stop mounted on upenchatoy bore, wherein the cross-sectional area greater than the area of the lumen of the sleeve of each of the aperture openings.

2. The gas generator according to claim 1, characterized in that the free space of the combustion chamber is filled with a saturated solution of the fuel used, and the aperture openings are covered by an elastic membrane, for example, of rubber.