RU2165781C1

RU2165781C1 - Autonomous heat starter and pyrotechnic composition to outfit cathodes of pyrotechnic generator of electric current

Info

Publication number: RU2165781C1
Application number: RU99124043A
Authority: RU
Inventors: Г.Ф. Макаревич
Original assignee: Макаревич Геннадий Федорович
Priority date: 1999-11-16
Filing date: 1999-11-16
Publication date: 2001-04-27

Abstract

FIELD: actuation of fire-fighting installations without power supply sources while protecting large area objects. SUBSTANCE: autonomous heat starter has body housing inductance coil in magnetoconductive frame and permanent magnets connected by like poles and anchored on rod for movement inside inductance coil and thermal fuze. Lead-out of inductance coil is connected by conductors to igniter of pyrotechnic generator whose anodes and cathodes are made of anode and cathode compositions. Cathode composition includes magnesium as fuel, copper oxide and asbestos as oxidizing agent with proportion of components, mas.%: magnesium, 0.5-20.0; asbestos, 2.5-15.0; copper oxide, the balance. EFFECT: given autonomous heat starter makes it possible to prolong operational time, to increase electric characteristics, to rise output power of electric pulse generated by starter hundred time. 1 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к противопожарной технике и пиротехнике, а именно к автономному тепловому пускателю и пиротехническому составу для снаряжения катодов генератора электрического тока. The invention relates to fire fighting equipment and pyrotechnics, namely to an autonomous heat starter and pyrotechnic composition for equipping the cathodes of an electric current generator.

Преимущественная область использования - запуск противопожарных установок, не имеющих источников энергопитания при защите объектов большой площади. The primary area of use is the launch of fire-fighting installations that do not have energy sources for the protection of large areas.

Известен автономный тепловой пускатель (АТП), содержащий тепловой предохранитель-замок, который выполнен из материала с памятью формы (1). Недостаток известного пускателя заключается в необходимости расположения его непосредственно на противопожарном устройстве, место расположение которого и определяет чувствительность пускателя к возможному очагу пожара. Known autonomous thermal starter (ATP), containing thermal fuse-lock, which is made of material with shape memory (1). A disadvantage of the known starter is the need to place it directly on the fire fighting device, the location of which determines the sensitivity of the starter to a possible source of fire.

Указанного недостатка лишен другой АТП (2), у которого недостаточно высокая мощность и, следовательно, ограниченная применимость. This drawback is deprived of another ATP (2), which does not have a high enough power and, therefore, limited applicability.

Известен АТП, взятый за прототип (3), представляющий собой сигнально-пусковое устройство, в корпусе которого размещена заключенная в магнитопроводный корпус катушка индуктивности и постоянные магниты, соединенные одноименным полюсом и закрепленные на штоке с возможностью перемещения внутри катушки, а также тепловой предохранитель-замок. ATP is known, taken as a prototype (3), which is a signal-starting device, in the case of which there is an inductance coil and permanent magnets enclosed in a magnetic circuit, connected by the same pole and mounted on the rod with the ability to move inside the coil, as well as a thermal fuse-lock .

Недостаток устройства-прототипа заключается в малой вырабатываемой мощности электрического импульса, недостаточной для задействования противопожарных установок, предназначенных для защиты помещений большой площади. The disadvantage of the prototype device is the low power output of the electrical impulse, insufficient to activate fire fighting systems designed to protect large areas.

Известны пиротехнические составы для снаряжения катодов тепловых батарей (4), недостатком которых является нестабильность характеристик. Known pyrotechnic compositions for equipping cathodes of thermal batteries (4), the disadvantage of which is the instability of the characteristics.

Прототипом заявляемого состава является пиротехнический состав для снаряжения катов генераторов электрического тока, содержащий горючее и окислитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
PbF₂ - 82,76-94,64
Al - 2,1-5,78
LiF - 3,0-12,0
Недостаток состава-прототипа заключается в том, что он обеспечивает только импульсный режим работы источника тока на его основе из-за образования значительной доли продукта - свинца - с электронной проводимостью. Кроме того, состав-прототип не обеспечивает стабильность характеристик источника тока на его основе, особенно при повышенных начальных температурах и в герметичных объемах, что связано с вытеканием легкоплавкого свинца, образующегося из фторида свинца при сгорании и ослаблением контактов между электродами за счет уменьшения толщины шлаков по сравнению с исходной толщиной детали.The prototype of the claimed composition is a pyrotechnic composition for equipping kat electric current generators containing fuel and an oxidizing agent in the following ratio of components, wt.%:
PbF ₂ - 82.76-94.64
Al - 2.1-5.78
LiF - 3.0-12.0
The disadvantage of the prototype composition is that it provides only a pulsed mode of operation of a current source based on it due to the formation of a significant fraction of the product - lead - with electronic conductivity. In addition, the prototype composition does not ensure the stability of the characteristics of the current source based on it, especially at elevated initial temperatures and in sealed volumes, which is associated with the leakage of fusible lead formed from lead fluoride during combustion and weakening of the contacts between the electrodes by reducing the thickness of the slag compared to the original thickness of the part.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, выражается в повышении мощности электрического импульса, генерируемого этим устройством при повышении стабильности выходных характеристик. The technical result provided by the invention is expressed in increasing the power of the electric pulse generated by this device while increasing the stability of the output characteristics.

Это достигается тем, что в автономном тепловом пускателе, включающем сигнально-пусковое устройство, в корпусе которого размещена заключенная в магнитопроводном корпусе катушка индуктивности и постоянные магниты, соединенные одноименным полюсом и закрепленные на штоке с возможностью перемещения внутри катушки, согласно изобретению вывод катушки соединен проводниками с электровоспламенителем пиротехнического генератора электрического тока, содержащего аноды и катоды, причем катодная композиция включает магний, оксид меди и асбест. This is achieved by the fact that in an autonomous heat starter including a signal-starting device, in the housing of which an inductance coil enclosed in a magnetic conductor and permanent magnets connected by a pole of the same name and mounted on a rod can be moved inside the coil, according to the invention, the coil output is connected by conductors to electric igniter pyrotechnic electric current generator containing anodes and cathodes, and the cathode composition includes magnesium, copper oxide and asbestos.

В предпочтительном варианте исполнения пиротехнический генератор электрического тока собран из параллельно и соосно расположенных катодов и анодов. In a preferred embodiment, the pyrotechnic electric current generator is assembled from parallel and coaxially arranged cathodes and anodes.

Анализ опубликованных источников информации подтвердил неизвестность заявляемого устройства, что свидетельствует о его соответствии критерию патентноспособности. The analysis of published sources of information confirmed the unknownness of the claimed device, which indicates its compliance with the patentability criterion.

Существенность отличительных признаков обусловлена следующими факторами:
а. Соединение вывода катушки индуктивности с электровоспламенитем пиротехнического генератора электрического тока обеспечивает загорание от воспламенительного импульса анодного и катодного составов одновременно и, главное, обеспечивает резкое усиление импульса электрического тока в результате срабатывания пиротехнического генератора.The significance of the distinguishing features is due to the following factors:
a. The connection of the output of the inductor with the electric ignition of the pyrotechnic electric current generator provides ignition from the ignition pulse of the anode and cathode compositions at the same time and, most importantly, provides a sharp amplification of the electric current pulse as a result of the operation of the pyrotechnic generator.

б. Соединение в одном устройстве известного сигнально-пускового устройства (3) и пиротехнического генератора и усиление импульса электрического тока стало возможным благодаря использованию специально изобретенному для этого устройства пиротехническому составу, содержащему магний в сочетании с асбестом в качестве горючего и оксида меди в качестве окислителя. b. The combination in a single device of a known signal-starting device (3) and a pyrotechnic generator and amplification of an electric current pulse became possible due to the use of a pyrotechnic composition specially invented for this device, containing magnesium in combination with asbestos as fuel and copper oxide as an oxidizing agent.

Сочетание компонентов - магний-асбест - позволяет обеспечить требуемую стабильность характеристик генератора тока на их основе, длительность работы, уменьшение времени задержки от воспламенения до начала генерирования электрического тока. The combination of components - magnesium-asbestos - allows you to provide the required stability of the characteristics of the current generator based on them, the duration of the work, reducing the delay time from ignition to the beginning of the generation of electric current.

в. В предпочтительном варианте исполнения заявляемого устройства пиротехнические заряды собраны параллельно и соосно, что повышает мощность импульса электрического тока за счет увеличения контактирующих поверхностей и значительно упрощает технологию сборки. in. In a preferred embodiment of the inventive device, pyrotechnic charges are collected in parallel and coaxially, which increases the power of the electric current pulse by increasing the contacting surfaces and greatly simplifies the assembly technology.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением-составом, заключается в повышении его эффективности, а именно в увеличении длительности работы пиротехнического генератора, повышении стабильности электрических характеристик, уменьшении времени начала генерирования электрического тока от момента воспламенения. The technical result provided by the invention-composition is to increase its efficiency, namely to increase the duration of the pyrotechnic generator, increase the stability of electrical characteristics, reduce the start time of generating electric current from the moment of ignition.

Это достигается тем, что пиротехнический состав для снаряжения катодов генератора, включающий металлическое горючее и окислитель, согласно изобретению содержит дополнительно асбест, в качестве горючего содержит магний, в качестве окислителя содержит оксид меди при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Магний - 0,5-20
Оксид меди - 65-97
Асбест - 2,5-15
Отличительными признаками заявляемого состава является содержание в составе асбеста, в качестве металлического горючего содержание магния, в качестве окислителя содержание оксида меди, а также пределы содержания компонентов в составе.This is achieved by the fact that the pyrotechnic composition for equipping the cathodes of the generator, including metal fuel and an oxidizing agent, according to the invention additionally contains asbestos, contains magnesium as fuel, contains copper oxide as an oxidizing agent in the following ratio of components, wt.%:
Magnesium - 0.5-20
Copper oxide - 65-97
Asbestos - 2.5-15
Distinctive features of the claimed composition is the content in the composition of asbestos, the metallic content of magnesium is the fuel, the content of copper oxide as the oxidizing agent, as well as the content limits of the components in the composition.

Анализ опубликованных источников информации подтвердил неизвестность заявляемого состава, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности. An analysis of published sources of information confirmed the uncertainty of the claimed composition, which indicates its compliance with the patentability criterion.

При этом асбест известен как связующее вещество в малогазовых нагревательных составах для приведения в действие источников тока (6), в качестве изолирующего слоя между катодом и анодом (7), а также как добавка в нагревательных составах (8). In this case, asbestos is known as a binder in low-gas heating compositions for driving current sources (6), as an insulating layer between the cathode and anode (7), and also as an additive in heating compositions (8).

Существенность отличительных признаков заявляемого состава обусловлена следующим. The significance of the distinguishing features of the claimed composition is due to the following.

Наличие асбеста обеспечивает сохранение толщины и формы исходного образца, что повышает стабильность характеристик источника тока. При содержании асбеста менее 2,5% не обеспечивается прочность пирозаряда, при его содержании более 15% снижается энергетика процесса. The presence of asbestos ensures the preservation of the thickness and shape of the initial sample, which increases the stability of the characteristics of the current source. When the content of asbestos is less than 2.5%, the strength of the pyro charge is not ensured; when it contains more than 15%, the energy of the process decreases.

Использование в качестве горючего магния повышает чувствительность к тепловому импульсу, обеспечивает сохранение шлаками размеров и формы образцов, увеличивает стабильность характеристик. The use of magnesium as a fuel increases sensitivity to a thermal pulse, ensures that the slag preserves the size and shape of the samples, and increases the stability of characteristics.

При заявленном соотношении компонентов состава для катода асбест участвует в протекании токопроводных процессов, выполняя, в частности, функции твердого окислителя. Существенность заявляемых пределов содержания компонентов пиротехнического состава подтверждается таблицей 1, из которой следует, что при содержании магния в составе 0,5-20 мас.%, асбеста 2,5-15 мас.%, оксида меди 65-97 мас.%, состав работоспособен и по сравнению с прототипом дает снижение времени задержки до 0,2-0,3 сек и обеспечивает увеличение времени работы до 2-4 сек. Стабильное горение обеспечивается при параллельном и соосном расположении электродов пиротехнического генератора. With the stated ratio of the components of the composition for the cathode, asbestos is involved in the conductive processes, performing, in particular, the functions of a solid oxidizer. The significance of the claimed limits of the content of the components of the pyrotechnic composition is confirmed by table 1, from which it follows that when the content of magnesium in the composition of 0.5-20 wt.%, Asbestos 2.5-15 wt.%, Copper oxide 65-97 wt.%, Composition It is efficient and in comparison with the prototype gives a decrease in the delay time to 0.2-0.3 seconds and provides an increase in operating time to 2-4 seconds. Stable combustion is ensured when the electrodes of the pyrotechnic generator are parallel and coaxial.

Сущность изобретений и их осуществимость иллюстрируется чертежом и примерами исполнения. The essence of the inventions and their feasibility is illustrated by the drawing and examples of execution.

На чертеже изображен автономный тепловой пускатель. The drawing shows an autonomous thermal starter.

В корпусе (1) сигнально-пускового устройства (а) размещены заключенные в магнитопроводном корпусе (2) катушки индуктивности (3) и постоянные магниты (4), соединенные одноименным полюсом и закрепленные на штоке (5) из немагнитного материала с возможностью перемещения внутри катушки индуктивности (3) и удерживаемые заневоленной пружиной (6), размещенные в направляющей втулке (7), на торце которой установлен тепловой предохранитель-замок (8) из материала с памятью формы, а со стороны открытого торца втулка (7) закреплена на корпусе (1) сигнального устройства соосно катушке индуктивности (3). При этом высота катушки не больше длины постоянного магнита. Вывод катушки индуктивности электрическими проводами (9) соединен с электровоспламенителем (10), закрепленным в корпусе (11) пиротехнического генератора электрического тока (б). В корпусе (11) генератора размещен набор анодов (12) и катодов (13), расположенных параллельно и соосно. In the housing (1) of the signal-starting device (a) placed inductors (3) enclosed in the magnetic casing (2) and permanent magnets (4) connected by the same pole and mounted on a rod (5) of non-magnetic material with the possibility of movement inside the coil inductors (3) and held by a spring loaded with a spring (6), placed in a guide sleeve (7), on the end of which a thermal lock-fuse (8) is made of material with shape memory, and on the open end side, the sleeve (7) is mounted on the housing ( 1) signal device coaxial to the inductor (3). In this case, the height of the coil is not greater than the length of the permanent magnet. The output of the inductance coil by electric wires (9) is connected to an electric igniter (10) fixed in the housing (11) of the pyrotechnic electric current generator (b). A set of anodes (12) and cathodes (13) located parallel and coaxial is placed in the housing (11) of the generator.

При этом катод выполнен из пиротехнической композиции с избытком окислителя (образцы 4-7 таблицы 1), а анод выполнен из пиротехнической композиции, содержащей избыток горючего, например, из циркония, бария хромовокислого, фторида лития и асбеста. The cathode is made of a pyrotechnic composition with an excess of oxidizing agent (samples 4-7 of Table 1), and the anode is made of a pyrotechnic composition containing an excess of fuel, for example, of zirconium, barium chromate, lithium fluoride, and asbestos.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При возгорании в каком-либо месте защищаемого объекта по достижении температурой окружающей среды заданного значения происходит срабатывание теплового предохранителя-замка. Тепловой предохранитель (8) освобождает шток (5), который под воздействием заневоленной пружины (6) проходит через катушку индуктивности (5) и вырабатывает в ней импульс электрического тока, поступающий по соединительным проводам (9) на электровоспламенитель (10) пироэлектрического генератора. Электровоспламенитель, срабатывая, приводит в действие пиротехнический генератор, который вырабатывает импульс электрического тока заданной мощности. In case of fire in any place of the protected object when the ambient temperature reaches the set value, the thermal fuse-lock is triggered. The thermal fuse (8) releases the rod (5), which, under the influence of a restrained spring (6), passes through the inductor (5) and generates an electric current pulse in it, which flows through the connecting wires (9) to the electric igniter (10) of the pyroelectric generator. The electric igniter, when triggered, drives a pyrotechnic generator that generates an electric current impulse of a given power.

Осуществимость изобретения-состава подтверждается следующими примерами исполнения. The feasibility of the invention-composition is confirmed by the following examples of execution.

Для изготовления образцов 1-7 катодов для пиротехнического состава (таблица 1) использовали серийные компоненты - магний по ГОСТ 6001-79, оксид меди по ГОСТ 16539-79, асбест АХО-2 по ТУ 21-22-381. Характеристики компонентов контролировались по ОСТ В-84-2072-83. Составы смешивались до получения однородной массы. Для изготовления анодов использовали композицию из 48% циркония, 32% бария хромовокислого, 10% фторида лития и 10% асбеста. Пиротехнический генератор был собран из параллельно и соосно расположенных катодов и анодов. For the manufacture of samples 1–7 of the cathodes for the pyrotechnic composition (Table 1), serial components were used — magnesium in accordance with GOST 6001-79, copper oxide in accordance with GOST 16539-79, asbestos AXO-2 in accordance with TU 21-22-381. The characteristics of the components were monitored according to OST V-84-2072-83. The compositions were mixed until a homogeneous mass. For the manufacture of anodes, a composition of 48% zirconium, 32% barium chromate, 10% lithium fluoride and 10% asbestos was used. The pyrotechnic generator was assembled from parallel and coaxially arranged cathodes and anodes.

Результаты испытаний приведены в таблице 1. The test results are shown in table 1.

Из анализа результатов, приведенных в таблице 1, следует, что пиросоставы 4, 5, 6, 7 работоспособны и стабильно горят. Время задержки их воспламенения до начала генерирования электрического импульса составляет 0,2-0,3 сек, что значительно ниже, чем у прототипа, а время работы составляет 2-4 сек, что значительно превышает время работы прототипа, которое составляет 0,5-0,6 сек. From an analysis of the results shown in table 1, it follows that the pyrocomposition 4, 5, 6, 7 are functional and stably burn. The ignition delay time before the start of the generation of an electric pulse is 0.2-0.3 seconds, which is significantly lower than that of the prototype, and the operating time is 2-4 seconds, which significantly exceeds the prototype's operating time, which is 0.5-0 , 6 sec.

Осуществимость изобретения-устройства подтверждается следующими примерами исполнения, характеристики которых приведены в таблице 2. The feasibility of the invention device is confirmed by the following performance examples, the characteristics of which are given in table 2.

Использование заявляемого АТП, как видно из таблицы 2, позволяет в сотни раз увеличить мощность электрического импульса, генерируемого этим устройством. The use of the proposed ATP, as can be seen from table 2, allows you to increase the power of the electric pulse generated by this device hundreds of times.

Список литературы
1. Ru, патент, 2098157, Мкл. A 62 C 35/00, 1997.List of references
1. Ru, patent, 2098157, Ml. A 62 C 35/00, 1997.

2. Ru, патент, 2101059, Мкл A 62 C 35/00, 1998. 2. Ru, patent, 2101059, μl A 62 C 35/00, 1998.

3. Устройство сигнально-пусковое УСП 101. Паспорт 4371-004- 21326303-96. Тверь. 1998 г. Прототип устройства. 3. The signal-starting device USP 101. Passport 4371-004-21326303-96. Tver. 1998. The prototype device.

4. Шептунов В. Н. "Нагревательные элементы для тепловых батарей". Электротехническая промышленность, 1983, N 5, с. 16-19. 4. Sheptunov V. N. "Heating elements for thermal batteries." Electrical Industry, 1983, N 5, p. 16-19.

5. Ru, патент, 2022991, Мкл C 06 B 23/00,1994. 5. Ru, patent, 2022991, Ml C 06 B 23 / 00,1994.

6. СССР, авторское свидетельство, 551000, Мкл H 01 M 6/36, 1990. 6. USSR, copyright certificate, 551000, Mkl H 01 M 6/36, 1990.

7. Япония, патент, 50-11054, Мкл H 01 M 6/36, 1975. 7. Japan, patent, 50-11054, μl H 01 M 6/36, 1975.

8. Япония, патент, 48-14575, Мкл H 01 M 21/114, 1979. 8. Japan, patent, 48-14575, μl H 01 M 21/114, 1979.

Claims

1. An autonomous thermal actuator comprising a housing in which an inductance coil and permanent magnets enclosed in the magnetically conductive housing are placed, connected by the same poles and mounted on the rod with the possibility of movement inside the inductance coil, and a thermal fuse, characterized in that the output of the inductance coil is connected therein conductors with an electric igniter of a pyrotechnic electric current generator, the electrodes of which are made of a cathode and anode composition, the cathode composite It is made of a mixture containing magnesium as a fuel, asbestos as a filler and copper oxide as an oxidizing agent.

2. The device according to claim 1, characterized in that the pyrotechnic generator is assembled from parallel and coaxially arranged cathodes and anodes.

3. The pyrotechnic composition for equipping the cathodes of the pyrotechnic electric current generator, including metal fuel and an oxidizing agent, characterized in that it additionally contains asbestos, contains magnesium as fuel, and contains copper oxide as an oxidizing agent in the following ratio, wt.%:
Magnesium - 0.5 - 20
Asbestos - 2.5 - 15
Copper Oxide - Else