RU2594935C1 - Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium - Google Patents
Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2594935C1 RU2594935C1 RU2015140846/06A RU2015140846A RU2594935C1 RU 2594935 C1 RU2594935 C1 RU 2594935C1 RU 2015140846/06 A RU2015140846/06 A RU 2015140846/06A RU 2015140846 A RU2015140846 A RU 2015140846A RU 2594935 C1 RU2594935 C1 RU 2594935C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- tube
- ignition
- fuel
- incandescent
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам механизации при проведении подводно-технических, аварийно-спасательных и судоподъемных работ с использованием топливных газогенераторов.The invention relates to mechanization when conducting underwater technical, rescue and ship lifting operations using fuel gas generators.
Известен способ зажигания бескорпусного твердого топливного газогенератора в жидкой среде. В способе блок твердого химически активного топлива поджигается электрическим нагревателем, а именно, спиралью накаливания, выполненной из материала с высоким омическим сопротивлением. Ее плотно устанавливают в технологическое углубление, предусмотренное в блоке твердого топлива. Затем углубление с расположенной в нем спиралью герметизируют (Прострелочные и взрывные работы в скважинах: Учебник для техникумов /Н. Г. Григорян и др. - 2-е изд. перераб. - М.: Недра, 1980. С. 136-137).A known method of ignition of a frameless solid fuel gas generator in a liquid medium. In the method, a block of solid chemically active fuel is ignited by an electric heater, namely, an incandescent spiral made of a material with high ohmic resistance. It is tightly installed in the technological recess provided in the block of solid fuel. Then the recess with the spiral located in it is sealed (Rifle and blasting in wells: Textbook for technical schools / N. G. Grigoryan et al. - 2nd ed. Revised. - M .: Nedra, 1980. P. 136-137) .
Недостаток способа заключается в отсутствии свободного объема в зоне спирали накаливания, поскольку при зажигании твердого топлива образующиеся продукты горения создают высокое давление, и если механические характеристики топлива недостаточны, то блок твердого топлива разрушается и дальнейший процесс горения прекращается. С другой стороны, за счет высокого давления может разрушиться герметизирующий состав, и спираль накаливания под действием этого давления выбросится в окружающую среду. Резкий сброс давления в свою очередь приведет к разрушению реакционного слоя твердого топлива, срыву пламени, что также приводит к прекращению горения. Подобный эффект резкого сброса давления используется в ракетной технике, когда возникает необходимость быстрого прекращения горения топлива в ракетном двигателе.The disadvantage of this method is the lack of free volume in the zone of the incandescent spiral, since when the solid fuel is ignited, the resulting combustion products create high pressure, and if the mechanical characteristics of the fuel are insufficient, the solid fuel block is destroyed and the further combustion process stops. On the other hand, due to the high pressure, the sealing compound may be destroyed, and the incandescent spiral will be released into the environment under the influence of this pressure. A sharp pressure drop, in turn, will lead to the destruction of the reaction layer of solid fuel, flame failure, which also leads to the cessation of combustion. A similar effect of a sharp pressure relief is used in rocket technology, when it becomes necessary to quickly stop the combustion of fuel in a rocket engine.
Известен способ подрыва заряда взрывчатого вещества (ВВ) при выполнении подводно-технических работ для разрушения камней и скального грунта, например, при снятии судов с мели (Дунаевский Я.И. Снятие судов с мели /2-е изд. перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1984 г. - С. 80-81). Для этого в заряде ВВ сверлят отверстие, в него устанавливают электродетонатор, затем засыпают песком и сверху заливают мастикой.There is a method of detonating an explosive charge (BB) when performing underwater technical work to destroy stones and rocky soil, for example, when removing ships from the shallows (Ya. I. Dunaevsky. Removing ships from the shallows / 2nd ed. Revised and added. - M .: Transport, 1984 - S. 80-81). For this, a hole is drilled in the explosive charge, an electric detonator is installed in it, then it is covered with sand and filled with mastic from above.
Недостаток способа заключается в сложной многозвенной системе герметизации. Кроме того, мастика заливки может иметь трещины, через которые окружающая вода может проникнуть к электродетонатору и вызвать отказ в работе, то есть подрыва заряда ВВ. Под действием гидростатического давления окружающей среды мастика может сжиматься и выдавливаться, что ускоряет попадание воды в отверстие, где установлен электродетонатор. Соответственно будет отказ в инициировании ВВ.The disadvantage of this method is a complex multi-link sealing system. In addition, the fill mastic may have cracks through which the surrounding water can penetrate to the electric detonator and cause a failure in operation, that is, undermining the explosive charge. Under the influence of hydrostatic environmental pressure, the mastic can be compressed and squeezed out, which accelerates the ingress of water into the hole where the electric detonator is installed. Accordingly, there will be a refusal to initiate explosives.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ зажигания блока твердого химически активного топлива газогенератора в жидкой среде, когда зажигание осуществляют с помощью спирали накаливания, выполненной из материала с высоким омическим напряжением (Патент №2537644 (RU), МПК F23Q7/02. Способ зажигания твердого химически активного топлива в жидкой среде). Способ выбран за прототип.Closest to the proposed technical solution is a method of igniting a block of solid chemically active gas generator fuel in a liquid medium, when ignition is carried out using an incandescent spiral made of a material with high ohmic voltage (Patent No. 2537644 (RU), IPC F23Q7 / 02. Method of ignition of a solid reactive fuel in a liquid medium). The method selected for the prototype.
В способе-прототипе нагревательный элемент выполняют в виде полой трубки накаливания путем плотной намотки проволоки, имеющей высокое омическое сопротивление. В свою очередь в блоке твердого топлива, в его диаметральной плоскости, выполняют негерметичный открытый с двух сторон горизонтальный канал диаметром, соответствующим внешнему диаметру трубки накаливания, которую плотно устанавливают в этом канале. Зажигание топлива основано на создании кризисных условий кипения жидкости [4], заполняющей канал и полость трубки накаливания при подаче на трубку накаливания электрического импульса от источника тока (Закон Джоуля-Ленца).In the prototype method, the heating element is made in the form of a hollow incandescent tube by tightly winding a wire having high ohmic resistance. In turn, in the block of solid fuel, in its diametrical plane, an unpressurized horizontal channel open on both sides is made with a diameter corresponding to the outer diameter of the glow tube, which is tightly installed in this channel. Ignition of the fuel is based on the creation of crisis conditions for the boiling of a liquid [4], filling the channel and the cavity of the incandescent tube when an electric impulse is supplied to the incandescent tube from a current source (Joule-Lenz law).
Недостаток прототипа заключается в энергоемкости способа, поскольку для формирования кризисных условий кипения жидкости необходима мощность, развиваемая на трубке накаливания порядка 120÷180 Вт, что не всегда возможно при использовании источников тока на автономных устройствах.The disadvantage of the prototype is the energy intensity of the method, since the formation of the crisis conditions of boiling liquid requires power developed on an incandescent tube of the order of 120 ÷ 180 W, which is not always possible when using current sources on stand-alone devices.
Кроме того, способ зажигания твердого химически активного топлива, находящегося в жидкой среде, зависит от его расположения в окружающей среде. Так при отклонении негерметичного канала от горизонтальной плоскости относительно вектора силы тяжести вероятность зажигания блока ТХАТ снижается. При достижении угла наклона
Задачей изобретения является повышение надежности зажигания ТХАТ в жидкой среде при одновременном снижении энергетических затрат за счет использования кризисных режимов кипения жидкости.The objective of the invention is to increase the reliability of ignition TXAT in a liquid medium while reducing energy costs through the use of crisis modes of boiling liquid.
Поставленная задача решается тем, что в способе зажигания ТХАТ в жидкой среде, включающем использование нагревательного элемента в виде трубки накаливания, выполненной путем плотной намотки проволоки с высоким омическим сопротивлением, которую устанавливают в канал, выполненный в блоке твердого химически активного топлива, в отличие от прототипа канал выполняют вертикальным с открытым нижним концом, трубку накаливания плотно устанавливают у верхнего конца канала, расположенного в массе топлива, а токоведущий проводник, закрепленный на верхнем торце трубки накаливания, выводят по внутренней полости трубки накаливания наружу.The problem is solved in that in the method of igniting TXAT in a liquid medium, including the use of a heating element in the form of an incandescent tube, made by tightly winding a wire with high ohmic resistance, which is installed in a channel made in a block of solid chemically active fuel, in contrast to the prototype the channel is vertical with an open lower end, the glow tube is tightly installed at the upper end of the channel located in the mass of fuel, and the current-carrying conductor is fixed and the upper end of the tube filament is output by the internal cavity of the tube filament to the outside.
В частных случаях длину канала
Сущность способа поясняется фиг.1-6.The essence of the method is illustrated in figures 1-6.
На фиг. 1 показано исходное состояние (а) системы до подачи на трубку накаливания электрического импульса; промежуточная стадия (б), когда идет формирование паровой полости; стадия (в) блокирования трубки накаливания паровой полостью, обеспечивающей создание кризисных условий кипения жидкости. Обозначения: 1 - трубка накаливания (спираль плотной намотки); 2 - блок ТХАТ; 3 - вертикально ориентированный негерметичный канал; 4 - токопроводящие провода; 5 - жидкая среда; 6 - паровая полость.In FIG. 1 shows the initial state (a) of the system before applying an electric impulse to the glow tube; the intermediate stage (b), when the formation of the vapor cavity; stage (c) blocking the incandescent tube with a steam cavity, providing the creation of crisis conditions for boiling liquid. Designations: 1 - glow tube (tight winding spiral); 2 - block THAT; 3 - vertically oriented leaky channel; 4 - conductive wires; 5 - liquid medium; 6 - steam cavity.
На фиг. 2 представлена схема экспериментальной установки и фрагменты формирования и развития парового объема при нагревании трубки накаливания электрическим током (б). Цифрами обозначены: 7 - ванночка с жидкостью; 8 - термопара; 9 - державка со стрелкой; 10 - автоматизированная система сбора регистрации результатов; 11 - модель, выполненная из оргстекла; 12 - угломер; 13 - стадия зарождения активных паровых центров; 14 - формирование паровой полости; 15 - стадия заполнения канала паром; 16 - освобождение канала и блокирование трубки накаливания от жидкости.In FIG. Figure 2 shows the experimental setup and fragments of the formation and development of the vapor volume during heating of a glow tube by electric current (b). The numbers indicate: 7 - a bath with liquid; 8 - thermocouple; 9 - holder with arrow; 10 - an automated system for collecting results registration; 11 - model made of plexiglass; 12 - goniometer; 13 - stage of nucleation of active steam centers; 14 - the formation of the vapor cavity; 15 - stage of filling the channel with steam; 16 - release of the channel and blocking the glow tube from the liquid.
На фиг. 3 приведена зависимость времени зажигания
На фиг. 4 приведена зависимость температуры T при нагреве стенок канала от затрачиваемой энергии А. Кривая 1 характеризует изменение температуры для вертикального канала с заглушенным концом, кривая 2 характерна для негерметичного канала (прототип).In FIG. Figure 4 shows the dependence of temperature T during heating of the channel walls on the expended energy A. Curve 1 characterizes the temperature change for a vertical channel with a blanked end,
На фиг. 5 приведена зависимость времени зажигания
На фиг. 6 приведена зависимость времени зажигания
Снижение энергетических затрат в предлагаемом техническом решении основано на создании дополнительного парового объема у заглушенного конца канала за счет поступления образующихся паровых пузырьков в центрах парообразования на поверхности трубки накаливания, когда на нее подают электрический ток [4]. Под действием силы Архимеда они всплывают вверх по каналу и накапливаются у заглушенного конца канала, образуя паровую полость еще до формирования пузырькового режима кипения. Образующиеся при пузырьковом кипении (первый кризисный режим) [4] паровые включения увеличивают паровой объем, оттесняют жидкость от трубки накаливания, что способствует быстрому переходу от пузырькового режима кипения жидкости ко второму кризисному режиму кипения (пленочному). При пленочном режиме кипения коэффициент теплоотдачи резко падает, а температура трубки и, соответственно, плотно примыкающих к ней стенок канала возрастает до температуры зажигания ТХАТ. Зажигание будет наиболее стабильным и устойчивым при выполнении условия:
При
При
Зажигание ТХАТ зависит и от диаметра канала
При
При
Выполнение канала с одним заглушенным концом позволяет снизить влияние ориентации на процесс зажигания стенок канала при отклонении блока ТХАТ от вертикального положения относительно вектора силы тяжести на угол
Осуществление способа поясняется примером.The implementation of the method is illustrated by example.
Из проволоки, имеющей высокое омическое сопротивление, плотно, виток к витку, навивается спираль в виде трубки накаливания 1 (см. фиг.1). Затем в нижней части образца ТХАТ 2 выполняется параллельно вектору силы тяжести канал 3, один конец которого открыт, а другой заканчивается в массе образца. Диаметр канала 3 равен внешнему диаметру трубки накаливания 1. Затем трубка накаливания 1 с токоведущими проводами 4 плотно устанавливается в канале 3 непосредственно у конца канала, находящегося в массе образца 2, один из проводов выводится наружу по полости трубки накаливания.From a wire having high ohmic resistance, a spiral is wound tightly to the coil, in the form of an incandescent tube 1 (see figure 1). Then, in the lower part of the sample,
Собранную подобным образом систему зажигания погружают в жидкость 5, которая заполняет канал 3 и полость трубки 1 (фиг. 1, а). На трубку накаливания 1 подается электросигнал от источника тока (не показан). Высокоомная проволока разогревается (Закон Джоуля-Ленца), за счет этого в трубке накаливания, на ее внутренней поверхности, образуются активные паровые центры в виде пузырьков. Под действием силы Архимеда они, отрываясь от поверхности трубки, сосредотачиваются у верхнего конца 3 и формируют паровую полость (фиг. 1, б). При пузырьковом кипении паровые включения увеличиваются и интенсивно начинают поступать в уже подготовленную паровую полость, освобождая трубку накаливания. За счет этого происходит быстрая смена пузырькового режима кипения на пленочный (фиг. 1, в). Соответственно коэффициент теплоотдачи резко падает, температура трубки накаливания и температура контактирующей с ней поверхности стенок канала возрастает. При достижении температуры зажигания ТХАТ воспламеняется.A similarly assembled ignition system is immersed in a liquid 5, which fills the
Испытания способа по предлагаемому техническому решению проводились на лабораторной установке, представленной на фиг. 2. Модели канала выполнялись из оргстекла (фиг. 2б, фрагменты I - V) с оптически прозрачными стенками, и ТХАТ. В ванночку 7, имеющую оптически прозрачные стенки, на державке 9 помещалась модель канала 3. Нагрев стенок канала фиксировался хромель-алюмелевой термопарой 8 (диаметр спая 200 мкм), внедренной в стенку канала 3. Сигнал с термопары подавался на автоматизированную систему сбора и регистрации результатов 10. На трубку накаливания 1 по токоведущим проводам подавался электросигнал от источника ВСА-5К (на схеме не показан). Для визуального наблюдения за развитием процесса в прозрачные боковые стенки ванночки 7 монтировались оптические линзы (на чертеже не показаны). Трубка накаливания 1 выполнялась из нихромовой проволоки диаметром
Для проверки предложенного способа использовались образцы ТХАТ, известных в ракетной технике [5]. Использовались цилиндрические образцы ТХАТ, имеющие следующие размеры: высота
Фиг. 3 иллюстрирует зависимость времени зажигания
Зависимость времени зажигания
Поскольку в предлагаемом техническом решении канал с одной стороны негерметичен, то его функционирование будет зависеть от ориентации канала относительно вектора силы тяжести. Известно [6], что ориентация поверхности нагрева в гравитационном поле влияет на критический тепловой поток при кипении жидкости. Фиг. 6 иллюстрирует зависимость
Из примера видно, что предлагаемый способ зажигания ТХАТ в жидкой среде промышленно применим на практике. Способ обеспечивает надежное зажигание при экономных затратах энергии и может быть использован при проведении аварийно-спасательных, судоподъемных и гидротехнических работ.It can be seen from the example that the proposed method for igniting TXAT in a liquid medium is industrially applicable in practice. The method provides reliable ignition at an economical energy cost and can be used when conducting rescue, ship-lifting and hydraulic works.
Источники информацииInformation sources
1. Прострелочные и взрывные работы в скважинах: Учебник для техникумов /Н. Г. Григорян и др. - 2-е изд. перераб. - М.: Недра, 1980. С. 136-137.1. Rifle and blasting in wells: Textbook for technical schools / N. G. Grigoryan et al. - 2nd ed. reslave. - M .: Nedra, 1980.S. 136-137.
2. Дунаевский Я.И. Снятие судов с мели /2-е изд. перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1984 г. - С. 80-81.2. Dunaevsky Ya.I. Removal of ships aground / 2nd ed. reslave. and add. - M .: Transport, 1984 - S. 80-81.
3. Патент №2537644 (RU), МПК F23Q 7/02. Способ зажигания твердого химически активного топлива в жидкой среде.3. Patent No. 2537644 (RU),
4. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М.: Энергия, 1973 г. - С. 102-128.4. Mikheev M.A., Mikheeva I.M. The basics of heat transfer. - M .: Energy, 1973 - S. 102-128.
5. Орлов Б.В., Мазинг Г.Ю. Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе: Учебное пособие для вузов. - М.: Машиностроение, 1979 г.5. Orlov B.V., Masing G.Yu. Thermodynamic and ballistic fundamentals of designing solid propellant rocket engines: Textbook for universities. - M.: Mechanical Engineering, 1979
6. Вешнев И.П. Влияние ориентации поверхности нагрева в гравитационном поле на кризис пузырькового кипения жидкости //Инженерно-физический журнал, 1973. Т. 24(1). С. 59-66.6. Veshnev I.P. The influence of the orientation of the heating surface in a gravitational field on the crisis of bubble boiling of a liquid // Engineering Physics Journal, 1973. V. 24 (1). S. 59-66.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015140846/06A RU2594935C1 (en) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015140846/06A RU2594935C1 (en) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2594935C1 true RU2594935C1 (en) | 2016-08-20 |
Family
ID=56697516
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015140846/06A RU2594935C1 (en) | 2015-09-25 | 2015-09-25 | Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2594935C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3713393A (en) * | 1970-04-02 | 1973-01-30 | Amoco Prod Co | Igniter mechanism for solid propellants under high fluid head |
RU2062403C1 (en) * | 1994-03-01 | 1996-06-20 | Сибирский химический комбинат | Igniting device |
RU2100065C1 (en) * | 1995-01-27 | 1997-12-27 | Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики | Solid-fuel gas generator for underwater operation |
US20100175367A1 (en) * | 2007-06-08 | 2010-07-15 | Thales | Propellant device of enhanced performance |
RU2537644C1 (en) * | 2013-09-09 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) | Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium |
-
2015
- 2015-09-25 RU RU2015140846/06A patent/RU2594935C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3713393A (en) * | 1970-04-02 | 1973-01-30 | Amoco Prod Co | Igniter mechanism for solid propellants under high fluid head |
RU2062403C1 (en) * | 1994-03-01 | 1996-06-20 | Сибирский химический комбинат | Igniting device |
RU2100065C1 (en) * | 1995-01-27 | 1997-12-27 | Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики | Solid-fuel gas generator for underwater operation |
US20100175367A1 (en) * | 2007-06-08 | 2010-07-15 | Thales | Propellant device of enhanced performance |
RU2537644C1 (en) * | 2013-09-09 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) | Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6016753A (en) | Explosive pipe cutting | |
US20100258292A1 (en) | Propellant fracturing system for wells | |
Wolański et al. | Detonation of methane-air mixtures | |
US20110048703A1 (en) | Heating apparatus | |
EP2859183B1 (en) | Improved electric fracturing of a reservoir | |
CN107167490A (en) | A kind of fast cook off test experimental rig for medium-and-large-sized ammunition | |
US10837747B2 (en) | High explosive firing mechanism | |
RU2594935C1 (en) | Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium | |
US2599245A (en) | Method and apparatus for seismic prospecting | |
SE446126B (en) | ELECTRICALLY ACTIVABLE EXPLOSION CAPS INCLUDING ONE TEND CHARGE AND ANOTHER EXPLOSION CHARGING, INCLUDING A SET FOR ASSEMBLY | |
CN103399138A (en) | Determination method for gap distance of submarine explosive | |
CN110632646A (en) | Deep and distant sea seismic wave excitation device and excitation method | |
RU2537644C1 (en) | Method to ignite solid chemically active fuel in liquid medium | |
US2993461A (en) | Embedment anchor | |
RU2718732C1 (en) | Method for determining relative detonation capacity of gaseous and dispersed condensed combustible materials and device for implementation thereof | |
Beckstead et al. | Experimental investigations of the underwater ignition of the solid rocket propellant | |
RU2485307C1 (en) | Gas-dynamic formation fracturing method | |
RU2183741C1 (en) | Method of gas-hydraulic stimulation of formation | |
RU2100065C1 (en) | Solid-fuel gas generator for underwater operation | |
FR3061233A1 (en) | STACKABLE PROPELLANT MODULE FOR GAS PRODUCTION | |
Barsukov et al. | Applying of open gas generators in solid fuel for rising underwater objects | |
RU175566U1 (en) | DEVICE FOR THERMAL GAS-DYNAMIC INFLUENCE ON THE LAYER | |
RU2661487C2 (en) | Device for processing of production formation | |
RU2643533C1 (en) | Method of formation gas dynamic treatment | |
Maqbool | Development of an experiment for measuring film cooling performance in supersonic flows |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190926 |