Патент №2151735
Авторы изобретения:А.Я. Малышев, Е.В. Леваков, А.А. Татынов, В.К. Раевский, А.И. Сиверцев
ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА
Изобретение относится к области пиротехники и может быть использовано для быстрого получения большого количества технического кислорода и для создания в объеме высокого давления газа.
В различных областях промышленности, где кислород используется в больших количествах как окислитель при проведении многообразных быстропротекающих процессов горения, к кислороду не предъявляют жестких требований по чистоте.
Трудности в разработке кислородных быстросрабатывающих пиротехнических устройств связаны прежде всего с тем, что в них должны использоваться пиротехнические составы, генерирующие большое количество кислорода под давлением с относительно высокой температурой горения до 1000oC и более. А как известно [1] , при таких температурах и повышенном давлении газа кислород энергично взаимодействует с металлами и их сплавами.
Известен [2] пиротехнический состав для получения кислорода в системах жизнеобеспечения на летательных и подводных аппаратах, в спасательных средствах защиты органов дыхания. Состав содержит, мас.%: хлорат натрия 75 - 90; магний; 2 - 5; катализатор (кислородные соединения кальция из ряда, включающего CaO2, CaO, Ca(OH)2 или их смесь) 5 - 23.
Состав имеет удельное газовыделение кислорода 230 - 265 см3/г при температуре горения 610 - 700oC. состав не содержит токсичных соединений. Недостатками составов является малая скорость распространения зоны реакции (менее 1 мм/с). Поэтому такие составы используются в кислородных свечах, а генерируемый ими кислород может использоваться в системах жизнеобеспечения человека.
Известен [3] состав для получения кислорода посредством самоподдерживающейся каталитической реакции разложения. Состав содержит, мас.%: хлорат натрия 95 - 96; оксалат кобальта 4 - 5.
Скорость горения данного состава находится в пределах 0,52-0,55 мм/с, выход кислорода достигает 294,8 см3/г. Недостатком состава является малая скорость горения, менее 1 мм/с.
Известен состав [4] для получения кислорода в системах жизнеобеспечения летательных и подводных аппаратов, содержащий, мас.%: перхлорат калия 60 - 90; порошок алюминия 5 - 30; пероксид бария 5 - 10.
Выход кислорода при горении состава находится в пределах от 150 до 250 см3/г при его чистоте 99,3 - 99,7 об.% Основные примеси в кислороде: пары влаги 0,2 - 0,6 об.%; углекислый газ менее 0,1 об.%; окислы азота менее 0,01 об. %; углеводороды менее 0,001 об.%; хлор в пределах точности метода определения не обнаружен. Скорость горения состава достигает величин 2,5 - 15,0 мм/с при температуре горения соответственно 1100 -1800oC.
Недостатками указанного состава является относительно высокая температура горения - более 1100oC и недостаточная скорость горения - не более 15 мм/с.
Данный состав как наиболее близкий по технической сущности выбран нами в качестве прототипа.
Настоящее изобретение решает задачу снижения температуры горения при одновременном повышении скорости горения кислородо-генерирующего состава при сохранении на достаточно высоком уровне удельных характеристик по газовыделению.
Технический результат, полученный при использовании изобретения, заключатся в следующем:
- температура горения пиротехнического состава 490 - 1260oC;
- скорость горения 16 - 180 мм/с;
- удельное газовыделение кислорода 189 - 290 см3/г;
- чистота газа - не менее 98,5 об.%
Это достигается тем, что в пиротехническом составе, включающем неорганический окислитель - перхлорат калия и горючее - порошок металла, согласно изобретению в качестве горючего используют порошок молибдена при следующем соотношении компонентов, мас.%.:
Перхлорат калия - 80 - 95
Молибден - 5 - 20
Отличительные признаки от прототипа позволяют сделать вывод о соответствии технического решения критерию "новизна".
Анализ известных пиротехнических составов не выявил составов, содержащих признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого состава, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень". Для подтверждения соответствия заявляемого технического решения критерию "промышленная применимость" были изготовлены и испытаны образцы, см. таблицу.
Составы готовят путем смешивания в малом смесителе предварительно просушенных при 90 - 100oC компонентов, а для перхлората калия - предварительно дробят и отбирают фракцию, прошедшую через сито с размером ячейки 40 мкм.
Полученную смесь прессуют в медные стаканчики в виде таблеток диаметром 20 мм, высотой 10 мм с относительной плотностью не менее 0,7. Формирование фронта горения состава в стаканчике производили с помощью поджигающего состава, запрессованного в виде 2 мм таблетки.
Выделяющийся при горении газ охлаждался на медном металлорезиновом фильтре пористостью 40-50%, расположенном в противоположном от поджига торце медного стакана, и собирался в камере сгорания, в которой производилось срабатывание испытуемого образца.
Инициирование горения поджигающей таблетки производили нихромовым мостиком накаливания воспламенительного устройства.
Скорость горения состава в образце определяли по времени его сгорания. Окончание процесса горения определяли по максимуму давления газа с помощью датчика давления, установленного в камере сгорания. Запись процесса срабатывания испытуемых образцов производили на шлейфовом осциллографе H 071.
Выделившийся газ отбирался из камеры сгорания и анализировался на масс-спектрометре или газовом хроматографе.
Данные о составе образцов и результаты их испытаний представлены в таблице.
Из данных, приведенных в таблице, следует, что изобретение позволяет получить высокий выход кислорода от 189 до 290 см3/г с чистотой не менее 98,5 об.% при скоростях горения от 16 до 180 мм/с и температуре горения соответственно от 490 до 1260oC.
Оптимальные значения скорости горения 100 мм/с, температуры горения 770oC, удельного газовыделения 270 см3/г получаются при соотношении компонентов, мас.%: KClO4 92; Mo 8. Предлагаемый состав позволяет решить проблему создания быстросрабатывающего генератора кислорода.
Список использованных источников.
1. В. И. Болобов Возможный механизм процесса воспламенения металлов в потоке кислорода. //Физика горения и взрыва. 1998. т 34. N 1, с. 50-56.
2. Пиротехнический состав для получения кислорода. Описание изобретения к патенту РФ. RU 2057707. C 01 B 13/02. Опубликовано БИ N 10, 1996, с. 182.
3 Состав для получения кислорода. А.С. 1604729. C 01 B 13/02. Опубликовано БИ N 41, 1990, с. 11I.
4. Состав для получения кислорода. Описание изобретения к патенту РФ N 2061650. C 01 B 13/02. Опубликовано БИ N 16, 1996, с. 190.