close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15521

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.02.28
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 15521
(13) C1
(19)
H 01H 39/00 (2006.01)
ВЗРЫВНОЙ РАЗМЫКАТЕЛЬ ТОКА
(21) Номер заявки: a 20091857
(22) 2009.12.23
(43) 2011.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(72) Авторы: Коморный Александр Анатольевич; Петров Игорь Валентинович; Богданович Павел Тадеушевич;
Дзичковский Олег Анатольевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) BY 12324 C1, 2009.
BY 12327 C1, 2009.
RU 753305 C, 1994.
RU 2091894 C1, 1997.
RU 2349000 C1, 2009.
SU 1314851 A1, 1995.
SU 1749938 A1, 1992.
JP 7114868 A, 1995.
BY 15521 C1 2012.02.28
(57)
Взрывной размыкатель тока, содержащий цилиндрические диэлектрическую дугогасящую среду, диэлектрический струеформирователь с кумулятивными выемками, электрический проводник, установленный коаксиально между дугогасящей средой и
струеформирователем, и заряд взрывчатого вещества, отличающийся тем, что диэлектрическая дугогасящая среда выполнена с канавками на своей наружной поверхности, периодичность расположения которых совпадает с периодичностью расположения
кумулятивных выемок диэлектрического струеформирователя.
Фиг. 1
Изобретение относится к коммутирующим устройствам, применяющимся в мощных
импульсных источниках энергии для размыкания тока мегаамперного уровня при помощи
взрывчатого вещества. Предложенный взрывной размыкатель тока может быть использо-
BY 15521 C1 2012.02.28
ван в экспериментальной технике для получения мегаамперных импульсов тока с микросекундным временем нарастания переднего фронта.
Известен взрывной размыкатель тока (1), представляющий собой разрушаемый металлический проводник с током, который расположен между зарядом взрывчатого вещества
(ВВ) и диэлектрической преградой. Проводник с током режется продуктами детонации
заряда взрывчатого вещества на зазорах диэлектрической преграды. Недостатком данного
взрывного размыкателя тока является наличие собственной проводимости продуктов детонации, что повышает время размыкания тока в цепи размыкателя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому
объекту является взрывной размыкатель тока (ВРТ) (2), в котором заряд ВВ, вставки из
инертного материала, струеформирователь с кумулятивными выемками, электрический
проводник и диэлектрическая дугогасящая среда являются цилиндрами и располагаются
соосно. Данный ВРТ использовался в мобильном имитаторе тока молнии и размыкал ток,
возникающий при работе спирального магнитокумулятивного генератора (МКГ). Взрывной размыкатель тока размещается на конце МКГ, заряд взрывчатого вещества ВРТ инициируется от основного заряда взрывчатого вещества магнитокумулятивного генератора.
Для повышения быстродействия размыкателя в заряде взрывчатого вещества формируется
продольный фронт детонационной волны, который обеспечивает одновременный подход
детонационной волны ко всем точкам внутренней поверхности струеформирователя, а
значит, и одновременный разрыв проводника в нескольких точках. Одновременный разрыв проводника в нескольких точках повышает сопротивление, вводимое в электрическую цепь размыкателя, и снижает напряженность электромагнитного поля на концах
разрыва проводника. Благодаря этому повышается быстродействие размыкателя. Продольный фронт формируется следующим образом: заряд взрывчатого вещества инициируется от заряда ВВ лайнера в точке, находящейся на оси симметрии ВРТ. Далее детонация
распространяется от оси к струеформирователю, "обходя" вставки из инертного материала. Место расположения и размер вставок из инертного материала выбирают таким образом, чтобы обеспечить одновременный подход детонационной волны ко всем точкам
внутренней поверхности струеформирователя. После того, как детонационная волна дошла до поверхности струеформирователя, по струеформирователю начинает распространяться ударная волна, которая формирует кумулятивные струи. Кумулятивные струи
механически разрушают проводник с током. На внутренней поверхности диэлектрической
дугогасящей среды напротив местоположения кумулятивных выемок струеформирователя
находятся канавки. В данные канавки попадает разрушенный материал проводника с током и кумулятивная струя после того, как она разрушила проводник с током.
После разрушения проводника с током диэлектрическими кумулятивными струями и
при дальнейшем движении кумулятивных струй внутри соответствующих канавок диэлектрической дугогасящей среды происходит ударное сжатие и нагрев воздуха, находящегося в замкнутом объеме соответствующей канавки, а следовательно, и его ионизация.
Это способствует возникновению электрического пробоя образовавшегося межэлектродного промежутка в каждой канавке. При дальнейшем движении кумулятивной струи
вглубь канавки диэлектрической дугогасящей среды происходит деформация токового
канала дуги в образовавшемся межэлектродном промежутке. По мере продвижения кумулятивной струи по канавке происходит увеличение длины токового канала электрической
дуги и снижение плотности плазмы дугового канала. Электрический пробой прекращается, когда плотность плазмы достигнет критического значения, при котором невозможно
поддержание плазмы. Наличие пробоя и его поддержание некоторое время (пока кумулятивная струя деформирует токовый канал) повышает время размыкания тока в цепи размыкателя и является существенным недостатком данного размыкателя тока.
Недостатками данного взрывного размыкателя тока также являются сложность сборки
размыкателя и сложность заполнения размыкателя взрывчатым веществом:
2
BY 15521 C1 2012.02.28
при установке вставок из инертного материала необходимо строгое соблюдение расстояний как между вставками, так и между вставкой и фланцем струеформирователя. При
несоблюдении данных расстояний возможно сужение слоя взрывчатого вещества до размеров, меньших критического диаметра взрывчатого вещества, и, как следствие, прекращение распространения детонационной волны в соответствующем канале взрывчатого
вещества;
после установки очередной вставки из инертного материала в полость струеформирователя необходимо произвести подпрессовывание (в случае использования мелкодисперсных порошковых бризантных взрывчатых веществ) либо формование (в случае
использования пластичного взрывчатого вещества) заряда взрывчатого вещества в зазорах
между вставкой и фланцами струеформирователя.
Задачей предлагаемого изобретения является создание простого в сборке и при заполнении взрывчатым веществом взрывного размыкателя тока с высоким быстродействием,
используемого в коммутационных схемах импульсных источников энергии на основе индукционных накопителей энергии или магнитокумулятивных генераторов.
Поставленная задача достигается тем, что в известном взрывном размыкателе тока,
содержащем цилиндрические диэлектрическую дугогасящую среду, диэлектрический
струеформирователь с кумулятивными выемками, электрический проводник, установленный коаксиально между дугогасящей средой и струеформирователем, и заряд взрывчатого
вещества, диэлектрическая дугогасящая среда выполнена с канавками на своей наружной
поверхности, периодичность расположения которых совпадает периодичностью расположения кумулятивных выемок диэлектрического струеформирователя.
Схема предложенного взрывного размыкателя тока представлена на фиг. 1. Взрывной
размыкатель тока состоит из заряда взрывчатого вещества 1, диэлектрического струеформирователя 2, электрического проводника 3, диэлектрической дугогасящей среды 4 с канавками 5. Заряд взрывчатого вещества 1 инициируется по оси 6, далее детонационная
волна распространяется к струеформирователю 2, выполненному из диэлектрического материала. Под действием давления продуктов детонации образуются струи из диэлектрического материала, которые режут металлический электрический проводник 3. Так как
заряд взрывчатого вещества 1 инициируется по оси 6, это обеспечивает одновременное
формирование всех кумулятивных струй. После того, как кумулятивная струя разрушает
материал металлического электрического проводника 3, она внедряется в материал диэлектрического дугогасящего материала. При разрушении электрического проводника 3 с
током между точками разрыва зажигается электрическая дуга отключения, дугогасящими
средами в предложенном взрывном размыкателе тока являются диэлектрическая струя и
диэлектрическая дугогасящая среда 4.
После разрушения электрического проводника 3 с током диэлектрическими кумулятивными струями, кумулятивные струи проникают в диэлектрическую дугогасящую среду
и начинают ее разрушать. В образовавшемся межэлектродном промежутке происходит
пробой диэлектрика, дугогасящими средами в предложенном взрывном размыкателе тока
являются диэлектрическая кумулятивная струя и диэлектрическая дугогасящая среда 4.
Однако для развития электрического пробоя и его поддержания требуется больше энергии, чем в том случае, когда дугогасящими средами являются диэлектрическая кумулятивная струя и воздух, т.к. электрическая прочность диэлектриков (десятки кВ/мм)
превышает на порядок электрическую прочность воздуха (при внешних условиях, близких
к нормальным ~ 3 кВ/мм). Следовательно, напряженность электромагнитного поля на
концах межэлектродного промежутка в данном случае будет меньше и потребуется меньше времени для гашения электрической дуги отключения. После того, как диэлектрическая кумулятивная струя разрушает участок диэлектрической дугогасящей среды AB
(фиг. 2), она попадает в соответствующую канавку. Однако в данном случае при полете
кумулятивной струи внутри канавки диэлектрической дугогасящей среды 4 не происходит
3
BY 15521 C1 2012.02.28
ионизация воздуха, находящегося в канавке, т.к. воздух не находится в замкнутом объеме,
а может выходить через торец DE (фиг. 2). Предотвращение поверхностного пробоя между соседними канавками диэлектрической дугогасящей среды 4 обеспечивается тем, что
наружная поверхность диэлектрической дугогасящей среды 4 является ребристой, что, как
известно, является эффективной мерой борьбы с поверхностным пробоем диэлектрика (3).
Уменьшение напряженности электромагнитного поля на концах межэлектродного промежутка, после пробоя диэлектриков, и отсутствие поверхностного пробоя между соседними
канавками диэлектрической дугогасящей среды понижает время размыкания тока в цепи
размыкателя и, следовательно, повышает его быстродействие.
На данный момент в качестве смесевого бризантного взрывчатого вещества в предлагаемом взрывном размыкателе тока используется тротил-гексоген (с содержанием
(мас. %): тротил 20 ÷ 70, гексоген 80 ÷ 30), получаемый при утилизации боеприпасов. Такой выбор объясняется хорошими взрывчатыми свойствами тротил-гексогена и меньшей,
по сравнению с гексогеном, чувствительностью к удару (8 ÷ 48 % - в зависимости от выбранного состава), что повышает безопасность производства пластичного взрывчатого состава, а получение тротил-гексогена (ТГ) из конверсионных боеприпасов существенно
снижает стоимость взрывчатого вещества.
С предлагаемым взрывным размыкателем тока проводились эксперименты по определению времени размыкания тока в цепи взрывомагнитного генератора. Использовался
взрывной размыкатель тока индуктивностью 57 нГн. В качестве бризантного взрывчатого
вещества во взрывном размыкателе тока использовался ТГ 40 (содержание (мас. %): тротил 40, гексоген 60). Масса заряда взрывчатого вещества составила ∼ 400 г. Ток в цепи
размыкателя до момента разрыва равнялся ∼ 365 кА. Зависимость силы тока от времени в
цепи размыкателя тока при подрыве размыкателя тока приведена на фиг. 3. Момент t = 0
соответствует началу размыкания контура с током. Данный график был получен интегрированием сигнала, полученного с пояса Роговского, который находился в цепи размыкателя тока. Быстродействие размыкателя определялось как время, за которое ток в цепи
размыкателя снизится со значения 0,9Imax до значения 0,1Imax, где Imax - максимальное значение тока в цепи размыкателя. Из осциллограммы, приведенной на фиг. 3, видно, что
быстродействие размыкателя - 2 мкс.
Приведенные результаты доказывают возможность эффективного использования
предложенного взрывного размыкателя тока в качестве элемента систем и устройств
коммутации тока мегаамперного уровня для импульсных источников энергии на основе
индуктивных накопителей энергии или магнитокумулятивных генераторов для получения мегаамперных импульсов тока с микросекундным временем нарастания переднего
фронта.
Источники информации:
1. Chernyshev V.K. SUPERPOWER EXPLOSIVE MAGNETIC ENERGY SOURCES
(XXTH CENTURE RESULTS. TASKS IN THE BEGINNING OF XXIst SENTURY) - Megagauss X, ed. M. von Ortenberg, Berlin, Humboldt University at Berlin, 2005. - P. 19.
2. Shurupov A.V., Fedorov V.M., Kozlov A.V., Lebedev E.F., Leont'ev A.A., Mintsev V.B.,
Ostashev V.E., Povareshkin M.N., Smirnov L.AShurupova., N.P., Ul'yanov A.V., Ushnurtsev A.E. EXPERIMENTAL STUDY OF MOBILE UNIT FOR EXPLOSIVELY DRIVEN
LIGHTNING SIMULATOR - Megagauss X, ed. M. von Ortenberg, Berlin, Humboldt University at Berlin, 2005. - P. 361-362.
3. Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: Учебное пособие. СПб.: С.-Петербург, 2006.
4
BY 15521 C1 2012.02.28
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
281 Кб
Теги
by15521, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа