Преобразователь энергии взрыва химического взрывчатого вещества в электромагнитную энергию

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 02 СТВЕННОЕ ПАТЕНТ ВО СССРНТ СССР ГОСУД ВЕДО (ГОСП ЕНИЯ С ВИДЕТЕ.П ЬСТВ К АВТОРСКО образователь по и, тем, что концы целы размещены не нтра кругового расптия,тличаю- металличе 2,Прещийс яской шинвблизи цетуров сжа средственн ложения кон ПИСАНИЕ ИЗОБ(72) А.А, Бриш, В.С. Фоменко и В.В, Михеев (56) Авторское свидетельство СССР .М 321190, кл, Н 02 й 11/00, 1975.Авторское свидетельство СССР М 1079148, кл. Н 02 й 11/00, 1982.(54)(57) 1.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВЗРЫВА ХИМИЧЕСКОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА В ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ ЭНЕРГИЮ, содержащий заключенные в корпус последовательно соединенные между собой проводящие контуры сжатия, в каждом из которых обьединены одновитковый пассивный соленоид, разрезанный по образующей диаметрально зазору, образованному его концами, и эксцентрично расположенная в полости одновиткового соленоида по отношению к его зазору цилиндрическая активная оболочка, заполненная взрывчатым веществом с капсюль-детонаторами, разрезанная по образующей и концами разреза электрически замкнутая с концами пассивного соленоида, причем соленоиды расположены в одной плоскости по кругу, концами обращены на периферию круга, а разрезами - к центру и электрически соединены между собой и с выходом на потребитель, размещенным в центральной части круга, и устройство для создания начального магнитного потока, включающее постоянные магниты, внутренние разнополюсные торцы которых примы 1158007 А 1 кают к торцам соленоидов, а внешние замкнуты магнитопроводом, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения КПД путем уменьшения электромагнитной энергии за счет снижения паразитной индуктивности на соединениях одновитковых пассивных соленоидов между собой и с потребителем, контуры сжатия выполнены из цельнометаллической шины с жестким изоляционным материалом на внешней поверхности соленоидов, а части шины, примыкающие к разрезам соленоидов, сведены в направлении к центральной части под углам а, определяемым соотношением а = 2 агсяп (.( - -Г),йгде - расстояние от оси кругового расположения одновитковых пассивных соленоидовдо оси пассивного соленоида;Й - внутренний радиус одновитковогпассивного соленоида:1 - расстояние от оси кругового расположения одновитковых пассивных соленоидов до пересечения внутреннихтоконесущих поверхностей частей шины,примыкающих к разрезусоленоида, причемИ 1.Изобретение относится к устройствам импульсной техники, а именно к одноразовым (взрывным) устройствам, способным генерировать большие короткоимпульсные токи в потребителях электромагнитной энергии, По своему назначению оно может быть применено в экспериментальной итехнической физике быстропротекающих процессов, в частности для инициирования электродетонаторов, изучения поведения свойств веществ в экспериментальныхусловиях,целью изобретения является увеличение КПД преобразователя путем уменьшения потерь электромагнитной энергии за счет существен ного снижения (и рактическ и до нуля) конечной (паразитной) индуктивности на соединениях контуров сжатия между собой и с потребителем энергии с одновременным уменьшением веса контуров сжатия преобразователя при сохранении его габаритных характеристик.На фиг,1 схематически изображен преобразователь, поперечный разрез (последовательное соединение пяти проводящих контуров сжатия); на фиг,2 - сечение А-А на фиг,1; на фиг,З - центральная часть поперечного сечения преобразователя, поясняаща рссположе ие выхода к потребителю (концов целлнометаллической шины) вблизи центра кругового расположения одновит,ов, х гассивных соленоидов; на фиг.4 и 5 - схемь ,:асгей преобразователей, поясняющие расчетное Оооснование достижения цели изобретения; (на фиг,4 - схема для известного технического решения-прототипа, на фиг,5 - схема для предлагаемого решения),Преобразователь энергии (см. фиг.1) состоит из изоляционного корпуса 1, контуров скатия, выполненных из цельнометаллической шины, из которой сделаны одновитковые пассивные соленоиды 2, последовательно соедл енные между собой и с выходом 3 на потребитель энергии в местах разрезов 4 пассивных соленоидов, и соответствующее число эксцентрично расположенных в полостях одновитковых пассивных соленоидов цилиндрических активных оболочек 5 (на фиг.1 показано соединение пяти одновитковых пассивных соленоидов и пяти цилиндрических активных оболочек), Концы цельнометаллической шины (т,е, выход 3 к потребителю энергии) подведены к оси кругового расположения одновитковых пассивньх соленоидов, При необходимости концы цельнометаллической шины могут быть выведены на периферию корпуса. Активные оболочки 5 заполнены ВВ б. К торцам зарядов.подведены одинаковой длины шнуры 7,5 10 15 20 25 30 40 45 50 55 которые исходят от капсюль-детонатора (капсюль-детонатор не показан), Торцы зарядов прикрыты инертными изоляционными насадками 8, препятствующими разлету продуктов ВВ в сторону торцов заряда. Напротив каждого заряда 9, образованного концами пассивного соленоида, выполнен разрез 10 активной оболочки по ее образующей, Концы разреза активной оболочки электрически замкнуты с концами зазора пассивного соленоида. К торцам пассивных соленоидов примыкают постоянные магниты 11 с полюсными наконечниками 12, внешние разнополюсные торцы постоянных магнитов замкнуты магнитопроводом 13, Преобразователь помещен в изоляционную оболочку 14, Инициирование ВВ в каждом заряде может выполняться по оси 15 активной оболочки 5.Располокение концов цельнометаллической шины (т,е. выхода 3 к потребителю энергии) вблизи центра кругового расположенич одновитковых пассивных соленоидов показано на фиг,З,Для предлагаемого преобразователя выполнение частей одновитковых пассивных соленоидов со стороны их разрезов частями 1 б цельнометаллической шины показано на фиг,1, Для обеспечения жесткости соединений частей одновитковых пассивных соленоидов со стороны их разрезов в центре кругового расположения пассивных соленоидов установлен изолятор 17,Послецовательное соединение двух и более одновитковых пассивных соленоидов, располокенных по кругу в одной плоскости на минимальном и одинаковом расстоянии друг от друга. можно выполнить из монолитного изоляционного диска (корпуса) высотой и и площадью поперечного сечения Я путем высверливания в нем соответствующего числа отверстий с последующей доработкой центральной части диска, По внутренней поверхности обработанного изоляционного диска располагается цельнометаллическая шина - фольга (см, фиг.З).Для повышения надежности одновременного инициирования зарядов ВВ разводка от одного (или двух) капсюль-детонатора может быть подведена к зарядам ВВ с обоих торцов преобразователя (см, фиг,2).Для уменьшения разогрева токами Фуко полюсных наконечников последние могут быть выполнены набором пластин из материала с большой магнитной проницаемостью.Преобразователь энергии работает следующим образом. Сигнал от капсюль-детонатора по детонационным шнурам 7для предлож г.5) как Р 2 =Ио , 2) Ь+2 ИЬ + одновременно подходит к торцам зарядов, детонируя ВВ 6. Под действием образовавшихся продуктов ВВ цилиндрические активные оболочки (кольца) 5 расширяются, захватывая магнитный поток, заключенный 5 между активными кольцами 5, одновитковыми пассивными соленоидами 2 и частями 16 цельнометаллической шины, вытесняют его в потребитель энергии, подключенный к выходу 3. Одно из положений для одного 10 активного кольца на стадии работы преобразователя показано пунктирной линией 18 (фиг.1). На конечной стадии работы преобразователя роль активного кольца может выполнить введенная обечайка 19 (часть ак тивного кол,ьца, см. фиг.1), закрепленная в -изоляторе 20, который изолирует собой активное кольцо и обечайку от полюсного наконечника 12.Достоверность достижения цели изо-,20 бретения подтверждается нижеследующим.расчетом, для чего на фиг,4 и 5 приведены основные буквенные обозначения размеров элементов известного и предлагаемого преобразователей, 25Для оценки КПД предлагаемого преоб-. . разователя и преобразователя по известному техническому решению необходимо, прежде всего, оценить величины, определяющие КПД сравниваемыхустройств. 30Сравнение конечной (параэитной) индуктивности преобразователей, выполненных по известному техническому решению и по предложенному решению, когда концы цельнометаллической шины расположены 35 на радиусе г от центра кругового расположения одновитковых пассивных соленоидов.Конечную (паразитную) индуктивность О каскадного преобразователя, образован ного последовательным соединением одновитковых пассивных осленоидов по известному техническому решению 2, можно представить как (см, фиг.4). Я, й, Ьи=0,1О- =3,инятых значениях э (3) получим, что где й - радиус диска (корпуса);й - высота диска или высота цельнометаллической шины; й в .количество каскадов; г - радиус цилиндрической полости в центральной части проводящего корпуса в известном преобразователе 21;г - радиус цилиндрической полости в центральной части предлагаемого преобразователя; ,и - магнитная проницаемость; Ь - толщина изолятора;4 и - толщина цельнометаллической шины;Ь - ширина разреза одновиткового пассивного соленоида; А(й) = - = зп ( - ) 1 + 3 й ( - отВ Й ношение, которое следует из рассмотрения подобных треугольников 001 С 1 и ОВС (см. фиг.4), где Я - внутренний радиус одновит- . кового пассивного соленоида, Возьмем отношение величин (1) и (2):й 1 - 2 А - Г- И Ь+(3) При Ь= 0,1 см; В =. 3 см; Ан=0,1 см; й =5 находим, что г 0,334 см; А=0,37;г=0,318 см, Тогда отношение (3) составит - =1,9, Ь 12 Следовательно, при одинаковом количестве последовательно соединяемых каскадов (контуров сжатия) конечная (паразитная) индуктивность предложенного преобразователя примерно в 2 раза меньше, чем у преобразователя по известному техническому решению,Сравнение конечной (паразиткой) индуктивности известного преобразователя и предлагаемого, когда концы цельнометаллической шины расположены вблизи центра кругового расположения одновитковых пассивных соленоидов,Для данного случая в предложенном прсобраэователе радиус цилиндрической полости в центральной части кругового расположения одновитковых пассивных соленоидов принимает минимальное значение (см. фиг,З), равноед, 1158007Вывод; конечная (паразитная) индуктивность предложенного преобразователяв три раза меньше, чем у преобразователяпо известному техническому решению.Сравнение начальных индуктивностейпредложенного и известного преобразователей при одинаковых их габаритах.Начальная индуктивность преобразователя по известному техническому решениюопределяется соотношениемЯо л В - го11 с =и ч -=р йигде Яо - площадь поперечного сечения между внешним радиусом го активной оболочкии внутренним радиусом Й пассивного соленоида (см. фиг,4), а начальную индуктивность предлагаемого преобразователяможно определить какЬ Я120 =ро М( - + - ) =11=- (д (12 - Й) + (1 - Г - й)2 тпЬгде ЯЬ - площадь части поперечного сечения одновиткового пассивного соленоида,ограниченная частями 16 цельнометаллической шины, сведенными под углома = 2 ггсзи ( -- -) в направлении к центйральной части корпуса, и обечайкой 19 (см,фиг.1 и 51,Тога огношение индуктивностей1,и(4)1 о)при значениях величинг = 0,3-0,5 см; В = 2-5 см;12 В = 4 - 10 см;гп " 1 - 1,5 см,входящих в отношение (4), составит12 О1,5Вывод, начальная (полезная) индуктивность предлагаемого преобразователя увеличивается по сравнению с известнымпреобразователем при одинаковых габаритах преобразователей.Сравнение рассеянной энергии магнитного потока на конечной (паразитной) индуктивности известного и предлагаемогопреобразователей.При одинаковой начальной энергиипредлагаемого (В/2 о) и известного (В/1 о) преобразователей и при работе их на одинаковые конечные индуктивности (= 1.2 к = 1.к)при одинаковых их габаритах конечный ток(2,) предлагаемого преобразователя должен быть близким к конечному току (1 к) известного преобразователя.Следовательно, выходную энергию преобразователей можно записать в виде111,Ю 1 = Ю 1 п + Ю 1 р = - 1-1 к = - 1-1 + -2 2 " 21для известного каскадного преобразователяпРи 11 = 1.1 п + 1.110ЧЧ 2 = Ю 2 п + И 2 Р = -г-2 к = - 1 2 п + -р-26 к 6 к 6 к2для предлагаемого каскадного преобразователяпРи 1.2 к = 1.2 п + 1-2,где Ю 1 п, ВI2 п - конечная (полезная) электромагнитная энергия известного и предлагаемого преобразователей;Ю 1 р, В/2 р - энергия магнитного потока,рассеиваемая на конечной (паразитной) индуктивности известного и предлагаемогопреобразователей;11 п, 1.2 п - КОНЕЧНая (ПОЛЕЗНая) ИНдуКтИВность известного и предлагаемого преобразователей.Тогда для рассеянной и полезной энергии преобразователей получим, чтоЮ 1 Р 1-11 к 2 . 1-130 К 2 Р 12 (2 к21 п 1-1 п 11 к 2 1-1 пВ 12 п 1-2 п 2 к 1-2 па с учетом данных, полученных в пп,1 и 2теоретического обоснования, будем иметь35 ф 1 Р 1-1 3, ф 1 п1 пАР2 ф 2 п 1 2 п1 к 1-1 1 к 312 (1(5)1 к 1-2 1 к 1.2Вывод: рассеянная энергия на конечной40 (паразитной) индуктивности в предлагаемом преобразователе в 3 раза меньше, чемв преобразователе по известному техническому решению,Сравнение КПД известного и предло 45 женного преобразователей,Цель изобретения направлена на обеспечение увеличения КПД преобразователя.Действительно, КПД преобразователяможно представить в виде50 КПд Пп (1 Во Ю)й Ювв ВЬ Кпгде Вlп - конечная (полезная) электромагнитная энергия преобразователя;В/о - начальная энергия магнитного по 55 ля преобразователя;Юр - энергия магнитного потока, рассеиваемая на конечной (паразитной) индуктивности преобразователя;Ювв - энергия заряда ВВ;,5. О М - количество зарядов ВВ.Тогда для известного преобразователя а для предлагаемого преобразователя Д ЧЧгп ( ЧЧго ЧЧ 2 Р) Й ЧЧ 288 ЧЧгп ЧЧ 2 п При ЧЧ 1 о- ЧЧ го" ЧЧо.ЧЧ 1 вв - ЧЧгвв - ЧЧвв и с учетом данных (5), полученных в п.4 расчетного обоснования, получим, что отноше-. ние слагаемого из (6) к слагаемомуЧЧ 1 РЧЧ 1 п из (7) составит значение ЧЧгРЧЧгп предлагаемого преобразо- П известного и еоб азоВывод: КПДвателя больше К Д р Р вателя,Снижение веса проводящих контуров сжатия в предлагаемом преобразователе при одинаковых габаритах известного и предлагаемого преобразователей.Снижение веса проводящих контуров сжатия в предлагаемом преобразователе достигается заменой проводящего корпуса и активных оболочек в известном преобразователе изоляционным корпусом и проводящей цельнометаллической шиной.Вес контуров сжатия в преобразователе по известному техническому решению 2 можно записать в виде а вес контуров сжатия в предлагаемом преобразователе, как Рг = (Я 1 - И ЗЛ - д 1 Ш) ЬР + Ь ш ЬР.5Здесь 81 - часть площади поперечного сечения известного преобразователя, занятая проводящим корпусом и активными оболочками, т.е. металлом;10 р - плотность материала проводящегокорпуса известного преобразователя (плотность цельнометаллической шины) (напримерб для меди р=рс, =8,9 г/см:для алюминия р = рд 1 = 2,7 г/см);Ь - высота корпуса преобразователей(высота цельнометаллической шины);р - плотность жесткого изоляционногокорпуса предлагаемого преобразователя 20(например, для эбонита ри =р = 1,2 г/см);1 Ш - длина цельнометаллической шины, Иэ сравнения Р 1 и Рг следует, что,25 для алюминия и эбонита Вывод: замена проводящего алюминиевого корпуса в известном преобразователе цельнометаллической алюминиевой шиной и изоляционным эбонитовым корпусом, как предлагается в настоящем решении, приводит к снижению веса контуров сжатия в предлагаемом преобразователе более чем в 2 раза;замена проводящего медного корпуса в известном преобразователе цельнометаллической медной шиной и изоляционным эбонитовым корпусом, как предлагается в настоящем решении, приводит к снижению веса контуров сжатия в преобразователе более чем в 7 раэ.Из соображений обеспечения большего коэффициента сохранения магнитного потока чаще используют медные контуры сжатия.Таким образом, результаты расчетного обоснования свидетельствуют о достижении цели изобретения, т.е увеличения КПД путем повышения в 1,5 раза начальной (полезной) индуктивности при сохранении габаритов и снижения в 3 раза потери электромагнитной энергии на конечной (паразитной) индуктивности за счет уменьшения в 3 раза конечной (паразитной) индуктивности 5 на соединениях каскадов междусобой и свыходом на потребитель энергии при одновременном снижении в 2 - 7 раз деса контуров сжатияА,Письман да аз 571 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5 КНТ СС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101