Устройство для стендовой отработки зарядов твердых топлив

Устройство для стендовой отработки зарядов твердых топлив

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение позволяет производить стендовую отработку зарядов пороховых генераторов давления (типа ПГДА, ПГД.БК, ЗГРП и др.), предназначенных для термогазохимической обработки и газодинамического разрыва нефтегазовых и угольных пластов в условиях, приближенных к реальным, с регистрацией давления и температуры в устройстве, вибрации и температуры стенки устройства, скорости горения топлива при высоких давлениях.

Изобретение относится к области ракетной техники, а более конкретно к области испытаний и отработки зарядов твердого топлива и устройств, предназначенных для термогазохимической обработки и газодинамического разрыва нефтегазовых и угольных пластов.

Известна экспериментальная установка для стендовой отработки газогенераторов, используемых при разрыве нефтеносных пластов [1], состоящая из корпуса, выполненного в виде перфорированной трубы с наглухо закрытой нижней частью, в верхней части корпуса имеется пробка, в которой имеются гнезда для установки датчика, запальной пробки и отверстия для стравливания газа. На конце этой пробки имеется резьба для крепления испытываемого газогенератора. На боковой поверхности корпуса выполнены отверстия с глушителями, которые моделируют перфорированные отверстия в обсадной трубе скважины.

Недостатками известной установки является то, что в ней не предусмотрена возможность исследования горения генераторов, у которых воспламенение осуществляется не по центральному каналу, например по боковой поверхности заряда, а также ограниченность получаемых характеристик горения (установка обеспечивает замер только одного параметра - давления в камере сгорания).

Наиболее близкой по технической сущности и конструктивным особенностям (но не по достигаемому эффекту) представляется установка, имитирующая скважинные условия, описанная в работе [2]. Установка представляет удлиненный цилиндрический сосуд-скважину высокого давления (до 80 МПа), заполненный до определенного уровня водой и герметизированный съемной крышкой. Начальное давление в сосуде создается путем подачи через штуцер на крышке сжатого газа (до 12 МПа) из стандартного баллона в пространство между уровнем воды, составляющим 30-100 мм, и крышкой сосуда. Регулированием высоты газового пространства обеспечивается достижение заданной величины максимального давления в сосуде при испытании опытного образца устройства. На крышке сосуда имеется предохранительный клапан для сброса давления, превышающего допустимое, а также размещен электровод к электрической цепи устройства. В корпусе сосуда размещен датчик для измерения давления.

Недостатком известного устройства является ограниченность проведения работ на данной установке только с модельными зарядами, а также ограниченность получаемых характеристик горения (можно замерить только давление в камере сгорания).

Ставилась задача создания устройства для исследования подводного горения полноразмерных зарядов твердого топлива с обеспечением возможности регистрировать давление и температуру в камере сгорания, вибрации и температуру стенки камеры сгорания, скорость горения в условиях, приближенных к скважинным.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для испытания зарядов твердых топлив содержит герметичный цилиндрический корпус 1 с фланцами по краям, который нижним фланцем крепится к металлическому основанию 2, а на верхнем фланце крепится съемная крышка 3, на которой приварен штуцер 4 для подачи в камеру сгорания сжатого инертного газа из баллона 5 через клапан высокого давления 6 и обратный клапан 7. На крышке имеются не менее двух предохранительных клапанов 8 для сброса давления, размещен электровод 9 к электрической цепи устройства, а также имеется кронштейн 10 для подвески заряда твердого топлива 11. В корпусе устройства размещены датчики (не менее двух каждого типа) для замера давления 12 и температуры 13 внутри корпуса, температуры 14 и вибрации 15 стенок корпуса. Для сбора информации с датчиков применяется многоканальная система измерений, обработки параметров и управления стендом 16.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен общий вид устройства в разрезе; на фиг. 2 показана верхняя крышка в разрезе.

Работа на предлагаемом устройстве осуществляется следующим образом.

Перед испытанием на кронштейне 10 подвешивают заряд твердого топлива 11 с установленным в нем воспламенителем. После подсоединения проводов от воспламенителя к нижним контактам электровода 9 места соединения изолируют. Корпус 1 наполовину заполняют водой. После этого заряд опускают в корпус, доливают воду внутрь корпуса до уровня верхнего фланца, устанавливают крышку 3 на место и закрепляют ее при помощи болтов. Затем создается начальное давление в устройстве путем подачи через штуцер 4 сжатого инертного газа (например, азота) до 12 МПа из стандартного баллона в пространство между уровнем воды и крышкой 3, условия проведения испытания можно менять за счет регулирования уровня воды в корпусе.

Процесс испытания в этом случае протекает следующим образом.

В начале горения начинается рост давления в корпусе, когда оно превышает давление, настроенное на предохранительных клапанах, начинается сброс излишнего давления путем выброса через клапана 8 смеси инертного газа, паров и продуктов горения. Когда же испытание заканчивается, оставшееся давление в корпусе снижают до атмосферного путем принудительного открытия предохранительного клапана.

В процессе отработки датчики фиксируют изменение давления, температуры и вибрации, затем по этим данным определяют время горения и соответствующее среднее давление.

Таким образом, предлагаемое изобретение создаст возможность проведения испытаний полноразмерных зарядов твердого топлива с обеспечением возможности регистрировать давление и температуру в скважине, вибрации и температуру стенки скважины, скорость горения в условиях, приближенных к скважинным.

Источники информации

1. Барсуков В.Д., Минькова Н.П., Миньков С.Л. Экспериментальная установка для стендовой отработки газогенераторов, используемых при разрыве нефтеносных пластов / Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. Томск: 1990. - №12.

2. Патент РФ №2114984, МКИ 6 E21B 43/117, E21B 43/25, 1996. "Устройство для вскрытия и обработки призабойной зоны скважины". Опубл. 10.07.1998 - прототип.

Устройство для отработки зарядов и устройств, предназначенных для термогазохимической обработки и газодинамического разрыва нефтегазовых и угольных пластов, включающее вертикально установленный герметичный цилиндрический корпус со съемной верхней крышкой, на которой размещен электровод и штуцер для подачи в устройство сжатого инертного газа (до 12 МПа), отличающееся тем, что на крышке имеются не менее двух предохранительных клапанов для сброса давления, кронштейн для подвеса заряда твердого топлива, кроме того, в корпусе устройства размещены датчики (не менее двух каждого типа) для замера давления и температуры внутри устройства, а также температуры и вибрации стенок, причем для сбора информации с датчиков применяется многоканальная система измерений и обработки параметров.