Патент на изобретение №2254314

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЭРОЗОЛЯ И АЭРОЗОЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к средствам маскировки в военном деле, а именно к способу и устройству для образования дымовых завес с применением аэрозолей. Способ получения аэрозоля включает осуществление реакции окисления исходных компонентов аэрозолеобразующего состава, диспергирование окисленных компонентов и выброс их в атмосферу за счет энергии окисления. В качестве исходных компонентов аэрозолеобразующего состава используют порошок активированного алюминия и воду, которые помещают в отдельные объемы и подают через промежуточный модуль суспензирования в реактор для проведения реакции окисления алюминия водой при концентрации алюминия в суспензии 5-60% мас., а диспергирование продуктов окисления осуществляют путем регулирования глубины протекания реакции окисления, для чего окисление алюминия проводят не полностью, а до достижения в реакторе давления 295-300 атм, после чего производят выброс аэрозоля в атмосферу. Генератор для получения аэрозоля включает емкость для аэрозолеобразующего состава, которая представляет собой реактор, соединенный насосом высокого давления с модулем суспензирования, имеющим входные отверстия для подачи в него активированного алюминиевого порошка и подачи воды, и снабженный выходным патрубком для выброса аэрозоля в атмосферу. Использование изобретения обеспечивает постановку дымовой завесы в режиме непрерывного действия без неблагоприятного воздействия на человека. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретения относятся к средствам маскировки в военном деле для ведения наступательных или оборонительных действий, а именно к способам и устройствам для образования дымовых завес с применением аэрозолей, полученных методом диспергирования в атмосферу частиц твердого вещества. Согласно общепринятой классификации такие аэрозоли относятся к номенклатуре дымов.

Известны различные способы и устройства (дымовые машины и шашки, генераторы аэрозолей) для получения дымов: горение и термовозгонка с последующей конденсацией, распыление твердых частиц сжатым газом или взрывом (Шидловский А.А. Основы пиротехники. М.: ГИОП, 1954). К веществам, дающим дым в результате возгонки и последующей конденсации, относятся хлористый аммоний, ароматические углеводороды (нафталин, антрацен, фенантрацен и др.) и некоторые углеводороды жирного ряда. К пиротехническим дымовым составам, применяемым в дымовых шашках и гранатах, относят металлохлоридные смеси на основе порошкообразных окислов металлов (цинка, железа) и различных галогенированных углеводородов (четыреххлористого углерода, гексахлорэтана). Известно использование фосфора в качестве аэрозолеобразующего вещества (Соловьев Н.К. Дымовые и огнеметно-зажигательные средства. М.: ВИВМ СССР, 1951). Белый фосфор применяется для снаряжения авиационных бомб, кассетных боеприпасов авиации, артиллерийских снарядов и мин. При взрыве такого боеприпаса происходит дробление фосфора на куски, которые самовоспламеняются на воздухе, образуя облако белого дыма. Красный фосфор применяется для снаряжения зажигательно-дымовых патронов.

Известны также способы образования дымов в результате испарения и последующей конденсации паров в атмосфере. В таких способах в качестве исходных веществ используются различные нефтепродукты (дизельное топливо, мазут, соляровое масло) и пенообразующие смолы, постановка аэрозолей осуществляется с помощью генераторов или дымовых машин различных конструкций. Пенообразующие смолы впрыскивают в поток газов, температура которых выше температуры образования пенопластов, капельки смолы приобретают ячеистую структуру и затвердевают в мелкие частицы пенопласта, образуя дым (Шидловский А.А., Сидоров А.И., Силин Н.А. Пиротехника в народном хозяйстве. М.: Машиностроение, 1978).

Главным недостатком известных способов и устройств для постановки дымовых завес, как правило, является их недостаточная маскирующая способность.

Для увеличения маскирующей способности штатных дымовых составов предложен способ получения аэрозоля, включающий введение в основной пиротехнический аэрозолеобразующий состав (АОС) газогенерирующих смесей, при сгорании которых выделяется большое количество газов, что позволяет осуществлять дробление (диспергирование) твердых частиц горячих шлаков основного состава при выбросе их в атмосферу (патент RU 2102689, кл. F 41 H 9/00, C 06 D 3/00, опубл. 20.01.1998; патент RU 2102691, кл. F 41 H 9/00, C 06 D 3/00, опубл. 20.01.1998).

Недостатком данного известного способа является кратковременность режима постановки аэрозолей, связанная с ограниченностью объема основного пиротехнического состава, исходно находящегося непосредственно в камере горения, недостаточно высокое значение маскирующей способности и неблагоприятное воздействие продуктов горения на людей, находящихся в зоне применения аэрозоля.

Для придания аэрозолям маскирующей способности в радиолокационном диапазоне электромагнитного излучения предложен способ, предусматривающий введение в дымовые завесы электропроводящих частиц, обладающих размерами, соизмеримыми с длиной волны КВЧ диапазона, например частицы терморасширенного модифицированного графита. Модифицированный графит располагают таким образом, что при воспламенении пиротехнического АОС он находится в газовом потоке продуктов горения состава и вместе с ними выбрасывается в атмосферу (патент RU 2113427, кл. C 06 D 3/00, F 41 H 9/00, опубл. 20.06.1998; заявка RU 2001101404, кл. F 41 H 9/00, F 41 H 3/02, опубл. 10.12.2002).

Недостатком этого известного способа также является кратковременность режима постановки аэрозолей, связанная с ограниченностью объема пиротехнического состава, исходно находящегося непосредственно в камере горения, недостаточно высокое значение маскирующей способности и неблагоприятное воздействие продуктов горения на людей, находящихся в зоне применения аэрозоля.

Наиболее близким к предлагаемому способу получения аэрозоля является способ, включающий введение в основной штатный пиротехнический состав белого дыма (состоящий из антрацена, хлористого аммония и хлората калия) газогенерирующей смеси, тщательное перемешивание, окисление (сжигание) исходных компонентов полученного более сложного состава и диспергирование горячих продуктов окисления перед выбросом их в атмосферу путем воздействия на них большим количеством газов, выделившихся при сгорании газогенерирующей смеси (патент RU 2102691, кл. F 41 H 9/00, C 06 D 3/00, опубл. 20.01.1998 – прототип).

Известный способ-прототип позволяет повысить маскирующую способность штатного дымового состава в видимой области. К недостаткам данного способа следует отнести кратковременность режима постановки аэрозолей, связанную с ограниченностью объема основного пиротехнического состава, исходно находящегося непосредственно в камере горения, недостаточно высокое значение маскирующей способности и невозможность регулирования степени диспергирования продуктов окисления. Недостатком является также неблагоприятное воздействие продуктов горения на людей, находящихся в зоне применения аэрозоля. Следует отметить, что кратковременность постановки аэрозолей для данного и ему подобных способов является принципиальным недостатком.

Наиболее близким к предлагаемому аэрозольному генератору является генератор, основанный на конструкции штатного тяжелого пехотного огнемета ТПО-50М, применямого для постановки аэрозольных завес в целях маскировки войск (патент RU 2119143, кл. F 41 H 9/06, опубл. 20.09.1998 – прототип). Генератор-прототип содержит сменный ствол, соединенный со стволом огнемета, снабженным соплом для выброса аэрозоля, и пороховую камеру с пороховым зарядом. Сменный ствол представляет собой емкость, разделенную на газовую область и область для жидкости, и входит в комплект ТПО-50М. При использовании ТПО-50М в качестве аэрозольного генератора сменный ствол снаряжают штатным АОС, например, раствором серного ангидрида в хлорсульфоновой кислоте (смесь С-4). Принцип действия генератора основан на выбрасывании АОС с помощью порохового заряда. Пороховые газы, образующиеся при сгорании заряда в пороховой камере, создают рабочее давление в газовой области сменного ствола 60 кг/см² и выбрасывают весь АОС через ствол огнемета за 0,25-0,32 с, создавая за 0,3-0,5 с сплошное облако. Следует отметить, что при этом весь АОС исходно находится в генераторе и полностью используется в ходе одноразовой постановки аэрозоля.

К недостаткам известного генератора (прототипа) прежде всего относится кратковременность его действия (0.3-0.5 с) и, соответственно, кратковременность постановки аэрозоля, а также неблагоприятное воздействие распыленных продуктов на людей, находящихся в зоне применения аэрозоля, и слабая маскирующая способность аэрозоля.

Задачей изобретения является создание такого способа получения аэрозоля, который позволит осуществлять постановку дымовой завесы в режиме непрерывного пролонгированного действия, обеспечит аэрозолю повышенную маскирующую способность в видимой и инфракрасной (3-14 мкм) областях спектра, позволит вводить в состав получаемого аэрозоля как диэлектрические, так и электропроводящие частицы, будет обладать возможностью регулирования степени диспергирования продуктов окисления и позволит избежать неблагоприятного воздействия на человека в течение всего временного интервала его использования.

Задачей изобретения является также разработка аэрозольного генератора, способного работать в режиме непрерывного пролонгированного действия, обеспечивающего аэрозолю повышенную маскирующую способность в видимой и инфракрасной (3-14 мкм) областях спектра и создающего аэрозоль, не обладающий неблагоприятным воздействием на человека в течение всего временного интервала его применения.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом получения аэрозоля, включающим осуществление реакции окисления исходных компонентов аэрозолеобразующего состава, диспергирование продуктов реакции и выброс аэрозоля в атмосферу за счет энергии реакции окисления, в котором, согласно изобретению, в качестве исходных компонентов аэрозолеобразующего состава используют порошок активированного алюминия и воду, которые подают одновременно и отдельно друг от друга в модуль суспензирования и перемешивают в нем до образования суспензии с концентрацией активированного алюминия в ней 5-60% мас., готовую суспензию активированного алюминия в воде подают насосом высокого давления в реактор, в котором окисление активированного алюминия проводят не полностью для обеспечения регулирования степени диспергирования продуктов реакции, и выброс аэрозоля в атмосферу осуществляют при достижении в реакторе давления 295-300 атм.

В качестве активированного алюминия можно использовать порошок алюминия, частицы которого покрывают пленкой из водорастворимого полимера.

В качестве водорастворимого полимера можно использовать полигликоли, краунэфиры и поданды.

Суспензию активированного алюминия в воде можно подавать в реактор непрерывно в циклическом режиме.

Циклический режим подачи суспензии активированного алюминия в воде можно осуществлять путем прекращения подачи суспензии при повышении давления в реакторе до 15-40 атм и возобновления подачи суспензии после выброса аэрозоля в атмосферу для повторения рабочего цикла.

Решение поставленной задачи достигается также предлагаемым генератором для получения аэрозоля, содержащим емкость для аэрозолеобразующего состава и выходной патрубок для выброса аэрозоля, который, согласно изобретению, снабжен модулем суспензирования, насосом высокого давления, а емкость для аэрозолеобразующего состава выполнена в виде реактора с входными отверстиями для подачи в него активированного алюминия и воды и с выходным патрубком для выброса аэрозоля, при этом реактор соединен с модулем суспензирования при помощи насоса высокого давления.

В качестве активированного алюминия в предлагаемом генераторе может использоваться порошок алюминия, частицы которого покрыты пленкой из водорастворимого полимера.

В качестве водорастворимого полимера могут использоваться полигликоли, краунэфиры и поданды.

Главными отличиями предлагаемого способа получения аэрозолей от известного (прототипа) являются:

1) возможность осуществлять постановку дымовой завесы в режиме непрерывного пролонгированного действия благодаря размещению исходных компонентов аэрозоля (окисляемого компонента и окислителя) отдельно друг от друга и от реакционной камеры и организации их подачи в реактор (после перемешивания) на протяжении любого необходимого времени постановки аэрозоля.

2) принципиально иной путь решения проблемы диспергирования продуктов окисления исходных компонентов АОС. В способе-прототипе диспергирование осуществляют путем воздействия на продукты окисления основного пиротехнического АОС большим количеством газов, выделившихся при сгорании газогенерирующей смеси, что приводит к дроблению продуктов окисления (горячих шлаков). Известный способ не позволяет регулировать степень диспергирования продуктов окисления. В предлагаемом способе получаемый аэрозоль представляет собой продукт реакции неполного окисления алюминия, состоящий из смеси высокодисперсных частиц окиси алюминия и частиц металлического алюминия, покрытых тонкой оксидной пленкой.

Реакция полного окисления алюминия описывается следующим уравнением (сопровождается выделением значительного количества энергии):

2Аl+3Н₂O=Аl₂О₃+3Н₂+921,8 кДж.

При уменьшении количества поступающего окислителя (воды) образуется смесь, содержащая, наряду с продуктами окисления, непрореагировавший металлический алюминий: AlO(OH)+Al₂O₃+Al+H₂+H₂O. Концентрация металлического алюминия в получаемом аэрозоле зависит от полноты «сгорания» исходного алюминиевого порошка, причем чем больше глубина протекания реакции, тем меньше эта концентрация. Вместе с тем, размер частиц аэрозоля уменьшается с ростом глубины реакции. Варьируя условия реакции, осуществляют регулирование глубины ее протекания и тем самым степени диспергирования продуктов реакции, что позволяет получать аэрозоль с оптимальными физическими и пространственно-временными параметрами.

Главными отличиями предлагаемого аэрозольного генератора от известного (прототипа) являются:

1) размещение исходных компонентов аэрозоля (активированный алюминий и вода) и смесительного модуля для получения суспензии активированного алюминиевого порошка в воде отдельно друг от друга и от реакционной камеры. В результате обеспечивается непрерывность действия генератора в отличие от одноразового выброса аэрозоля в генераторе-прототипе. Продолжительность постановки аэрозоля предлагаемым генератором легко регулируется величиной объема емкостей для активированного алюминия и воды. Специальная емкость для воды необязательна, так как ее можно брать из любых природных или других источников (море, река и т.д.).

2) совершенно иные средства, обеспечивающие выброс аэрозоля в атмосферу под давлением. В генераторе-прототипе давление создается пороховыми газами, для чего необходимы наличие в генераторе пороховой камеры и снаряжение ее пороховым зарядом. В предлагаемом генераторе давление в реакторе создается за счет протекания химической реакции между исходными компонентами аэрозоля, и при достижении в реакторе давления 295-300 атм аэрозоль выбрасывается в атмосферу.

Предлагаемый аэрозольный генератор состоит (см. фиг.1) из емкости для активированного порошка алюминия 1, модуля суспензирования 2, насоса высокого давления 3 и реактора 4.

На фиг.2 показан один из возможных вариантов конструкции реактора (рабочей камеры) с входным отверстием 1 для подачи суспензии активированного алюминия в воде и выходным патрубком 2 для выброса алюмоаэрозоля в атмосферу.

Предлагаемый способ осуществляют при работе заявленного генератора следующим образом. Порошок активированного алюминия подается из предназначенной для его хранения и транспортировки емкости 1 одновременно с водой (из любого источника) в модуль суспензирования 2, где происходит перемешивание исходных компонентов АОС при температуре 10-30°С до образования суспензии с концентрацией алюминия 5-60% мас. Активированный алюминий представляет собой алюминиевый порошок, частицы которого покрыты водорастворимым полимером, например полигликолем, краунэфиром, подандом. Его получают измельчением (например, в шаровой мельнице) любого промышленного порошка алюминия в среде водорастворимого полимера, что обеспечивает покрытие поверхности частиц алюминия не оксидной, а водорастворимой защитной пленкой. Время смешивания активированного алюминиевого порошка с водой должно быть меньше времени растворения защитной полимерной пленки. Готовая суспензия из модуля 2 подается насосом высокого давления 3 во входное отверстие рабочей камеры (реактора) 4, в которой начинается экзотермическая реакция взаимодействия алюминия с водой. Подача суспензии прекращается при повышении давления в рабочей камере до 15-40 атм. В течение 140-160 секунд с момента начала подачи суспензии осуществляется реакция неполного окисления алюминия с образованием алюмоаэрозоля. При этом за счет образующегося водорода и повышения температуры в реакторе до 290-300°С давление в нем повышается до 300 атм. При достижении давления 295-300 атм происходит выброс аэрозоля из реактора через выходной патрубок в атмосферу в течение 25-30 с до остаточного давления 5-10 атм, температура в рабочей камере при этом снижается до 200-250°С. После сброса аэрозоля цикл повторяется, начиная с момента подачи суспензии в рабочую камеру.

Работу аэрозольного генератора можно остановить путем прекращения подачи исходных компонентов АОС – активированного алюминия и воды – в смесительный модуль 2.

В качестве примера приводим в таблице физические параметры процесса образования алюмоаэрозоля при осуществлении предлагаемого способа.

Таким образом, предложенные способ и генератор позволяют осуществлять постановку дымовой завесы в режиме непрерывного пролонгированного действия, при этом продолжительность постановки аэрозоля легко регулируется (величиной объема емкостей для активированного алюминия и воды).

Большим преимуществом предложенных способа и генератора является то, что создаваемый ими аэрозоль, а также и исходные компоненты, не обладают неблагоприятным воздействием на человека в течение всего временного интервала их использования.

Кроме того, изобретения обеспечивают аэрозолю повышенную маскирующую способность в видимой и инфракрасной (3-14 мкм) областях спектра, так как позволяют вводить в состав получаемого аэрозоля как диэлектрические, так и электропроводящие частицы. Весьма существенно также, что в предложенном способе путем регулирования глубины протекания реакции окисления достигнута возможность регулирования степени диспергирования продуктов окисления.

Формула изобретения

1. Способ получения аэрозоля, включающий осуществление реакции окисления исходных компонентов аэрозолеобразующего состава, диспергирование продуктов реакции и выброс аэрозоля в атмосферу за счет энергии реакции окисления, отличающийся тем, что в качестве исходных компонентов аэрозолеобразующего состава используют порошок активированного алюминия и воду, которые подают одновременно и отдельно друг от друга в модуль суспензирования и перемешивают в нем до образования суспензии с концентрацией активированного алюминия в ней 5-60 мас. %, готовую суспензию активированного алюминия в воде подают насосом высокого давления в реактор, в котором окисление активированного алюминия проводят не полностью для обеспечения регулирования степени диспергирования продуктов реакции, и выброс аэрозоля в атмосферу осуществляют при достижении в реакторе давления 295-300 атм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве активированного алюминия используют порошок алюминия, частицы которого покрывают пленкой из водорастворимого полимера.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве водорастворимого полимера используют полигликоли, краунэфиры и поданды.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию активированного алюминия в воде подают в реактор непрерывно в циклическом режиме.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что циклический режим подачи суспензии активированного алюминия в воде осуществляют путем прекращения подачи суспензии при повышении давления в реакторе до 15-40 атм и возобновления подачи суспензии после выброса аэрозоля в атмосферу для повторения рабочего цикла.

6. Генератор для получения аэрозоля, содержащий емкость для аэрозолеобразующего состава и выходной патрубок для выброса аэрозоля, отличающийся тем, что он снабжен модулем суспензирования, насосом высокого давления, а емкость для аэрозолеобразующего состава выполнена в виде реактора с входными отверстиями для подачи в него активированного алюминия и воды и выходным патрубком для выброса аэрозоля, при этом реактор соединен с модулем суспензирования при помощи насоса высокого давления.

7. Генератор для получения аэрозоля по п.6, отличающийся тем, что в качестве активированного алюминия в нем использован порошок алюминия, частицы которого покрыты пленкой из водорастворимого полимера.

8. Генератор для получения аэрозоля по п.7, отличающийся тем, что в качестве водорастворимого полимера использованы полигликоли, краунэфиры и поданды.

РИСУНКИ