Сигнальное средство - Температура пламени

Сигнальное средство

Пиротехническое средство для подачи сигнала. В зависимости от условий применения различают дневные, ночные и универсальные (комбинированные). К дневным относятся изделия, создающие цветные дымы, видимые и различимые с заданного расстояния. При горении ночных образуются цветные пламена (огни). К универсальным С.с. относятся изделия, создающие несколько различных по эффекту сигналов, воспринимаемых наблюдателями одновременно или последовательно (например, световой и звуковой, дымовой и огневой и т.д.). Такие средства могут применяться в любое время суток. Огневая пиротехническая сигнализация эффективнее других С.с. благодаря простоте использования и различимости на значительных расстояниях. В зависимости от подаваемого сигнала огневые С.с. подразделяются на одно и многозвездные, одно и многоцветные, непрерывного и прерывистого (пульсирующего) свечения. По способу снижения сигнала они классифицируются на парашютные и беспарашютные. Огневые С.с. должны обеспечивать видимость и различимость сигнала с определенного расстояния в течение заданного времени. Наибольшее распространение получила трехцветная система сигнализации с применением красного, зеленого и желтого огней. В ряде случаев в систему вводят синий и белый цвета. Однако отличие последних от желтого на больших расстояниях недостаточно. Огневые С.с. подразделяются на средства ближнего действия, авиационные и морские. К средствам ближнего действия относятся 26-мм патроны, выстреливаемые из ракетницы, реактивные сигнальные патроны, сигнальные мины. В авиации используются 39-мм сигнальные патроны, наземные сигнальные факелы, ориентирно¬сигнальные авиабомбы и др. К морским средствам относятся сигнальные патроны, морские факелы и ракеты.

Сигнальный патрон

Пиротехническое средство с элементами сигнального огня. Производители выпускают С.п., который имеет калибр 26 мм. Применяется он в темное время суток и является огневым сигнальным средством ближнего действия.

С.п. бывает 1-2-3-звездным и выстреливает из ракетницы. Однозвездные сигнальные патроны снаряжаются пироэлементами из огней желтого, зеленого и красного цвета. В 2-звездных сигнальных патронах одна цилиндрическая шашка заменена на два элемента в виде полуцилиндров или колец.

1 - вышибной заряд дымного пороха; 2 - марлевый кружок; 3 - войлочная прокладка; 4- пыж; 5 - опознавательные знаки; 6 - металлический кружок; 7 - бумажная гильза; 8 - пироэлемент; 9 - картонный пыж; 10 - наковаленка; 11 - металлическая головка; 12 - капсюль-воспламенитель

В отличие от 2-звездных сигнальных патронов 3-звездные состоят только из колец. Для их визуального различия производители на металлических крышках изделий размещают опознавательные знаки и сами крышки окрашивают в те цвета, которым соответствует цвет огня. Существует также сигнальные патроны с калибром 15 мм, ими можно выстреливать с руки.

Смесители пиротехнических составов

Пиротехнические смеси различаются по своим свойствам, поэтому для их изготовления используются разные аппараты-смесители. Выбор устройства для смешения состава обусловлен его чувствительностью к механическим и тепловым воздействиям, а также реологическими свойствами.

Для смешения сыпучих и литьевых пиротехнических смесей на производстве применяются аппараты барабанного типа, а для лаковых – планетарного.

Составы для защиты культур от заморозков

Использование пиротехнических составов очень популярно в сельском хозяйстве. Это эффективный метод борьбы с воздействием заморозков на теплолюбивые ценные культуры. Резкое многочасовое понижение температур наносит огромный урон фермерским хозяйствам, снижает урожайность посевов. Незаменимым средством для спасения растений может стать искусственно повышенная температура за счет создания дымовой завесы, образование которой обеспечивается сгоранием пиротехнических смесей.

Тепло, выделяющееся при горении смеси, и последующая конденсация продуктов горения повышают наземную температуру на несколько градусов. Для этих целей изготавливаются два разных типа составов.

Для первого характерно образование дыма с помощью готовой смеси, в состав которой входят 3 компонента: окислитель, горючее и дымообразователь. В качестве окислителя используется хлорат калия. Роль горючего берет на себя нафталин и антроцен, а дымообразователя – хлористый аммоний.

При использовании смесей второго типа требуется процесс горения – содержимое нужно поджечь. Главной составляющей в данном случае являются хлориды металлов – они служат дымообразователями. Окислительная реакция обеспечивается гексахлорэтаном или гексахлорбензолом. Горючим является цинк, иногда с добавлением оксида цинка и других веществ. Продукты горения состава – сажа и оксид углерода, а также хлорид цинка.

Примерный состав дымообразующих смесей первого типа в процентном отношении:

• хлорат калия – 20/30;
• хлористый аммоний – 50;
• нафталин или антрацен –20;
• древесный уголь – до 10.

В горючую смесь добавляется около 10-15% пламегасителя во избежание полного сгорания, и содержимое помещают в оболочку с отверстиями.

Высокоэффективным и экономичным средством в борьбе с заморозками, по сравнению с термовозгоночными веществами, признаны смеси, выпускаемые в виде шашки или пакета весом 5 и 2,5 кг соответственно, с маркировкой «Урожай». В них содержатся:

• гексахлорэтан – 74%;
• порошок алюминия – 4%;
• феррофосфор – 22%.

Время дымообразования для шашки составляет 20-30 минут, для пакета – 6-10 минут. Расход смесей «Урожай» для защиты 1 гектара насаждений составляет 20-25 кг и 40-60 кг для разного вида упаковки.

Наряду с «Урожаем» такой же высокой эффективностью и экономичностью обладают аэрозольные составы, способные уберечь ценные культуры от заморозков. Они содержат 10% фосфора, 60% хлористого аммония и 30% нитрата калия.

Выбирая средство для защиты растений от резкого понижения температур, следует обратить внимание, что фосфоросодержащие и металлохлоридные составы могут применяться не всегда! Они вызывают ожог на листьях некоторых культур, поскольку имеют фитоцидные свойства.

Новинкой в сфере использования пиротехнических средств в сельском хозяйстве стали аэрозолеобразующие смеси. Их производят на основе утилизируемых порохов с добавлением опилок и древесной муки. Содержание пороха в смеси – около 50%.

Обогрев теплиц требует особый подход. Для закрытых пространств производители разработали составы с добавлением глицерина и перхлората калия, чтобы не было неприятного запаха, дыма и искрения. Для защиты тепличных насаждений используют смеси из нитрата калия – до 10%, натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы или лигносульфата – до 10% плюс остальное – древесный уголь.

Составы для заполнения мешков безопасности

Должны иметь небольшое время задержки воспламенения, низкую температуру сгорания и образовывать инертные газы. Поэтому подобные составы разрабатываются обычно на основе азидов Na, К или Ва и образуют при сгорании инертный азот.

Составы цветных огней

Изделия пиротехнического производства давно и прочно вошли в жизнь рядовых граждан и некоторые сферы народного хозяйства. В военном деле, например, требуются составы для сигнальных, трассирующих и указывающих цель огней. В быту – это фейерверки, имеющие развлекательное назначение. Огни различаются по длительности свечения: бывают непрерывными и прерывающимися периодически – мерцающие.

Смеси для фейерверков должны быть такими, чтобы огни получались максимально яркими и обеспечивали зрелищность. Сигнальные огни требуются для четкого различения и видимости подаваемого сигнала как можно с дальнего расстояния. Трассирующие огни обеспечивают просматриваемость ландшафта. Разное предназначение составов требует разных составляющих.

Добиться получения цветного пламени можно только при наличии подавляющего излучения определенных атомов или молекул. Огонь желтого цвета – результат атомарного излучения, остальные цвета достигаются излучением молекул. Например, яркое пламя красного цвета вызывает излучение SrCl, зеленого – BaCl и ВаОН, а голубое свечение дает CuCl.

Использование в качестве окислителя определенных солей, распадающихся на продукты реакции во время горения, дает нужное излучение и цвет. Разнообразие расцветки достигается путем сложения излучений нескольких разных молекул. Если в составе присутствуют нитраты и карбонаты, то обязательной составляющей смеси для образования монохлоридов будут и хлорсодержащие вещества: перхлорат аммония, гексохлорэтан, гексахлорбензол и другие. Горючим в подобных составах выступают уротропин, феноло-формальдегидные смолы, а также магний и его сплавы с алюминием.

Прорывом в пиротехнических изделиях, требующих насыщенность и яркость цветов пламени, стали составы из утилизируемых порохов и нитратов целлюлозы повышенной воспламеняемости.

Спичечные (терочные) составы

Одним из самых массовых товаров, для которого при изготовлении используются тонны пиротехнических составов, являются спички. Их производство давно автоматизировано. При создании спичек используется большое количество рецептур. Самые первые составы включали в себя бертолетову соль, выполняющую роль окислителя, а в качестве горючего выступал фосфор. Так например, один из таких рецептурных составов, состоял из:

• бертолетовой соли 15;
• фосфора белого 5;
• ультрамарина 1;
• сенегальской камели 15;
• толченого стекла 10.

Невзирая на то, что такие спичечные составы были достаточно опасны и токсичны, вплоть до 80-х годов 20 века они наравне конкурировали со «шведскими» спичками. Последние отличались безопасностью – они воспламенялись только при помощи трения о намазку с красным фосфором, нанесенную на спичечный коробок.

Хлорат калия (другое название бертолетовой соли) до сих пор выступает окислителем спичечной головки, но роль горючего теперь выполняют сера и костный клей. Клей, использующийся в виде водного раствора, в составе выполняет функцию обеспечения безопасности изготовления и переработки спичечного состава. После того как влага удаляется, он способствует защите от увлажнения.

Состав состоит не только из трех компонентов, в него также добавляются:

• красители;
• вещества, способствующие увеличению чувствительности к трению (молотое стекло);
• наполнители;
• вещества, способные стать катализатором для разложения хлората калия.

Разные спичечные фабрики используют различные составы для изготовления спичек.

Бытовые спички – лишь одна из производящихся разновидностей, кроме них изготавливаются и специальные:

• штормовые, способные возгораться при любых погодных условиях, включая ветер и дождь;
• термитные, которые при сжигании достигают высокой температуры, и выдающие повышенное количество тепла при сгорании головки;
• сигнальные, которые образуют цветное пламя спичечного огня;
• фотографические, которые при поджигании выдают яркую вспышку.

Наиболее похожими на спичечные, являются терочные составы, которые часто используются при изготовлении китайский фейерверков. В них входят:

• двуокись марганца 43,2;
• хлорат калия 269,5;
• двухромовокислый калий 5,0;
• сажа 5,0;
• эфир гарпиуса 19,0;
• стеклянный порошок 41,0;
• дистиллированная вода 100;
• клей из коровьей кожи 65,0.

В свою очередь, отечественный терочный состав включает в процентном соотношении:

Хлорат калия – 60;

Связующее – 10;

Антимоний – 30.

В свою очередь масса на терке в процентном соотношении состоит из:

• красного фосфора – 56;
• стеклянного порошка – 24;
• идитола – 20.

Сплавы металлов

В пиротехнической промышленности в качестве горючих применяются различные сплавы металлов: Al-Mg, Ti-Si, Si-Ca, Zr-Ti, Fe-Mn и др.

Сплав алюминия с магнием марок ПАМ и АМД находит широкое применение в различных типах пиротехнических составов и топлив, другие сплавы используются в основном в малогазовых, зажигательных и воспламенительных составах.

Средство воздействия на атмосферные явления

Пиротехническое средство для воздействия на атмосферные явления с целью предотвращения градобития, вызывания осадков, рассеивания туманов и облаков.

Сплав алюминия с магнием (АМ)

Алюминий и магний допускают возможность сплава в произвольных пропорциях. Для использования в создании пиротехнических компонентов применяют сплав, который содержит в себе примерно равное количество Mg и Al и с имеющейся теплотой образования порядка 205 кДж/моль. Сплав АМ отличается достаточно легкой формой взаимосвязи с кислородом, азотом, водяными парами, двуокисью азота и прочими окислителями, пребывающими в газообразном агрегатном состоянии.

При сплаве, находящемся в порошкообразном состоянии, воспламенение может происходит в водяном паре, а также в углекислом газе или кислороде. Горение частиц АМ, находящихся в смесях кислорода с аргоном или в воздухе, проходят две стадии горения. Первой становится горение магния, а второй – сгорание алюминия. Долгое время процесс свечения, выделяемого при горении, остается неизменным, но уменьшается, когда заканчивается выгорание магния. Тогда происходит уменьшение зоны свечения с последующим увеличением яркости при подходе к поверхности частицы.

При сгорании частиц АМ на воздухе продолжительность процесса горения будет зависеть от диаметра самих частиц в степени 1,6. При нахождении в углекислом газе задействуется только первая степень горения, после чего происходит затухание. Когда частицы АМ воспламеняются в топливе или пиротехнических сплавах, место воспламенения определяется содержанием горючего и размером самих частиц сплава АМ. Легкость воспламенения определяется объемом частиц и определенном количеством горючего в топливе. Чем мельче частицы и больше горючего, тем быстрее происходит воспламенение. В таком случае воспламенение может случиться на самой поверхности горения.

При введении в топлива, в основе которых находится перхлорат аммония, добавок МпСЪ, V2O5, BaOr, происходит сокращение временного отрезка, предваряющего возгорание в пламени частиц АМ. Выпускаемые в промышленных масштабах порошки АМ сплава имеют обозначение ПАМ, а после через дефис указываются цифры от 1 до 4, которые отображают степень дисперсности порошка.

Средства инициирования

Средствами инициирования являются те устройства, действия которых происходят от простых исходных импульсов. К таковым относятся электрический ток, удар, тепло, трение, луч огня и другие, предназначением которых является активация процесса горения или детонация различных пиротехнических составов или взрывчатых веществ. Такие средства делятся на 2 категории:

• для воспламенения;
• для активации процесса детонации.

Стопин

Чтобы произвести передачу огня в пиротехнике используется огнепроводной шнур быстрого сгорания, называющийся стопин. Чаще всего используется сноп хлопчатобумажных ниток, которые пропитаны калиевой селитрой, и с нанесенной снаружи поверх клея пороховой мякотью. Такой шнур носит название черный стопин.

Белый стопин используется значительно реже. Его отличия заключаются в добавленных в калиевую селитру клеящих веществ, например, идитола или гуммиарабика, которыми потом будут пропитаны нити. При поджигании на открытом воздухе 1 метра черного стопина горение составит от 15 до 20 секунд, а белого – от 45 до 50. Но при поджигании стопина в замкнутом пространстве, например, в гильзе, процесс горения будет значительно ускорен.

Сушка пиротехнических составов

Для того чтобы удалить из составов, которые создавались с использованием легколетучего растворителя на основе каучука или смолы, остаточный растворитель, требуется использование шкафов, камер, или трубчатых сушилок.

Сушка должна осуществляться при температуре от 40 до 90 °С. Длительность сушки регламентируется по времени, которое проходит до момента, когда в высушенном пиротехническом составе остаточное содержание растворителя не превышает показателя в 0,1-0,2%. Ускорить процесс сушки можно двумя способами:

• проведение процесса при пониженном внешнем давлении;
• использование продувки теплым (30-60 °С) воздухом через слой пиротехнического состава.

Температура пламени

Величина, обеспечивающая получение определенного эффекта при горении пиротехнических составов. Абсолютная температура является мерой кинетической энергии идеального газа. Ввиду того, что продукты сгорания состоят из газов и конденсированных веществ, термин Т.п. приобретает некоторую условность. Т.п. пиротехнических составов зависит от энтальпии образования исходных компонентов и продуктов сгорания, их теплоемкости, условий горения и расширения газа. Температура газа в пламени всегда ниже температуры конденсированных продуктов, поэтому Т.п. имеет четко выраженную неоднородность в объеме. Наиболее высокая температура, близкая к термодинамической равновесной, находится в ядре пламени. По мере удаления от ядра Т.п. снижается. Основной вклад в свечение пламени вносит зона с наибольшей Т.п., так как согласно законам излучения, чем больше температура, тем выше яркость и сила света. В частности, повышение температуры от 1000 до 3000 К приводит к увеличению яркости в 1,5-104 раза. Теоретическим ограничением верхнего предела Т.п. для светящихся пламен является температура кипения излучателя, выше которой последний превращается в газ. Однако для реальных пламен верхним пределом Т.п. является температура плавления излучателя. Расплавленные частицы легко образуют крупные конгломераты, что приводит к шлаковому искрению, в результате чего удельная поверхность излучателя снижается, сила света уменьшается. Такое явление наблюдается при горении пиротехнических составов на основе нитратов металлов с порошком алюминия, температура плавления оксида которого ниже температуры горения состава (2323 К). При горении пиротехнических составов на основе порошков магния шлаковое искрение не наблюдается, так как температура плавления оксида магния выше Т.п. (3082 К). Т.п. составов цветных огней на основе молекулярных излучателей должна находиться в пределах температуры начала и конца диссоциации хлоридов бария и стронция.