Сухе пальне

Реферат: Сухе пальне містить гексаметилентетрамін або гексаметилентетрамін з іншими інгредієнтами, і виконано у вигляді дрібного виробу, не обмеженого певною формою. При цьому сухе пальне виконано з пористістю m, що знаходиться у межах 0≤m≤0,40. UA 92132 U (54) СУХЕ ПАЛЬНЕ UA 92132 U UA 92132 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до сухого пального у формі невеликих таблеток або інших невеликих одиниць придатної форми, що використовуються для розпалювання вугілля, вогнищ, полум'я в камінах, приготування їжі в похідних умовах, роботи в лабораторіях. Відоме сухе пальне (патенти США № 1839987, № 2432347, патент РФ № 2263136, патент України № 25198), до складу якого входить гексаметилентетрамін або гексаметилентетрамін з іншими інгредієнтами, як такі може служити парафін, стеарат кальцію, моностеарат гліцерину та ін. Недоліком цих виробів є крихкість, що робить використання незручним та знижує їх споживчі властивості. Відоме сухе пальне (патент США № 2854321), що містить гексаметилентетрамін з інгредієнтами, що механічно зміцнюють таблетку та роблять ядро таблетки менш крихкими. Цими інгредієнтами може бути мікрокристалічний віск, стеаринова кислота, кальцію стеарат, рідкий полімер полісульфіду, а як зв'язуюче - рідкий полімер полісульфіду. Однак, основу сухого пального все-таки складає гексаметилентетрамін, який має основний недолік - він є крихкою речовиною в такій мірі, що виготовлені з нього таблетки або інші дрібні одиниці, будучи упаковані спільно, при транспортуванні ламаються, так що користувач отримує їх у незадовільному стані. Задачею корисної моделі є поліпшення споживчих властивостей шляхом забезпечення міцності. Відомо, що гексаметилентетрамін є крихкою пористою речовиною. Додавання до його складу різних зв'язуючих речовин не може в повній мірі вирішити проблему міцності дрібних виробів сухого пального, оскільки з одного боку додавання зв'язуючих речовин сприяє підвищенню міцності виробів, з другого боку надмірна кількість їх зменшує енергетичні показники сухого пального. Міцність твердих тіл залежить від показника їх пористості. Вже одинарна пора здатна привести до різкого зниження міцності виробу. Це відбувається тому, що концентрація напруги на кордоні пори суттєво зростає. Насичення ж об'єму тіла ансамблем пор, що характеризується поняттям пористості (часткою об'єму тіла, зайнятого порами) суттєво підвищує вплив пор на міцність виробу, та знижує здатність його протистояти механічним навантаженням. Дрібку одиниці сухого пального (фіг. 1 - структурна схема таблетки сухого пального) можливо представити як модель макрогетерогенної системи. Пресована таблетка сухого пального має неоднорідну структуру, в ній міститься велика кількість неоднорідних пор та каналів різної конфігурації. Дослідженнями гранулометричного складу - гексаметилентетраміну технічного марки "С", ГОСТ 1381-73, виконаними на оптико-електронній системі "Міліпор" та розсівом на ситах встановлено розподіл часток по розмірам (таблиця 1): Таблиця 1 Гранулометричний склад гексаметилентетраміну, з якого виготовлені таблетки сухого пального Розмір dі Більше 850 часток, мкм Кількість, хі, % 0,8 вагових 850-630 630-450 450-300 300-115 115-80 Менше 80 51,08 31,52 8,66 1,84 4,73 0,8 Визначаємо еквівалентний діаметр часток: 40 i k  Xi  di dекв  i 1 i k  502,3 мкм  0,502  10  6 м (1)  Xi i 1 45 Розглянута модель має багатократне повторення геометричних особливостей, тому представляється можливим розглядати її як деяку неперервну середу, наділив її властивостями анізотропії. Пористість m тіла є часткою об'єму, зайнятого порами, вона дорівнює сумі об'ємів пор в одиниці об'єму тіла: 1 UA 92132 U n N  Vn n 1 5 (2) , де: m - пористість тіла; Vn - частка об'єму пор; N - кількість пор в об'ємі тіла. Приймаючи, що кількість пор в деякому об'ємі таблетки сухого пального дорівнює кількості часток діаметром dекв , знаходимо еквівалентний розмір пори:  m  dп.екв  dекв   1  m  10 15 1/ 3 (3) . Приймаємо, що упаковка гранул в таблетці сухого пального має форму куба, а також що пори в таблетці пального сухого мають форму кулі та розміщені у вершинах умовного кубу (фіг. 2 - схема розрахунку порового каналу сухого пального на міцність). Приймаємо також, що навантаження Р прикладено в центрі порової комірки. Для визначеності розглянемо таблетку сухого пального об'ємом V . Сумарний об'єм пор в цьому тілі дорівнює = V  m . V Об'єм однієї пори пор дорівнює Vпор  1   d3 екв 6 (4) Кількість пор в даному об'ємі сухого пального дорівнює Nпор  Vпор 6Vпор  3 1   d3 екв   d екв 6 (5) 20 Кількість елементарних порових комірок (рос. - ячеек) Nяч , що складається з восьми пор в таблетці сухого пального буде: Nяч  Nпор 8  6 V  8   d3 екв . (6) Vяч  25 Визначаємо об'єм однієї порової комірки: Звідси знаходимо L - величину сторони порової комірки:  m  1/ L  Vяч3  1 61  dп.екв  1 61  dекв  , ,  1 - m  30 V 8    d3п.екв Nяч 6 . 1/ 3 (7) . На фіг. 2 зображена схема навантаження на елемент порової комірки довжиною L , шириною c та висотою h . Приймаємо, що зовнішнє зусилля Р прикладено по центру порової комірки. Знаходимо максимальну вигинаючу напругу вказаного елемента порової комірки: в  Мв P  L / 2 3P  L / 2   W c  h2 / 6 c  h2 , (8) 2 UA 92132 U c  h2 6 . де: W - момент опору елемента порової комірки, Підставляючи значення довжини порового елемента L , остаточно знаходимо: W в  5  m  1 61  dекв.   ,  1 - m  с  h2 3Р де E - постійний множник, 1/ 3  m  E  1 - m  E 3P c  h2 1/ 3 (9) , 161 dекв. , . На фіг. 3 зображено графік залежності напруги в в поровій комірці таблетки сухого пального від його пористості m . В розрахунках прийнято наступні дані: Таблиця 2 Числові дані, прийняті при розрахунку механічної напруги в поровій комірці сухого пального Навантаження на c - ширина dекв h - висота порову комірку Р , елемента порової елемента порової еквівалентній комірки, м Н комірки, м діаметр часток, м -5 -6 -6 -6 0,79·10 0,2·10 0,07·10 0,502·10 E - постійний -2 множник, Н·м . 6 1,95·10 10 15 20 25 30 35 Експериментально встановлено, що таблетки сухого пального мають достатню міцність та зберігають свої споживчі властивості, коли напруга, що виникає в них внаслідок механічної дії не перевищує 1,75 МПа. Виходячи з одержаних результатів, по даним графіку на фіг. 3 визначаємо, що задовільні показники міцності таблетки сухого пального досягаються при умові, коли пористість таблетки сухого пального m знаходиться у межах 0≤m≤0,40. Нижче наведені приклади конкретного використання запропонованого сухого пального. Було виготовлено зразки сухого пального, що містить гексаметилентетрамін або гексаметилентетрамін з іншими інгредієнтами, з різними показниками пористості, що знаходиться як у межах залежності 0≤m≤0,40, так і поза межами цієї залежності. Для дослідження міцності таких виробів, як дрібні таблетки сухого пального, найбільш об'єктивним, таким що в повному обсязі імітує реальний процес транспортування таблеток сухого пального, є метод, який полягає у механічній обробці таблеток сухого пального в обертаючому барабані закритого типу. Досліджувалась міцність таблеток сухого пального, що піддавалися дезінтеграції шляхом обертання у барабані, що має форму кулі діаметром 150 мм. Барабан виготовлено із стальної сітки. На внутрішній поверхні барабана по його колу паралельно осі через 90° закріплені чотири полиці розміром 37×30 мм. Полиці встановлено таким чином, щоб сторона завдовжки 37 мм була направлена по радіусу до центра. Досліджувані зразки сухого пального представляли собою таблетки діаметром 28÷30 мм, висотою 9,8÷12 мм. Досліджувалися зразки сухого пального, які складаються з гексаметилентетраміну, а також зразки сухого пального з якої складаються з гексаметилентетраміну з іншими інгредієнтами. Таблетки сухого пального у кількості 8 штук зважували на вагах з точністю до 0,1 грам, завантажували в барабан та закривали кришку. Барабан з таблетками обертали впродовж 3 годин. Потім таблетки вивантажували та знову зважували на вагах. Обчислювали міцність таблеток сухого пального R по формулі: R q1  100 % q0 , (10) 40 де: q0 - маса таблеток, завантажених в барабан; 3 UA 92132 U 5 q1 - маса таблеток після 3-х годин обертання в барабані. Дослідження проводили з таблетками різної пористості. Пористість m визначалась як відношення об'єму відкритих пор до загального об'єму таблетки сухого пального наступним чином: Проби сухого пального розміщували в ємність з ефіром до повного видалення повітря з відкритих пор. Вимірювали об'єм витісненого ефіру. Потім проби сухого пального виймали, давали стекти ефіру впродовж 1 хв. та зважували. Пористість m у відсотках визначали по формулі: 10 m q2.2  q2.0  100 % dx  V , (11) де: q2.0 - маса сухого пального; q2.2 - маса сухого пального, просоченого ефіром; dx - щільність ефіру; 15 V - об'єм витісненого ефіру, який є рівним об'єму зразків сухого пального. В таблиці 3 представлені результати дослідження сухого пального на міцність в обертовому барабані. Склад таблеток сухого пального - гексаметилентетрамін, гексаметилентетрамін з іншими інгредієнтами. Таблиця 3 Результати дослідження таблеток сухого пального на міцність в обертовому барабані п/п Пористість таблетки, m Початкова маса 8 табл., q0 , г Маса 8 табл. після обертання в барабані впродовж 3 год., q1 , г 1 2 3 4 5 6 7 8 0,05 0,11 0,21 0,32 0,38 0,40 0,45 0,48 59,0 64,2 58,1 59,0 53,0 65,1 60,2 63,6 51,9 55,2 47,6 43,7 36,0 43,6 33,1 28,6 Показник міцності q R  1  100 % q0 88,0 86,0 81,9 74,1 67,9 67,0 55,0 45,0 20 На фіг. 4 наведено графік залежності міцності R таблеток сухого пального від їх пористості m. 25 30 35 Результати досліджень свідчать, що виготовлення дрібних одиниць сухого пального з пористістю в діапазоні 0≤m≤0,40 дозволяє одержати достатньо міцні вироби, що стійко переносять взаємну дезинтеграційну дію та механічну дію зовнішніх факторів. У відомій науково-технічній літературі та патентних фондах відсутні відомості про рішення, аналогічні заявленому. Це дає підстави говорити, що пропоноване технічне рішення не є частиною відомого рівня техніки. Запропоноване сухе пальне з параметрами пористості 0≤m≤0,40 не є очевидним та не випливає явно з рівня техніки, тому що в відомих технічних рішеннях взагалі не регламентується такий показник, як пористість. Між тим від величини пористості суттєво залежить міцність дрібної одиниці сухого пального та, відповідно, його споживчі властивості. Промислова придатність корисної моделі підтверджується дослідженнями на міцність сухого пального з показниками пористості, що знаходяться в межах 0≤m≤0,40 в обертовому барабані. Суть корисної моделі полягає у наступному. Інтегральною характеристикою фізичного стану твердих тіл, що складаються з дрібних часток, є пористість. Вперше запропоновано сухе пальне, що складається з гексаметилентетраміну чи гексаметилентетраміну з іншими інгредієнтами, пористість якого знаходиться у межах 0≤m≤0,40. 4 UA 92132 U 5 Саме виготовлення виробу з такими параметрами забезпечує достатню міцність гетерогенної пористої системи, якою являється дрібні вироби сухого пального. Дрібні вироби сухого пального з параметрами пористості 0≤m≤0,40 мають таку міцність, що їх можливо пакувати спільно у великій кількості без втрат через поломки, що виникають при транспортуванні. Це робить його особливо бажаним для туристів, на пікніках і для інших осіб, які використовують сухе пальне. Сухе пальне виробляється наступним чином: готується сипуча фракція гексаметилентетрамін, або гексаметилентетрамін з іншими інгредієнтами. Потім вона формується у дрібні споживчі одиниці з пористістю m, що знаходиться в межах 0≤m≤0,40. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Сухе пальне, що містить гексаметилентетрамін або гексаметилентетрамін з іншими інгредієнтами, яке виконано у вигляді дрібного виробу, не обмеженого певною формою, яке відрізняється тим, що сухе пальне виконано з пористістю m, що знаходиться у межах 0≤m≤0,40. 5 UA 92132 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6