Материал: Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 2 Технология

Надо сказать, как в случае многочисленных исследований функции / = ДВ) для металлов, так и для топлив вследствие локального изменения температуры в контакте трущихся тел результаты определения коэффициента трения могут рассмат­ риваться как приблизительные. Кроме того, исследования в связи с довольно низкой температурой воспламенения топ­ лива проводились в более узком диапазоне скоростей сколь­ жения и не достигали значений, при которых могло бы на­ блюдаться падение коэффициента трения вследствие плавле­ ния материала и дополнительной смазки в контактной зоне. Правда, подобные исследования носили бы скорее феномено­ логический характер, ибо производственная область скоростей скольжения находится в исследованном интервале.

Результаты экспериментальных исследований позволили выявить несколько важных закономерностей, определяющих зависимость тц баллиститных топлив по металлической под­ ложке от скорости скольжения:

—тц возрастает при увеличении скорости скольжения для всех топлив и во всем исследуемом диапазоне давлений;

—зависимость тц =Л&) для различных топлив существен­ но отличается. Для топлив, содержащих наполнители (ТФ-2, БП-10 и пр.) она выражена более ярко;

—с увеличением температуры зависимость тц =/($) сни­ жается;

Очевидно эти результаты позволяют предположить следую­ щий механизм, определяющий функцию тм=ДЭ):

— тц определяется в большей степени деформационной составляющей; при увеличении порошкообразного наполните­ ля тм возрастает с увеличением скорости более интенсивно, чем для ненаполненных составов;

— значительный вклад в величину внешнего трения вно­ сит смазка, при увеличении скорости ее роль ослабевает.

Таким образом, выполненные экспериментальные исследо­ вания позволяют повысить корректность расчетов оборудова­ ния, в первую очередь, шнековых прессов, за счет использова­ ния более точных значений тц как функции скорости скольже­ ния. Кроме того, выявленная зависимость тц от химического состава может быть использована при компоновке новых соста­ вов топлив.

Зависимость внешнего трения от температуры для балли­ ститных порохов весьма существенна и достаточно корректно

205

аппроксимируется экспонентой. На рис. 100 графически пред­ ставлены функции —ЦТ) и 1птм=У(1/Т), показывающие, что энергия активации в экспоненциальном выражении для раз­ личных составов топлив отличается значительно. Температур­ ная зависимость для порохов, содержащих минеральные или металлорганические компоненты, меньшая, чем для гомоген­ ных топлив, у которых проявляется в большей степени вклад в эту зависимость гистерезисной составляющей пластифици­ рованного полимера.

Обобщенная зависимость удельной силы внешнего трения от давления, скорости скольжения и температуры находится из полного факторного эксперимента в виде уравнения 2-го

где BQ—Z?IO — коэффициенты регрессионного уравнения, опре­ деляющие значимость каждого члена уравнения.

4.2 Общая характеристика процессов переработки

4.2.1 Технологические процессы переработки баллиститных пороховых масс

Если рассматривать технологию в историческом аспекте, то можно отметить три значимых и принципиально отличных этапа ее развития, варианты которых в том или ином виде со­ хранились в промышленности до сих пор:

—периодическая гидропрессовая технология;

—непрерывная технология по схеме: отжим — вальцева­ ние — сушка — прессование;

—непрерывная шнековая технология с исключением опе­ раций вальцевания и сушки.

Поскольку в том или ином варианте, как отмечалось вы­ ше, данные технологии существуют в промышленности до сих пор, ниже приводится краткая характеристика каждой из них.

4.2.1.1 Периодическая технология

Технологическая схема переработки по этому варианту приведена на рис. 101.

Операцией перелопачивания в ларе (усреднения), вмещаю­ щем одну смесь (~ 4 т), заканчивался процесс изготовления пороховой массы.

206

войной довальцовки на вертикальные вальцы с целью получе­ ния окончательного более плотного рулона.

При этом полотно обжималось один раз и скатывалось в рулон. Подача и прием полотна также осуществлялись вруч­ ную.

Полученные после вертикальных вальцев рулоны порохо­ вой массы обрезались на концах рычажным ножом и направ­ лялись в нагревательные шкафы здания прессования, из кото­ рых в порядке очереди загружались в изложницы гидравличе­ ских прессов.

Прессование на вертикальных гидравлических прессах осу­ ществлялось периодически, а резка выходящих из пресса тру­ бок — на ручных или ножных рычажных ножах.

В процессе прессования выборочно производился контроль размеров пороховых трубок, после остывания производились мешка и комплектация партии пороха.

По данной технологии в военное время производилось из­ готовление артиллерийских и мелких ракетных порохов, в по­ слевоенное время практически на всех заводах реализуются непрерывные технологические процессы переработки порохо­ вой массы, которые используются не только для изготовления ракетных шашек любого габарита, но и мелких артиллерий­ ских порохов.

Периодическая технология в вышеописанном варианте со­ хранила свое значение только для изготовления разовых мел­ ких заказов или отработки опытных составов артиллерийских порохов и БРТТ.

4.2.1.2 Первый вариант непрерывной технологии, разработанной ОТБ-512 (руководитель — Бакаев А. С.)

На рис. 102 представлена технологическая схема производ­ ства, включающая фазы изготовления нитрата глицерина, по­ роховой массы и ее переработки.

При разработке данной схемы авторы исходили из следую­ щих требований по производству переработки:

—отжим пороховой массы от избытка воды производить до остаточного содержания последней в 7... 10%. Целесообраз­ но для этой цели применять трехступенчатую операцию отжи­ ма:

—предварительный отжим на ленточном отжимном аппа­ рате до ~ 40% воды;

—разрыхление массы в протирочном барабане;

208

—окончательный отжим в отжимном шнек-прессе;

—отжатую пороховую массу подвергать операции непре­

рывного вальцевания. Массу на вальцы подавать нагретой и достаточно измельченной. С этой целью на отжимном прес­ се применять протирочный барабан конструкции ОТБ-512. Для очистки массы от загрязнений применять магнитные се­ параторы. Степень вальцевания контролировать по конечной влажности полуфабриката после вальцев.

Ввод переделочного брака производить на вальцы; Выходящий с вальцев полуфабрикат должен быть нарезан

на пластинки, удобные для дальнейшей операции прессова­ ния;

— операцию прессования пороховых элементов произво­ дить шнек-прессами.

Представленная на рис. 102 технологическая схема наилуч­ шим образом, по мнению авторов, удовлетворяющая данным требованиям, имеет следующие конструктивные особенности (по фазе переработке).

Из смесителя пороховой массы, как видно из схемы, сус­ пензия пороховой массы подается в замкнутую циркуляцион­ ную линию: смеситель — трубопровод — массонасос — трубо­ провод — смеситель. Из этой линии масса отводится в пер­ вый водоотжимной аппарат, из которого с влажностью около 40%, проходя протирочный барабан, поступает в отжимной шнек-пресс ШС-1.

Следует отметить, что авторы отводят существенную роль операции выдержки массы в смесителе, в котором формирует­ ся общая партия и обеспечивается необходимая выдержка для «созревания» пороховой массы.

После отжимных прессов устанавливаются протирочные барабаны для обеспечения более упорядоченного питания по­ следующих аппаратов. Поступающая из отжимного пресса (че­ рез протирочный барабан) «крошка» ковшевым конвейером и питающими шнек-транспортерами подается в бункер валь­ цев. Одновременно туда же подается и измельченный переде­ лочный брак. На обоих концах валка, несущего на себя «чу­ лок» вальцуемой массы, установлены ножи, имеющие привод от вальцев. Этими ножами непрерывно разрезаются, снимают­ ся с валка пороховые ленты и режутся поперек так, что обра­ зуемые пластинки удобны по своим размерам для загрузки в бункер прессующего шнек-пресса и захвата их винтом. На

209

Рис. 102. Непрерывный технологический процесс производства баллиститных порохов, разработанный ОТБ-512 (А. С. Бакаев):

1 — нитратор; 2 — сепаратор; 3 — промывной аппарат; 4 — прерыватель детонации; 5 — промежуточный бак НГЦ; 6 — подогрев отжимных вод; 7 — дозер коллоксилина; 8 — концентратомер; 9 — сгуститель; 10 — ажитатор КВВ; 11 — массонасос; 12 — дозер НГЦ; 13 — дозеры дополни­ тельных растворителей; 14 — дозер централита; 15 — змеевик для смеше­ ния растворителей; 16 — эмульгатор; 17 — «варочный» аппарат; 18 — до­ зер масляной эмульсии; 19 — эмульгатор; 20 — смеситель пороховой массы; 21 — ленточный отжимной аппарат; 22 — ловушка; 23 — сборник отжимных вод; 24 — отжимной шнек-пресс; 25 — протирочный барабан; 26 — аппарат непрерывного вальцевания; 27 — транспортный шнек; 28 —

шнек-пресс; 29 — резательный станок

210

выходе из шнек-пресса пороховая трубка (шашки) режутся ав­ томатически на нужную длину.

Межоперационный транспорт полностью механизирован (ковшевые конвейеры, шнековые транспортеры) и может быть автоматизирован.

А. С. Бакаев1: «Вся линия потока обрабатываемого полуфаб­ риката приобретает чрезвычайную компактность, совершенно необычную для порохового производства. Разумеется, при этом возникает вопрос о рациональности подобного уплотнения с точ­ ки зрения техники безопасности. По этому поводу можно отме­ тить следующее. Нитроглицериновое производство необходимо отделить от операции «варки» на расстояние, предусматривае­ мое установленными нормами. Нитроглицерин передавать само­ теком с установкой прерывателя детонации. Дозер НГЦ выде­ лить в специальное обвалованное помещение на минимально воз­ можном расстоянии от здания «варки». Все остальные операции процесса «варки» не представляют собой сколь-нибудь серьезной опасности и могут компоноваться в одном здании.

Транспортировка пульпы пороховой массы массонасосом по­

интенсивная вспышка ее не возникает, а всегда загорание пред­ ставляет собой достаточно медленное разложение массы с выде­ лением бурых окислов азота.

Однако, так как после протирки в барабане массы, содержа­ щей только 7... 10% воды, полуфабрикат обладает большой сво­ бодной поверхностью, целесообразно протирочный барабан не свя­ зывать сплошным потоком полуфабриката с аппаратом ШС-1. Это и может быть достигнуто применением ковшевого подъем­ ника и разделением шнек-пресса ШС-1 и второго протирочного барабана стеной.

Такой же способ расположения и транспортировки полуфаб­ риката, очевидно, приемлем для вальцев и шнек-пресса, выдаю­ щего пороховые трубки. Во всех этих случаях полуфабрикат мо­ жет порциями ковшом подъемника засыпаться в промежуточный бункер, автоматически открывающийся и закрывающийся за­

1Приведенное описание технологического процесса переработки взято из докторской диссертации А. С. Бакаева [40].

211

Дополнительные устройства дождевания могут обеспечить все необходимые профилактические меры техники безопасности.

Таким образом, переработка пороховой массы может быть сосредоточена в одном здании, в котором пожароопасные и взрывоопасные аппараты разделены капитальными стенами.

Сообразно с таким планированием операций всего производ­ ства автоматический централизованный контроль и управление им могут быть сосредоточены на трех пультах: для производст­ ва НГЦ, для «варки» пороховой массы и для переработки этой массы в порох. Возможна организация сверх того диспетчерского централизованного более общего контроля всего производства в целом.

Что касается пофазного анализа полуфабриката, то мини­ мально он должен состоять из непрерывного или достаточно часто проводимого анализа химической стойкости и щелочности нитроглицерина, достаточно точно и быстро определяемой кон­ центрации коллоксилино-водной взвеси в ажитаторах, определе­ ния теплоты взрывчатого разложения пороховой массы, запол­ няющей смеситель, непрерывного или достаточно часто проводи­ мого определения влажности пластинчатой массы, выдаваемой вальцами и, размеров трубки, отрезанной автоматически реза­ тельным станком.

Эти анализы, достаточно отражая правильность работы всех аппаратов, должны бесспорно проводиться экспресс-метода­ ми, чтобы не было надобности отягощать производство крупны­ ми буферными приемниками полуфабриката, в которых послед­ ний задерживается до выхода из лаборатории результатов его анализа.

Это замечание, конечно, не касается теплоты взрывчатого разложения пороховой массы и в меньшей степени касается спо­ собов анализа сырья и готовой продукции.»

Из недостатков описанной им непрерывной технологиче­ ской схемы А. С. Бакаев отмечает следующие:

—в случае аварии прерывается работа всего потока. Этот недостаток присущ всем непрерывным производствам; с этим недостатком легко бороться путем регулярного квалифициро­ ванного планово-предупредительного ремонта;

—сырье, используемое в производстве должно быть более высококачественным, чем при периодическом способе произ­ водства. Наглядным примером может служить нитроцеллюло-

212