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

—топливная баллиститная масса относится к классу сжи­ маемых осадков [126, 127], деформирование механическим пу­ тем существенно отличается от сжатия в фильтровальной зоне отжимного пресса;

—в фильтровальной зоне, которая и исследуется в данном случае, имеет место деформация только под действием гидро­ статического давления.

Для проведения исследований была разработана специаль­ ная установка, показанная на рис. 111.

Установка включает в себя стеклянный цилиндр 1 с фильт­ ровальной решеткой 2 в донной части, термостат 3 и центро­ бежный насос 4. Навеска пороховой массы в виде однородной

Рис. I I I . Схема установки определения удельного сопротивления осадка

влажных смесей:

1 — стеклянный цилиндр; 2 — фильтровальная решётка; 3 — термостат; 4 — центробежный насос; 5, 6 — вентили; 7 — мерная емкость

229

суспензии загружается в цилиндр 1. Температура осадка под­ держивается температурой воды, нагреваемой в термостате, а величина давления фильтрования задается насосом с помо­ щью вентилей 5 и 6. Мерным сосудом 7 замеряется объем по­ лученного фильтрата, а высота осадка определяется по мер­ ным делениям стеклянного цилиндра.

Расчет удельного сопротивления производится по уравне­ нию Дарси:

2APSt

(4.42)

Г° ~ №

Установка позволяет проводить исследования г0 в диапазо­ не температур 293...333 К и давлений 0,005...0,15 МПа. С ис­ пользованием данной установки в условиях опытного произ­ водства было определено удельное сопротивление топливных масс более 20 составов (относительная погрешность — 3...5%).

На рис. 112, 113 показаны зависимости удельного сопро­ тивления некоторых топлив от давления и температуры. Там же представлена графическая интерпретация допустимости ап-

Рис. 112. Зависимость удельного сопротивления осадка от давления:

1 - НДТ-ОМК; 2 - РНДСИ-5КМ; 3 - РСИ-60; 4 - МФ-40; 5 - обр. 1367МД

230

5

Рис. 113. Зависимость удельного сопротивления осадка от температуры

Из экспериментальных данных следует несколько важных выводов:

—удельное сопротивление существенно зависит от гради­ ента давления в зоне малых градиентов — 0...0,08 МПа, затем эта зависимость становится менее значимой;

—температурная зависимость удельного сопротивления более однозначна и практически для всех составов топлив мо­ жет быть аппроксимирована линейной функцией;

—зависимость удельного сопротивления от химического состава топлив наиболее ярко проявляется для топлив с более активными, чем НГЦ, пластификаторами (МАДА) и топлив, содержащих мелкодисперсный катализатор (сажа). Так, топли­ ва МФ, МД, БМС отличаются от всех штатных и новых топ­

лив существенно более высоким удельным сопротивлением

иего зависимостью от давления и температуры.

Втабл. 21 приведены экспериментальные значения г0 при различных температурах, подтверждающие приведенные выше выводы.

Для определения удельного сопротивления массы при от­ жиме в начале винта, т. е. при существенно более высоких

231

Экспериментальное значение г0 для топливных масс двух составов (типа РДГ — с наполнителем и ненаполненный со­ став, представляющий двойную основу НЦ:НГЦ = 55:45), оп­ ределенные в интервале давлений 1...7 МПа, показаны на рис. 115 (относительная погрешность — -10...15%).

Видно, что удельное сопротивление фильтрованию при давлениях, эквивалентных давлению в канале винта, возраста­ ет на четыре порядка в сравнении с г0 в зоне фильтровальной решетки. Меняется вид самой функции r0 = f(P), вторая про­ изводная функции положительна. Очевидно, фильтрование во­ ды в канале винта происходит с меньшей эффективностью (по производительности), чем в зоне фильтровальной решетки.

Рис. 115. Зависимость удельного сопротивления осадка от давления в ка­ нале винта

1 - ВИК-2Д; 2 - РДГ-25; 3 - БП

233

Таблица 21

Экспериментальные значения удельного сопротивления фильтрования для различных баллиститных топливных масс

4.3.1.2 Водоотжим. Отжимные шнековые пресса

При исследовании закономерностей водоотжима и разра­ ботке нового отжимного пресса учитывались следующие тре­ бования:

—влага из пороховой массы должна удаляться механиче­ ским способом до ее минимального значения;

—с целью управления качеством продукции в автомати­ ческом режиме должна быть возможность регулирования влажности массы в необходимых пределах;

—для более эффективного использования механической энергии, затрачиваемой на отжим воды из массы, с целью бо­ лее глубокой пластификации НЦ целесообразно создать сило­ вое поле (давление, температура, сдвиг), способствующее бо­ лее интенсивному протеканию этого процесса.

Итак, аппарат должен максимально удалять воду, иметь возможность регулировать остаточную влагу в определенных пределах и пластифицировать пороховую массу, т. е. он должен взять на себя и часть той работы, которую выполняют вальцы.

Поскольку операция механического удаления воды включа­ ет две стадии — фильтрование и отжим, инженерная задача может быть решена двумя путями:

— фильтрование в центрифуге с высоким фактором разде­ ления и отжим в шнек-прессе;

234

— фильтрование в гравитационном поле (с низким факто­ ром разделения) и отжим в шнек-прессе.

В первом случае технологический процесс выполняется двумя аппаратами, во втором — он может быть организован в одном.

Для упрощения конструктивного решения второй путь предпочтителен, хотя в существующем промышленном прессе ПО-125 именно операция фильтрования, как правило, по про­ изводительности является узким местом. Следовательно, до­ полнительно к перечисленным выше требованиям необходимо учесть интенсификацию процесса фильтрования.

Разработка пресса, отвечающего перечисленным требовани­ ям, проводилась на основе физического и математического моделирования процессов.

На рис. 116 показана физическая модель процессов фильт­ рования и водоотжима в отжимном прессе. Суспензия порохо­ вой массы под действием гидростатического столба (или дав­ ления) из бункера поступает по каналу в пресс, фильтруется в зоне фильтровальной решетки (со сводообразованием). Слой осадка от бункера до конца зоны фильтрования непрерывно

;«

фильтрат

Рис. 116. Физическая модель фильтрования и водоотжима в отжимном прессе

235

Под действием давления осадок уплотняется, оказывая сопро­ тивление фильтрату.

В закрытой части канала вода, оставшаяся в массе, в усло­ виях сжатия вследствие уменьшающегося сечения канала и значительного градиента давления движется назад в зону фильтровальной решетки.. Давление на выходе из пресса, рав­ ное интегральному значению градиента давления по оси кана­ ла, определяется сопротивлением фильеры и вязкостью массы на выходе из пресса.

Для решения задачи в простейшем варианте — оптимиза­ ции технологических процессов фильтрования и водоотжима — необходимо исходить из следующих условий:

—длина зоны фильтрования должна рассчитываться по времени заполнения осадком всей глубины канала в самых неблагоприятных случаях;

—геометрические параметры напорной части канала должны учитывать не только наличие обратного потока мас­ сы, но и фильтрование в обратном направлении значительно­ го количества воды (до 50%);

—максимально развиваемое прессом давление должно превышать сопротивление фильеры для самых неблагоприят­ ных условий.

Следовательно, математическая модель процесса должна включать расчетные выражения фильтрования воды в зоне ре­ шетки, отжима воды в закрытой части канала винта и течения массы в канале. Решение задачи в инженерном плане своди­ лось к установлению взаимосвязи между фильтрационными и реологическими характеристиками массы и конструктивны­ ми параметрами пресса. Для упрощения решения обе зоны (фильтрования и отжима) рассматривались независимыми. На рис. 117 показаны условные обозначения геометрических па­ раметров пресса в зоне фильтровальной решетки. Для цилинд­ рического элемента фильтровальной решетки сопротивлением ЯФ'Р длиной dx и площадью Sx объемная скорость фильтрова­ ния в соответствии с уравнением Дарси выражается:

Введем в выражение (4.43) Sx = nDdx и у = -^ -х , получим:

^ф.р.

236