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

На основании многочисленных экспериментов и производст­ венного опыта в зависимости от составов и габаритов изделий определены оптимальные Р, Тм, ÿ, у. Задача оператора, веду­

щего производственный процесс, заключается в поддержании технологических режимов, обеспечивающих данные парамет­ ры. Причем, некоторые параметры в процессе работы не ме­ няются, так как заданы жестко на основании предыдущих экспериментальных работ (геометрические размеры пресс-ин­ струмента, коэффициент сжатия винта и др.).

Выше было показано важное значение физических харак­ теристик полуфабриката, загружаемого в шнек-пресс: при не­ изменных геометрических параметрах винта и втулки, предна­ значенных для обрыва детонационной цепи по интенсивности и экстенсивности, переход горения в детонацию может иметь место, если полуфабрикат по плотности и степени измельче­ ния не будет обеспечивать значение dP/dt ниже критического уровня. Поэтому подготовка полуфабриката по этим парамет­ рам на предыдущих фазах является одним из важнейших фак­ торов в технологии переработки.

Условия нормального процесса прессования с точки зрения качества и безопасности предъявляют дополнительные требо­ вания к загружаемому полуфабрикату. Эти требования ограни­ чивают интенсивность химического разложения пороховой массы в прессе и пресс-инструменте как функцию температу­ ры. Ранее в разделах по термохимическим процессам, физи­ ко-механической прочности и параметрам теплового самовос­ пламенения были рассмотрены проблемы разрушения сплош­ ности изделий и тепловые процессы в шнек-прессе и раструбном пресс-инструменте, приводящие к самовоспла­ менению массы.

Химическое разложение пороховой массы сопровождается газовыделением и экзотермическим тепловым эффектом, соз­ дающими внутренние напряжения и повышающими темпера­ туру массы. Последние не должны превышать критических значений, выше которых происходит или растрескивание из­ делий, или загорание массы в пресс-инструменте.

Какие же свойства полуфабриката, загружаемого в пресс, могут приводить к критическим условиям прессования? При нормальных условиях прессования и синхронизации произво­ дительности работы двух зон — загрузочной и прессующей — вследствие деформирования в канале винта (обратный поток и утечки) масса разогревается диссипативной энергией на

397

Однако в случае уменьшения производительности загрузоч­ ной зоны эта температура может быть существенно повышена за счет большей интенсивности сдвиговых деформаций в зоне прессования вследствие увеличения обратного потока в канале винта. В реальных производственных условиях подобные слу­ чаи имеют место, однако идентифицируются они обслуживаю­ щим персоналом с большим трудом вследствие отсутствия не­ прерывного контроля удельных энергозатрат и температуры на выходе из пресса. Так, на одном из уральских заводов имели место два случая загорания массы в пресс-инструменте (по­ следовательно на одном блоке) при регламентированных пара­ метрах процесса прессования. Обе аварии произошли до мо­ мента выхода изделия из пресс-инструмента, поэтому удель­ ные энергозатраты и температура массы не определялись. Заводской комиссией причины аварии не были установлены. Центральной комиссией с участием института-разработчика новых прессов было установлено:

— резкое снижение насыпной плотности полуфабриката, получаемого с гранулирующего шнек-пресса ПСВ-3, с 0,8...0,9

(~ 150°С) и воспламенению массы в пресс-инструменте. Поскольку давление на выходе из пресса определяется со­

противлением пресс-инструмента и поддерживается на опреде­ ленном уровне, обеспечивающем получение качественных из­ делий (как правило 120...250 кгс/см2), постольку длина запрес­ сованной зоны слабо зависит от производительности загрузочной зоны винта пресса. Очевидно, при снижении про­ изводительности последней, как отмечалось выше, возрастает интенсивность сдвиговых деформаций в канале винта и, соот­ ветственно, температура на выходе из пресса. На рис. 196 представлена принципиальная зависимость повышения темпе­ ратуры массы вследствие диссипативного разогрева в канале винта при падении насыпной плотности «таблетки» (соответ­ ственно производительности загрузочной зоны).

Видно, при падении насыпной плотности с 0,8 до 0,4 г/см3 прирост температуры массы на выходе из пресса состав­ ляет 50...60°С, а общее повышение температуры достигает зна­ чения 1Ю...115°С. В этом случае температура массы на выходе

398

Рис. 196. Зависимость температуры разогрева массы в канале винта и удельных энергозатрат от насыпной плотности «таблетки»:

1 - Д7] 2 - Еуд

пламенения (что и имело место в описанном выше случае на заводе).

Какова вероятность подобных случаев в штатном произ­ водстве? Если работа проводится постоянно на одном и том же формующем шнек-прессе с определенным коэффициентом сжатия винта, то степень разогрева массы меняется только от изменения насыпной плотности и сыпучести полуфабриката, которые определяются работой гранулирующих (таблетирующих) прессов. Таким образом, вопрос однообразия полуфабри­ ката по данным характеристикам с точки зрения обеспечения производительности загрузочной зоны пресса становится в ряд важнейших вопросов безопасности процесса. Это усугубляется высокой вероятностью растрескивания изделий под действием напряжений от давления выделяющихся при термораспаде га­ зов. Причем, критическая температура нарушения физической стабильности изделий находится значительно ниже критиче­ ской температуры самовоспламенения.

На рис. 197 схематично приведены возможные варианты гранулирования массы на шнековых прессах. В случае исполь-

399

Рис. 197. Варианты гранулирования пороховой массы на шнековых прес­ сах:

а — фильера с равномерным распределением отверстий по всему выход­ ному сечению шнек-пресса; б — фильера с размещением отверстий по кольцу

зования фильеры, изображенной на рис. 197а, поле давлений по площади фильеры неравномерно: наибольшее нормальное давление соответствует круговой области, располагающейся напротив канала винта. В области центральных отверстий фильеры, где нормальное давление является функцией 2-х ка­ сательных напряжений от нормального давления в периферий­ ных слоях, усилия продавливания существенно меньше, соот­ ветственно значительно ниже скорость выпрессовывания по­ роховых шнуров. Именно это и привело с снижению насыпной плотности полуфабриката на заводе в вышеописан­ ном случае.

Необходимая равномерность поля давлений достигается пе­ рераспределением потока из центральных слоев к периферии с расположением формующих отверстий по кольцу (рис. 1976).

Резка пороховых шнуров на гранулы может производиться двумя способами: ножом, устанавливаемым непосредственно на винте, или режущим устройством, имеющим индивидуаль­ ный привод. Для регулирования насыпной плотности послед­ нее предпочтительней.

Итак, в технологическом процессе переработки модифици­ рованных баллиститных пороховых масс гранулирующие (таблетирующие) аппараты выполняют функцию обеспечения не­ обходимых безопасности процесса и качества получаемых за­ рядов. В процессе работы характеристики получаемого полуфабриката должны периодически контролироваться по ос­ новным параметрам (dP/dt, рнасьш), а косвенно оцениваться не­ прерывно по удельным энергозатратам и температуре массы на выходе из формующего пресса.

400

4.7 Закономерности течения массы в раструбном пресс-инструменте. Разработка нового пресс-инструмента

Применяемый в настоящее время промышленный пресс-инструмент создан на основе большого комплекса ис­ следований, проведенных как в лабораторных условиях, так и непосредственно на натурном оборудовании. Эксперимен­ тальное изучение закономерностей течения, определение пара­ метров «теплосилового» поля позволили существенно усовер­ шенствовать конструкцию пресс-инструмента и уменьшить ко­ эффициент вытяжки (отношение максимального диаметра раструба к диаметру формующей втулки) с 3—5 на малогаба­ ритных изделиях до 1,25—1,5 на крупногабаритных. Это рас­ ширило возможности технологии переработки баллиститных топлив и увеличило максимальный диаметр изготавливаемых изделий с 250...300 мм до 800... 1000 мм. Однако в достаточной степени совершенный даже для современного уровня пресс-инструмент не удовлетворяет целому ряду требований при формовании новых гетерогенных топлив:

— не обеспечивается необходимое качество изделий при прессовании с высокой производительностью новых топлив, особенно высокопрочных и высокомодульных («волнистость», «бугристость», пористость и т. д.);

—велика загрузка и, следовательно, время прессования топлив с пониженной термохимической стойкостью (плазмен­ ных и пр.);

—значительное количество брака по разносводности (сме­ щение оси канала от оси изделия) вследствие трудности орга­ низации стабильного течения;

—невозможность изготовления традиционным способом тонкосводных изделий (миллиметры и десятые доли милли­ метра) для артиллерии и ручных гранатометов.

В связи с этим были проведены дополнительные исследо­ вания течения топливной массы в пресс-инструменте и вы­ полнен ряд инженерных разработок, позволивших конструк­ тивно решить поставленные задачи.

Изучение течения проводилось в двух направлениях, свя­ занных с особенностями новых топлив:

— исследование скорости деформации (сдвига) по длине пресс-инструмента и релаксационных параметров топливной массы;

4 0 1