способ изготовления порохов и топлив баллиститного типа
Классы МПК: | C06B21/00 Способы или устройства для обработки взрывчатых веществ, например формование, резка, сушка |
Автор(ы): | Иванова Ирина Петровна (RU), Ибрагимов Наиль Гумерович (RU), Иванов Юрий Михайлович (RU), Шеврикуко Иван Дмитриевич (RU), Брехов Игорь Васильевич (RU), Субботина Татьяна Эргашовна (RU), Неволина Светлана Витальевна (RU), Куценко Геннадий Васильевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2011-03-17 публикация патента:
20.08.2012 |
Изобретение относится к области ракетной технологии, а именно к производству порохов и топлив баллиститного типа для ракетных, артиллерийских и минометных систем. Способ изготовления порохов и топлив баллиститного типа включает "варку" пороховой или топливной массы, отжим массы на отжимном шнековом аппарате, пластификацию и таблетирование массы на непрерывных вальцах, сушку таблетки в сушильном аппарате барабанного или шнекового типа, гомогенизацию, дополнительную пластификацию в экструдере роторного типа и экструдирование пороховых или топливных элементов. Равномерное поступление полуфабриката в конфузорную зону экструдера обеспечивает равномерное истечение его через экструзионную матрицу. Изобретение обеспечивает способ изготовления, в котором достигается высокая химическая однородность, гомогенность пороха или топлива, что ведет к улучшению физико-механических и баллистических свойств: снижается разброс значений скорости горения как внутри партии, так и между партиями. 2 табл.
Формула изобретения
Способ изготовления порохов и топлив баллиститного типа, включающий смешение компонентов в смесителе в водной среде в течение 6 ч до получения пороховой или топливной массы, отжим массы до остаточной влажности 6-12% в отжимном шнековом аппарате при температуре теплоносителя 30 60°С, пластификацию и таблетирование массы на рифленых вальцах непрерывного действия, сушку таблеток в сушильном аппарате с температурой теплоносителя 90-110°С до влажности не более 1,0%, отличающийся тем, что смешение компонентов проводят при температуре 20-55°С, пластификацию и таблетирование массы проводят при температуре исходящей воды с рабочего валка - 80-100°С, холостого валка - 70-90°С, сушку таблеток проводят в сушильном аппарате барабанного или шнекового типа в течение 45-90 мин до влажности не более 1,0%, а гомогенизацию, дополнительную пластификацию и получение пороховых и топливных элементов проводят в экструдере роторного типа при температуре 70-90°С и давлении 150-250 кгс/см2.
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники, а именно к производству порохов и топлив баллиститного типа для ракетных, артиллерийских и минометных систем.
Известен шнековый способ изготовления порохов баллиститного типа, состоящий из технологических операций, выполняемых на специальном оборудовании, разработанном с учетом физико-механических и реологических свойств пороховой массы, связанных между собой транспортными линиями с прессованием шашек- заготовок или длинных тонкосводных трубок на шнек-прессе с использованием раструбного прессового инструмента и применения матриц специальной конструкции (Смирнов Л.А."Оборудование для производства баллиститных порохов по шнековой технологии и зарядов из них". М.: МГАХМ, 1997 с.51-57, с.114-120, под ред. Забелина Л.В.).
Данный способ имеет ряд недостатков:
- сложные конструктивные особенности раструбных пресс-инструментов;
- наличие большого количества (50-200 кг) энергоемкой пороховой массы, одновременно находящейся под воздействием высокого давления и температуры в раструбе;
- возможность развития перехода горения в детонацию из-за замкнутого объема в шнек-прессе при формовании высокоэнергетического материала;
- получение большого количества бракованой продукции по нецентричности, разносводности, длине, воздушным включениям.
Известен способ получения баллиститного артиллерийского пороха, включающий смешение компонентов пороховой массы, отжим воды из пороховой массы в отжимном прессе, пластификацию на вальцах непрерывного действия при температуре исходящей воды с рабочего валка 90-100°C, с холостого валка - 80-90°C с формированием таблеток, сушку таблетки в сушильном барабане при температуре нагнетаемого воздуха 90-110°C до влажности не более 1,0% в течение 45 мин, гомогенизацию и прессование таблетки в блоки в шнек-прессе при температуре 80-95°C, прессование топливных элементов из блоков на гидропрессе при температуре воды с изложницы 70-85°C, со стола - 50-80°C и давлении 170-270 кгс/см2 (патент RU № 2254311 от 15.12.2003 г., МПК C06B 21/00, 25/24), взятый авторами за прототип.
При этом прототип имеет ряд серьезных недостатков:
- наличие большого количества аппаратов, в которых перерабатываемый энергоемкий пороховой полуфабрикат подвергается высокотемпературным сдвиговым воздействиям при вальцевании, высокому давлению при прессовании блоков через раструбный пресс-инструмент на шнек-прессе и при прессовании элементов из блоков на гидропрессе в течение длительного времени, длительному температурному воздействию при разогреве блоков в термошкафах, что ведет к снижению химической стойкости и термической стабильности пороховой массы;
- каждый аппарат имеет индивидуальный электропривод и систему теплоподвода, находится в отдельном помещении, что ведет к увеличению производственных площадей, дополнительных транспортных связей между зданиями (ленточные, шнековые транспортеры, автотранспорт и т.д.); увеличению потерь и низкому коэффициенту использования сырья и материалов.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка экономически и технологически эффективного способа изготовления порохов и топлив баллиститного типа. В предлагаемом способе изготовления достигается высокая химическая однородность, гомогенность пороха или топлива, что ведет к улучшению физико-механических и баллистических свойств: снижается разброс значений скорости горения как внутри партии, так и между партиями. Снижение температурно-временных и механических воздействий на пороховую или топливную массу обеспечивает повышенную химическую стойкость и термическую стабильность.
Техническим результатом изобретения является способ изготовления порохов и топлив баллиститного типа экструзионным методом, который включает смешение компонентов - "варку" пороховой или топливной массы в водной среде, отжим ее от воды на отжимном аппарате, пластификацию и таблетирование отжатой массы на непрерывных вальцах, сушку таблетки в сушильном аппарате барабанного или шнекового типа, гомогенизацию, дополнительную пластификацию полуфабриката в экструдере роторного типа и экструзию пороховых элементов через одно- или многоручьевую матрицу
Варка пороховой массы осуществляется в смесителе в водной среде при температуре 20-55°C в течение 6 ч. Отжим пороховой массы до остаточной влажности 6-12% осуществляется в отжимном шнековом аппарате при температуре теплоносителя 30 60°C, пластификация массы осуществляется на рифленых вальцах непрерывного действия при температуре исходящей воды с рабочего валка - 80 100°C, холостого валка - 70-90°C с получением полуфабриката в виде таблетки, сушка таблетки в сушильном аппарате барабанного или шнекового типа с температурой теплоносителя 90-110°C до влажности не более 1,0%.
Полуфабрикат после сушильного аппарата поступает в обогреваемый теплоносителем с температурой 70-90°C загрузочный бункер экструдера роторного типа, захватывается вращающимися зубчатыми роторами и подается к полукорпусам с уменьшающимися, по направлению вращения роторов, зазорами. Минимального значения в 1 мм зазоры достигают в нижней части роторов. Уменьшающиеся зазоры, по аналогии со шнек-прессом, создают зоны питания и сжатия, где полуфабрикат подвергается сжатию, уплотнению, гомогенизации и повторной пластификации. В точке касания наружных окружностей роторов начинается вытеснение полуфабриката из впадин с помощью входящих в них зубьев. При этом полуфабрикат, попавший в пространство между зубьями роторов, через зазор в зацеплении вытесняется в конфузорную зону экструдера и, далее, через одно- или многоручьевую матрицу экструдируется в виде профилированных пороховых элементов. Равномерное поступление полуфабриката в конфузорную зону экструдера роторного типа обеспечивает равномерное истечение его через экструзионную матрицу. Выходящие из матрицы с одной скоростью элементы по приемному лотку направляются в автомат резки и отрезаются на необходимую длину. Таким образом, резко сокращается количество возвратного брака по геометрическим размерам. Полный объем сдвиговых деформаций, характеризующий степень гомогенизации и пластификации порохового полуфабриката, будет зависеть от соотношения площади на входе в конфузорную зону экструдера к площади поперечного сечения экструдируемых элементов. Температура воды, обогревающей роторы и корпус экструдера - 70-90°C, давление в формующей зоне экструдера - 150-250 кгс/см2.
Основные технологические операции, оборудование и режимы переработки порохов и топлив баллиститного типа по прототипу и заявленному способу представлены в таблице 1.
Основные свойства порохов и топлив баллиститного типа, изготовленных по заявляемому способу, представлены в таблице 2 в сравнении с порохом, изготовленным по прототипу.
Представленные в таблице 2 данные свидетельствуют о более высокой гомогенности порохов и топлив, изготовленных по предлагаемому способу, а это существенно влияет на прочностные характеристики, химическую стабильность и термическую стойкость. Одновременно достигается высокая стабильность баллистических характеристик, снижается внутри- и межпартийный разброс скорости горения, что в целом повышает боевую эффективность высокоточной спецтехники.
Таким образом, предлагаемый способ изготовления порохов баллиститного типа позволяет:
- сократить время технологического цикла за счет сокращения количества основных операций в 1,5 раза, упростить технологическую схему;
- обеспечить повышение комплекса эксплуатационных, физико-механических, физико-химических, баллистических характеристик, химической стойкости и термической стабильности;
- повысить экономическую эффективность производства за счет снижения теплоэнергозатрат на 20-25%, трудозатрат - на 15-25%, межфазных транспортных расходов - на 40-50%, сокращения межфазных потерь дорогостоящего сырья и материалов на 15-20%;
- повысить безопасность технологического процесса за счет уменьшения количества пороховой или топливной массы в формующей конфузорной части экструдера роторного типа.
Таблица 1 | ||
Технологические операции и условия переработки | Оборудование и значение режима переработки | |
Прототип | Заявляемый способ | |
1. Смешение компонентов - "варка" пороховой или топливной массы | Смеситель | Смеситель |
- температура воды в смесителе, °C | 15-35 | 20-55 |
- время смешения, ч | 6 | 6 |
2. Отжим массы | Пресс отжимной | Пресс отжимной |
- температура теплоносителя, °C | 30-60 | 30-60 |
- влажность массы, % | 5-12 | 5-12 |
3. Пластификация | Непрерывные вальцы | Непрерывные вальцы |
- температура теплоносителя, °C, с рабочего валка | 90-100 | 80-100 |
- температура теплоносителя, °C, с холостого валка | 80-90 | 70-90 |
4. Сушка | Сушильный барабан | Сушильный барабан или шнековая сушилка |
- время сушки, мин | 45 | 45-90 |
- влажность таблетки, % | не более 1,0 | не более 1,0 |
- температура теплоносителя, °C | 90-110 | 90-110 |
5. Гомогенизация таблетки и формование блоков | Шнек-пресс с раструбным пресс-инструментом | - |
- температура теплоносителя, °C | 80-95 | - |
- давление прессования, кгс/см2 | 200-400 | - |
6. Разогрев блоков | Термошкаф | - |
- температура теплоносителя, °C | 75-85 | - |
- время разогрева, ч | 12-14 | - |
7. Прессование элементов | Гидропресс | Экструдер роторного типа |
- температура теплоносителя, °C | 70-85 | 70-90 |
- давление прессования, кгс/см2 | 170-270 | 150-250 |
Коэффициент использования сырья и материалов | 0,70 | 0,95 |
Таблица 2 | ||
Наименование характеристики | Значение характеристики | |
баллиститного пороха, изготовленного по прототипу | баллиститного пороха и топлива, изготовленного по предлагаемому способу | |
1. Плотность пороха, , г/см3 | ср.±10,0% | ср.±4,2% |
2. Допускаемый внутрипартийный разброс скорости горения по ОСТ В 84-454-92 | ±5,0 | ±2,2 |
3. Допускаемый межпартийный разброс скорости горения по ОСТ В 84-454-92 | ±10,0 | ±5,4 |
4. Термическая стойкость по газовыделению при Т=110°C за 5 ч, мм рт.ст. не более (ОСТ В 84-2085-82) | 80 | 10 |
Класс C06B21/00 Способы или устройства для обработки взрывчатых веществ, например формование, резка, сушка