Способ изготовления порохов и топлив баллиститного типа
Владельцы патента RU 2458896:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)
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.
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, ρ, г/см3 | ρср.±10,0% | ρср.±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 |
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.
