Способ ликвидации зарядов твердого ракетного топлива

Способ ликвидации зарядов твердого ракетного топлива

Реферат

 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при ликвидации зарядов твердого ракетного топлива (ТРТ) или его фрагмента с очисткой продуктов сгорания. Техническим результатом изобретения является экологически чистый и безопасный способ ликвидации зарядов ТРТ путем сжигания с использованием хладагента. Сущность изобретения заключается во флегматизации большей части поверхности горения зарядов с помощью водно-гелевого состава. Заряд в корпусе устанавливают вертикально или наклонно, заливают в канал водно-гелевый состав и после образования геля производят сжигание заряда в положении, определяемом конструкцией стенда-утилизатора. Аналогично сжигают фрагменты крупногабаритных зарядов, а куски топлива, полученные при глубокой дезинтеграции дефектных зарядов, сжигают в среде водно-гелевого состава. 8 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к способу ликвидации зарядов твердого ракетного топлива (ТРТ) методом сжигания, преимущественно к способам сжигания канальных зарядов ТРТ непосредственно в корпусах ракетных двигателей или фрагментов зарядов и может быть использовано при утилизации твердого ракетного топлива.

В настоящее время известны способы ликвидации зарядов ТРТ подрывом, разрезкой, сжиганием в корпусах с соплом и без сопла на стендах и специальных площадках. Все перечисленные методы обладают принципиальными недостатками: наносят большой экологический ущерб, требуют значительного землеотвода, больших капитальных и эксплуатационных затрат.

Так, способ сжигания зарядов в корпусе без соплового блока на открытой площадке [1] требует значительного землеотвода и наносит большой экологический ущерб.

Известен способ сжигания крупногабаритных зарядов на экологически безопасном стенде [2] с охлаждением продуктов сгорания водой, локализацией их в газгольдерах и нейтрализацией.

Недостатком данного способа являются большие капитальные затраты на строительство стенда, высокая стоимость его эксплуатации, большое энергопотребление на охлаждение продуктов сгорания - расходуется не менее 10 литров воды на каждый килограмм с последующей ее очисткой дистилляцией. Стенд имеет низкую пропускную способность - одно сжигание в неделю.

Известен способ ликвидации зарядов ТРТ методом замедленного регулируемого выжигания [3], заключающийся в выжигании заряда из корпуса двигателя, установленного вертикально без сопла расходным отверстием вверх каналом, заполненным водой. Взаимное положение текущих уровней поверхности воды и поверхности горения топлива в процессе выжигания контролируется специальными датчиками и регулируется системой автоматической подачи воды в канал заряда. Это позволяет в 10 - 20 раз снизить секундный расход продуктов сгорания и сделать процесс сжигания твердого топлива технически и экологически безопасным.

Недостатком этого способа, принятого за прототип, является необходимость строительства специального вертикального стенда со сложными системами контроля процесса горения и автоматической подачи воды в канал заряда.

Технической задачей изобретения является создание экологически чистого и безопасного способа ликвидации зарядов ТРТ путем выжигания, не требующего строительства специального вертикального стенда с системами контроля и автоматического регулирования процесса выжигания, позволяющего использовать существующие горизонтальные стенды с универсальным технологическим оборудованием.

Поставленная задача решается тем, что в качестве хладагента используется водный гелеобразующий состав, в котором в качестве гелеобразователя могут быть использованы карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ), полиакриламид (ПАА), желатин, агар-агар, гуаргам или другие гелеобразующие вещества индивидуально или в виде смеси. В состав хладагента могут быть также введены кроме гелеобразователя специальные добавки, например мел, селитра, окись алюминия и другие вещества, нейтрализующие вредные компоненты продуктов сгорания (HCl, CO и др. ) или повышающие выход промышленной продукции при утилизации продуктов сгорания (оксида алюминия, оксихлорида алюминия, генераторного газа, двуокиси углерода и др.). Водно-гелевый состав наносят на поверхность ТРТ путем смачивания разбрызгиванием, намазыванием или погружением. В этой целью была проведена серия опытов на лабораторных образцах 20 - 30 мм и длиной до 50 мм. После образования гелеобразной пленки на поверхности заряда они поджигались по торцу. Во всех случаях образцы горели стабильно, нарушения целостности водногелевой пленки на образцах не наблюдалось.

Для ликвидации заряда ТРТ, размещенного в корпусе РДТТ, свободный объем канала заполняют водно-гелевым составом, а сжигание производят после образования геля в произвольном положении РДТТ.

При таком способе сжигания секундный расход продуктов сгорания сокращается в 10 - 20 раз в зависимости от конструкции заряда, обеспечивается максимально возможная взрывобезопасность и возможность использования высокоэффективных малогабаритных очистных устройств (например, струйных фильтров), исключается необходимость дополнительной подачи воды в канал, упрощаются системы контроля.

Отработка предложенного способа была проведена на фрагментах заряда в виде лабораторных образцов весом от 10 до 50 г и натурных зарядов весом от 6 до 100 кг с временем горения от десятков секунд до 25 минут. Сжигание проводили как с вертикальным, так и горизонтальным расположением зарядов и лабораторных образцов.

При сжигании заряда из ТРТ весом 50 кг и длиной 1760 мм в стеклопластиковом корпусе с каналом, заполненным водно-гелевым раствором (2% полиакриламида, 7,3% углекислого кальция, 90,7% воды), было получено устойчивое замедленное горение в течение 20 минут. Заряд сжигался в вертикальном положении.

Для проверки возможности обеспечения устойчивого стабильного горения заряда с каналом, заполненным водно-гелевым раствором в горизонтальном положении, был использован заряд весом 100 кг и длиной 2200 мм в стеклопластиковом корпусе. Предварительно в канал заряда, расположенного вертикально, было залито 11 кг водно-гелевого раствора, содержащего в качестве гелеобразователя 7% гуаргама. После образования геля заряд был переведен в горизонтальное положение и через 3 часа (вытекание геля не наблюдалось) был подожжен с помощью электрической спирали. Горение заряда продолжалось около 25 минут и носило стабильный характер.

С целью экономии водно-гелевого состава можно вставлять в канал заряда инертное тело и заливать хладагент в зазор между поверхностью заряда ТРТ и инертным телом.

Для проверки возможности экономии гелеобразователя при обеспечении устойчивого процесса горения топлива в канал заряда весом 6 кг помещали инертное тело - деревянный стержень и в зазор между стержнем и топливом заливали водно-гелевый раствор, содержащий в качестве гелеобразователя 0,6% желатина. Процесс горения заряда был стабильным. В качестве инертного тела могут быть также использованы вставки из бумаги, картона, пластика, имеющие низкую теплопроводность материала.

Для сжигания крупногабаритных зарядов из СТТ весом от 10 до 50 т требуются соответствующие подъемно-транспортные средства, стендовые и очистные сооружения. Чем меньше максимальный вес сжигаемого заряда, тем меньше затраты на его сжигание. В настоящее время освоен метод разрезки крупногабаритных зарядов на отдельные фрагменты в виде дисков весом 3 - 6 т с помощью гидромониторов. Ликвидация таких дисков замедленным выжиганием потребует заметно меньших затрат (в 2 - 3 раза), чем сжигание целого заряда, так как для их сжигания не потребуются громоздкие стенды и очистные сооружения.

В отдельных случаях ликвидация заряда ТРТ методом сжигания в виде моноблока или в виде дисков невозможна из-за массовых дефектов (пористости, внутренних трещин, неспаев), приводящих к нестабильному горению топлива. Предлагается дезинтегрировать заряд на фрагменты в виде кусков произвольной формы и размеров, которые затем сжигать в произвольной емкости в среде водно-гелевого состава. Предложение было проверено сжиганием навески мелких кусков твердого топлива, помещенной в фарфоровую чашку и залитой водно-гелевым составом. Горение навески ТРТ носило спокойный, стабильный характер.

После любого сжигания зарядов ТРТ, скрепленных с корпусом, остаются несгоревшие остатки, содержащие вредные химические продукты полуразложения материалов корпуса, термоизоляции, защитно-крепежного слоя, манжет. Эти остатки, как правило, подвергают захоронению на специальных площадках и полигонах. Однако захоронение как метод не гарантирует от выноса вредных и опасных для здоровья людей веществ на поверхность земли грунтовыми водами.

Предлагается дожигать несгоревшие остатки предыдущего сжигания, помещая их в высокотемпературный поток продуктов сгорания очередного ликвидируемого заряда с уловом и очисткой продуктов сгорания в очистных сооружениях. Этот метод ликвидации остатков зарядов ТРТ проверен многочисленными стендовыми испытаниями двигательных установок на твердом ракетном топливе.

Литература 1. "Безопасность труда в промышленности", N 9, 1988 г., стр. 4-52 - аналог.

2. Экспресс-информация "Новости машиностроения", N 23, 1974 г., стр. 9 - аналог.

3. Патент RU 2021560 от 15.04.93 г. - прототип.

Формула изобретения

1. Способ ликвидации заряда твердого ракетного топлива (ТРТ), размещенного в корпусе ракетного двигателя на твердом топливе (РДТТ) либо его фрагмента, заключающийся в его сжигании с использованием хладоагента, отличающийся тем, что в качестве хладоагента используют водногелевый состав.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гелеобразователей используют карбоксиметилцеллюлозу, полиакриламид, желатин, агар-агар, гуаргам, индивидуально или в виде смеси.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав хладоагента вводят добавки, нейтрализующие вредные компоненты продуктов сгорания или повышающие выход промышленной продукции при переработке продуктов сгорания.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что водногелевый состав наносят на поверхность ТРТ путем смачивания разбрызгиванием, намазыванием или погружением.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при ликвидации заряда ТРТ, размещенного в РДТТ свободный объем канала заряда предварительно заполняют водногелевым составом, а сжигание производят после образования геля в произвольном положении.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что хладоагент заливают в зазор между поверхностью и инертным телом, помещенным в канал заряда.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что перед сжиганием заряд ТРТ разрезают на фрагменты в форме дисков определенной длины и веса и сжигание производят по частям.

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что перед сжиганием заряд ТРТ разделяют на фрагменты в виде кусков произвольной формы и размеров, которые помещают в емкость с водногелевым составом.

9. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что в высокотемпературный поток продуктов сгорания очередного ликвидируемого заряда ТРТ или его фрагмента помещают остатки предыдущего сжигания.