Способ смешения компонентов взрывчатого состава

Способ смешения компонентов взрывчатого состава

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области смешения взрывчатых составов, в том числе порохов и смесевых ракетных твердых топлив, содержащих жидковязкие и порошкообразные компоненты.

Способ может быть применен в производстве зарядов твердого топлива для ракетных двигателей различных классов ракет, пороховых газогенераторов, пороховых аккумуляторов давления скважин и других изделий аналогичного назначения.

Существующие способы смешения взрывчатых составов в вертикальных смесителях планетарного типа (патенты США №3562364, 3807272, патент ФРГ №2303065, патент РФ №2167135) предусматривают операции дозирования, сначала жидковязких компонентов в съемный корпус смесителя, затем загрузку порошкообразных компонентов и последующее их перемешивание.

Известен способ изготовления заряда из смесевого твердого ракетного топлива по заявке РФ №2002115668, кл. С 06 В 21/00, принятый авторами за прототип. Способ включает подготовку жидковязких и порошкообразных компонентов, дозирование жидко-вязких компонентов в смеситель, дозирование порошкообразных компонентов в смеситель порциями, перемешивание каждой порции порошкообразных компонентов с жидковязкими компонентами.

Недостатками вышеперечисленных способов являются:

1. Изменение заданного (расчетного) распределения частиц по размеру (дисперсности) в дозируемой порции порошкообразных компонентов, из-за потери мелких частиц в результате налипания их к поверхности технологического оборудования, уноса их в воздушном потоке при загрузке, что приводит к разбросу выходных характеристик состава.

2. Отсутствует контроль за качеством перемешивания компонентов, обеспечивающий оценку завершенности процесса перемешивания компонентов с учетом особенностей состава и смесительного оборудования.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка способа смешения компонентов взрывчатого состава, исключающего разброс выходных характеристик состава в результате нарушения расчетного соотношения частиц порошкообразных компонентов по размеру в дозируемой порции и отсутствия эффективного контроля качества (однородности) распределения перемешиваемых компонентов в смесителе.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе смешения компонентов взрывчатого состава, включающем подготовку жидковязких и порошкообразных компонентов, дозирование жидковязких компонентов в смеситель, дозирование порошкообразных компонентов в смеситель порциями, перемешивание каждой порции порошкообразных компонентов с жидковязкими компонентами. Особенность в том, что при подготовке порошкообразных компонентов их расфасовывают на порции по дисперсности частиц, отделяя мелкодисперсные частицы от крупнодисперсных, дозирование порошкообразных компонентов в смеситель порциями ведут при весовом контроле массы дозируемой порции, при этом сначала дозируют порции порошкообразных компонентов с крупнодисперсными частицами, затем с мелкодисперсными частицами, перемешивание каждой порции порошкообразных компонентов с жидковязкими компонентами ведут с контролем нагрузок на приводе мешалок смесителя.

Окончательное перемешивание ведут до достижения минимальных установившихся нагрузок на приводе мешалок смесителя и стабилизации величины их колебания.

Для обеспечения требуемых характеристик (реологических, структурно-механических) в рецептурах взрывчатых составов используются полидисперсные порошкообразные компоненты с размером частиц от 1...5 мкм до 500 мкм при различных соотношениях фракций по размеру частиц. При выполнении технологических операций (загрузка, выгрузка порошкообразных компонентов из контейнера, транспортирование и т.д.) полидисперсные порошкообразные компоненты склонны к расслоению, налипанию мелких частиц к стенкам аппаратов. Как правило, при выполнении этих операций основную часть потерь составляют мелкодисперсные частицы, что приводит к изменению в дозируемой порции расчетного (заданного) соотношения частиц по размерам и в результате к изменению выходных характеристик состава.

В данном способе при подготовке порошкообразные компоненты предлагается расфасовывать на порции по дисперсности частиц, отделяя мелкодисперсные частицы от крупнодисперсных. Мелкодисперсные частицы дозируют в корпус смесителя отдельно от крупнодисперсных частиц, что позволяет при существующем весовом контроле массы дозируемого порошкообразного компонента обеспечить расчетное соотношение по размеру частиц путем дозагрузки недостающей фракции.

Перемешивание взрывчатых составов сопровождается такими физико-химическими процессами, как смачивание поверхности твердых частиц порошкообразных компонентов с жидковязкими компонентами (вытеснение воздуха с поверхности твердой фазы), образование на поверхности частиц порошкообразных компонентов, под действием силового поля частиц, адсорбционных оболочек из молекул жидковязких компонентов. Эти процессы проходят на поверхности раздела фаз и поэтому скорость их протекания главным образом определяется удельной поверхностью (размером) частиц порошкообразных компонентов. Чем больше удельная поверхность (меньше размеры), тем больше энергозатрат и времени требуется для завершения этих процессов и процесса перемешивания в целом. В свою очередь энергозатраты определяются сдвиговыми напряжениями r, возникающими в зазорах взаимно перемещающихся органов (мешалок) смесителя, которые выражаются зависимостью:

r=η·γ²,

где r - напряжение сдвига, г/см²;

η - вязкость состава, П;

γ - скорость сдвига, с^-1.

Отсюда видно, что для повышения энергозатрат и интенсивности процесса перемешивания необходимо иметь как можно более высокую вязкость состава.

В начальной стадии перемешивания вязкость жидковязкой основы состава имеет наименьшее значение, сдвиговые напряжения в зазорах взаимно перемещающихся органов будут также минимальными. Поэтому для достижения максимальной эффективности процесса перемешивания предлагается сначала в жидковязкие компоненты дозировать и перемешать порции порошкообразных компонентов с крупнодисперсными частицами, для перемешивания которых требуется меньше сдвиговых напряжений, чем для мелкодисперсных частиц. Затем, после повышения вязкости состава за счет частичного наполнения его порошкообразными компонентами, предлагается дозировать порошкообразные компоненты с мелкодисперсными частицами и довести процесс перемешивания до получения однородного состава.

Исследования показали, что по мере улучшения качества перемешивания (однородности состава) на стадии окончательного перемешивания происходит снижение реологических характеристик (вязкости) состава. Момент достижения минимальной вязкости свидетельствует о завершении процесса перемешивания. Для контроля времени достижения минимальной вязкости и конца процесса перемешивания состава предлагается использовать характер изменения нагрузок на приводе мешалок смесителя, поскольку за изменением реологических характеристик состава следят нагрузки на приводе мешалок смесителя. Характер изменения нагрузок на приводе мешалок смесителя показан на чертеже, на котором видно, что в начале процесса окончательного перемешивания, когда состав неоднороден, нагрузки, действующие на мешалки смесителя, наибольшие и имеют максимальные пиковые колебания. Наличие пиков свидетельствует о присутствии в составе непромешанных агломератов порошкообразных компонентов, при попадании которых в зону взаимно перемещающихся органов происходит резкий скачок величины нагрузки (участок "а" на кривой). По мере улучшения качества распределения, повышения однородности состава снижается вязкость, уровень выгрузок и величина их колебания (участок "б" на кривой). При достижении полной однородности состава нагрузки принимают минимальное установившееся (стабилизированное) значение (участок "в" на кривой). Это свидетельствует о завершении процесса перемешивания компонентов. В момент достижения минимальных установившихся нагрузок на приводе мешалок смесителя и стабилизации величины их колебания предлагается определить конец процесса перемешивания компонентов состава в смесителе.

Примеры конкретного исполнения способа приведены в таблице. Опыты проводились при постоянной загрузке смесителя, постоянных числах оборотов мешателя и температуре состава 35±2°С.

В варианте 1 жидковязкие компоненты сначала перемешивались с порциями порошкообразных компонентов, сформированными из крупнодисперсных частиц, затем порциями из мелкодисперсных частиц. В варианте 2 жидковязкие компоненты сначала перемешивались с порциями порошкообразных компонентов, сформированными из мелкодисперсных частиц, затем с порциями из крупнодисперсных частиц.

Из данных таблицы видно, что за изменением вязкости состава следят нагрузки на приводе мешалок смесителя. Момент достижения минимальных установившихся нагрузок на приводе мешалок смесителя и стабилизация величины их колебания совпадает с моментом достижения наименьшей вязкости состава и может использоваться для оценки времени завершения процесса перемешивания компонентов состава.

Время достижения наименьшей вязкости и полной однородности состава в варианте 1 меньше, чем в варианте 2, что показывает преимущество предлагаемой последовательности дозирования порций порошкообразных компонентов.

Способ смешения компонентов взрывчатого состава с положительными результатами проверен в условиях опытного производства ФГУП "НИИПМ". Способ обеспечивает контроль качества перемешивания компонентов состава, исключается разброс выходных характеристик состава.

Таблица
ПРИМЕРЫ КОНКРЕТНОГО ИСПОЛНЕНИЯ СПОСОБА
Варианты	Время перемешивания, мин.	Вязкость, тысяч пз.	Нагрузки и колебание нагрузок на приводе мешалок в течение 10 мин, Вт
Начало замера	Конец замера	Начало замера	Конец замера
1.	25	6,0	350	300	3,0	2,2
	35	5.2	300	260	2,2	1,9
	45	4.0	260	240	1,9	1,2
	55	4.0	240	240	1,2	1,2
2.	25	7,1	410	360	3,2	2,8
	35	6.3	360	300	2,8	2,3
	45	5.2	300	260	2,3	1,9
	55	4,0	260	240	1,9	1,2
	65	4.0	240	240	1,2	1,2

Способ смешения компонентов взрывчатого состава, включающий подготовку жидковязких и порошкообразных компонентов, дозирование жидковязких компонентов в смеситель, дозирование порошкообразных компонентов в смеситель порциями, перемешивание каждой порции порошкообразных компонентов с жидковязкими компонентами, отличающийся тем, что при подготовке порошкообразных компонентов их расфасовывают на порции по дисперсности частиц, отделяя мелкодисперсные частицы от крупнодисперсных, дозирование порошкообразных компонентов в смеситель порциями ведут при весовом контроле массы дозируемой порции, при этом сначала дозируют порции порошкообразных компонентов с крупнодисперсными частицами, затем с мелкодисперсными частицами, перемешивание каждой порции порошкообразных компонентов с жидковязкими компонентами ведут с контролем нагрузок на приводе мешалок смесителя, после чего ведут окончательное перемешивание до достижения минимальных установившихся нагрузок на приводе мешалки смесителя и стабилизации величины их колебания.