Способ приготовления топливной массы смесевого твердого ракетного топлива

Способ приготовления топливной массы смесевого твердого ракетного топлива

Реферат

Изобретение относится к изготовлению зарядов ракетного двигателя из смесевого твердого ракетного топлива (СТРТ) по технологии с применением вертикальных смесителей планетарного типа (ВСПТ),

Приготовление топливной массы СТРТ является неотъемлемой частью в технологическом процессе при изготовлении зарядов из СТРТ для ракетной техники различного назначения.

Приготовление топливной массы составляет начальную фазу и включает такие операции, как входной контроль компонентов, просейку или фильтрацию их, сушку, пластификацию, растворение, приготовление смеси жидковязких компонентов, приготовление смеси отвердителя с добавками, дозирование и смешивание.

Отдельные особенности при приготовлении топливной массы отмечены в ряде патентов по способу изготовления заряда из смесевого твердого ракетного топлива: США №3562364, 3807272, 4517035; ФРГ №2303065; РФ №2167135,2170721, 2194687.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является патент РФ №2226520, С 06 В 21/00, С 06 D 5/06 на способ изготовления зарядов из смесевого твердого ракетного топлива, который принят авторами за прототип.

Способом предусмотрено при изготовлении топливной массы сначала дозирование в смеситель смеси жидковязких компонентов, отвердителя, перемешивание их, затем дозирование порошкообразных компонентов 2÷4 порциями при подаче их непрерывным потоком с одновременным перемешиванием без вакуума и под вакуумом после загрузки последней порции порошкообразных компонентов.

В прототипе и аналогах по технологическим схемам под порошкообразными компонентами, вводимыми в смеситель, имеются в виду смеси фракций перхлората аммония с порошкообразными добавочными компонентами.

Для повышения энергетических характеристик смесевого твердого ракетного топлива (СТРТ) в него наряду с окислителем, преимущественно с перхлоратом аммония, вводят взрывчатое вещество, например октоген, гексоген и другие.

Повышенная чувствительность взрывчатых веществ к механическим воздействиям, к электрической искре требуют, для обеспечения безопасности производства, применения особых дополнительных мер при их вводе и приготовлении топливной массы, включая дистанционное осуществление процесса, контроля и управления.

Недостатком описанного в прототипе способа является отсутствие приемов, порядка ввода и перемешивания взрывчатого вещества с компонентами СТРТ в смесителе планетарного типа.

Технической задачей данного изобретения является разработка безопасного способа ввода взрывчатого вещества и приготовления топливной массы.

Техническое решение достигается за счет того, что

1. К сдозированной в вертикальный смеситель планетарного типа навески смеси жидковязких компонентов с добавками дозируют взрывчатое вещество 1-2 порциями с последующим перемешиванием в течение 5-15 минут, затем смесь перхлората аммония с добавками по отдельным линиям, для чего заранее подготовленную навеску взрывчатого вещества из контейнера подают питателем в сепаратор, где отделяют от посторонних включений, и ссыпают через клапан на поверхность перемешиваемой топливной массы, при этом дозирование взрывчатого вещества начинают после заполнения свободного объема смесителя инертной средой (азотом или углекислым газом), для чего в смесителе сначала вакуум-насосом, защищенным системой фильтров, создают разрежение с остаточным давлением не более 40 мм рт. ст., затем путем подачи инертного газа повышают давление в смесителе до атмосферного, вытесняемую из смесителя при загрузке взрывчатого вещества пылевоздушную смесь направляют в освободившийся объем контейнера.

2. Приготовление смеси жидковязких компонентов с добавками проводят непосредственно в смесителе для приготовления топливной массы.

Реализацию технического решения проводят по прилагаемой схеме, приведенной на чертеже.

В смеситель дозируют заданную массу жидковязких компонентов с добавками, включая алюминиевый порошок. Заранее подготовленную навеску взрывчатого вещества в контейнере 1 завозят в здание приготовления топливной массы, устанавливают над питателем 2 и подсоединяют к нему. Свободный объем смесителя после загрузки жидковязких компонентов с добавками, включая алюминиевый порошок, заполняют инертной средой (азотом или углекислым газом) следующим образом. При закрытых клапане 4, затворов 8^а, 8^в и открытом затворе 8⁶ и включенном вакуум-насосе 7 через систему фильтров (вакуум-ловушку 6^а, каплеуловитель 6^б, фильтре 6^в) в смесителе 5 создают разрежение с остаточным давлением не более 40 мм рт. ст. Затем закрывают затвор 8^б, открывают затвор 8^в и из баллонов 9 свободный объем смесителя заполняют инертной средой (азотом или углекислым газом) до повышения давления до атмосферного и закрывают затвор 8^в. Открывают клапан 4 и затвор 8^а. Включают сепаратор 3, питатель 2. При этом взрывчатое вещество из контейнера 1 непрерывно поступает в сепаратор 3, из которого просеянное через перфорированное полотно взрывчатое вещество через открытый клапан 4 поступает в смеситель 5. При поступлении взрывчатого вещества в смеситель вытесняемая из него пылегазовая смесь по трубопроводу заполняет освободившийся объем контейнера.

При малом (до 10%) содержании взрывчатого вещества в составе СТРТ его навеску загружают в один прием. При большем содержании его в составе загрузку производят в два приема: подают 1/2 навески, продолжают перемешивание в течение 5-15 мин, затем подают оставшиеся 1/2 навески с продолжением перемешивания в течение 5-15 мин.

Необходимость подачи в смеситель взрывчатого вещества и смеси фракций перхлората аммония с порошкообразными добавками по двум отдельным линиям связано по следующим причинам:

1. Известно, что при наличии в перхлорате аммония веществ органического происхождения взрывчатые характеристики повышаются. Экспериментальные данные также показывают, что при определенных соотношениях их (перхлората аммония и, например, октогена) чувствительность к механическим воздействиям становится выше, чем у исходных компонентов.

2. Взрывчатые вещества при механических воздействиях, связанных с перемещением частиц относительно друг друга, способны сильно электризоваться с образованием значительных зарядов статического электричества. Из-за высокой чувствительности взрывчатого вещества к электрической искре могут возникнуть очаги начала быстро распространяющих процессов горения, взрыва и детонации. Установлено, что чувствительность, электризация взрывчатых веществ к электрической искре в инертной среде (азоте или углекислом газе) уменьшается в 5 и более раз.

3. В системах с полимерными материалами, к которым относятся составы СТРТ, с увеличением наполнителей происходит повышение вязкости и предела текучести. В высоконаполненных составах СТРТ содержание наполнителя достигает до 85-90%. При высоком содержании наполнителя в процессе перемешивания возникают большие сдвиговые напряжения в слое массы и на границе контакта массы с перемешивающими органами. Отсюда для безопасного ведения процесса целесообразно ввод взрывчатых веществ, как обладающих повышенной чувствительностью к механическим воздействиям, в начальной стадии, т.е. когда система имеет минимальную вязкость и низкий уровень предельного напряжения сдвига.

4. Применение контейнерного варианта упаковки взрывчатого вещества позволяет механизировать процесс загрузки, организовать ведение технологического процесса в дистанционном режиме. Использование питателя обеспечивает равномерное питание сепаратора и устойчивую работу последнего. Потребность в сепараторе обусловлена необходимостью исключения попадания посторонних включений, разрыхления продукта в случае комкования и отделения слежавшихся твердых комков при их наличии. Клапан предназначен для герметизации смесителя в процессе вакуумирования.

5. Создание атмосферы инертной среды в смесителе может быть достигнуто путем откачки воздуха из него при помощи вакуум-насоса с последующим заполнением газом (азотом или углекислым газом). При создании вакуума с остаточным давлением не менее 40 мм рт. ст. в смесителе содержание кислорода, от которого зависит чувствительность к механической искре, составит небольшую величину менее 1,2%.

6. При поступлении взрывчатого вещества в смеситель будет вытесняться пылегазовая смесь. В то же время этот же объем будет освобождаться в контейнере. При соединении смесителя с контейнером обеспечивается исключение выделения пылегазовой смеси в рабочее помещение.

7. При изготовлении изделий среднего и малого габаритов большими партиями согласно способу, изложенному в прототипе, для обеспечения максимально возможной производительности используют самостоятельную технологическую линию по подготовке смеси жидковязких компонентов с добавками, на которой выполняют операции по подготовке жидковязких и порошкообразных компонентов, включая алюминиевый порошок, и их смесей. Далее эту смесь дозируют в смеситель для приготовления топливной массы. Затем вводят отвердитель и перхлорат аммония с добавками, перемешивают без и под вакуумом.

При приготовлении топливной массы и изготовлении изделий малыми партиями с массой, вмещающей в объем смесителя и менее, работа по вышеуказанной схеме по способу, изложенному в прототипе, становится экономически нецелесообразной, т.к. при этом возрастают безвозвратные потери в виде остатков продукта в смесителе, трубопроводах и дозирующем оборудовании, возникает необходимость в частой чистке их с дополнительными трудозатратами.

В этом случае наиболее приемлемым вариантом будет дозирование жидковязких компонентов с добавками, включая алюминиевый порошок, перемешивание их в том же смесителе, в котором производится приготовление топливной массы. После приготовления смеси жидковязких компонентов с добавками, включая алюминиевый порошок, операции по приготовлению топливной массы продолжают в том же порядке, как после дозировки их смеси по первой схеме.

Сравнительные особенности техпроцесса по предлагаемому изобретению и прототипу приведены в таблице.

Таблица
Сравнение предлагаемого изобретения с прототипом.
Последовательность выполнения операций	По прототипу	По предлагаемому изобретению	Признаки
1	2	3	4
1. Подготовка компонентов.	имеется	имеется	по прототипу
2. Дозирование компонентов.	имеется	имеется	по прототипу
3. Приготовление смеси жидковязких компонентов и алюминиевого порошка в отдельном смесителе.	имеется	имеется	по прототипу
4. Дозирование смеси жидковязких компонентов и алюминиевого порошка.	имеется	имеется	по прототипу
5. Приготовление смеси жидковязких компонентов и алюминиевого порошка в том же смесителе вместо позиций 3 и 4.	отсутствует	имеется	отличительный
6. Создание атмосферы инертной среды в свободном объеме смесителя.	отсутствует	имеется	отличительный
7. Подача навески взрывчатого вещества (расходование из контейнера, питание питателем, сепарирование, ссыпка через клапан) в смеситель с параллельным поступлением вытесняемой пылегазовой смеси в контейнер.	отсутствует	имеется	отличительный
8. Перемешивание после загрузки каждой из 1-2 порций взрывчатого вещества.	отсутствует	имеется	отличительный
9. Далее с загрузки отвердителя и выполнение последующих операций по приготовлению топливной массы и формованию зарядов.	имеется	имеется	по прототипу

Предлагаемый по изобретению способ опробован на ФГУП "Пермский завод им. С.М.Кирова" с положительными результатами.

1. Способ приготовления топливной массы смесевого твердого ракетного топлива, включающий приготовление смеси жидковязких компонентов с добавками, дозирование полученной смеси, отвердителя, смеси порошкообразных компонентов в вертикальный смеситель планетарного типа и их перемешивание, отличающийся тем, что после дозирования в вертикальный смеситель планетарного типа смеси жидковязких компонентов с добавками в смесителе создают разрежение с остаточным давлением не более 40 мм рт. ст. вакуум-насосом, защищенным системой фильтров, затем заполняют свободный объем смесителя инертной средой: азотом или углекислым газом, повышая давление в смесителе до атмосферного, заранее подготовленную навеску взрывчатого вещества из контейнера подают питателем в сепаратор, где отделяют взрывчатое вещество от посторонних включений и ссыпают через клапан 1-2 порции в смеситель на поверхность перемешиваемой топливной массы с последующим перемешиванием в течение 5-15 мин, по отдельной линии дозируют в смеситель перхлорат аммония с добавками, а вытесняемую из смесителя пылегазовую смесь направляют в освободившийся объем контейнера.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что приготовление смеси жидковязких компонентов с добавками проводят непосредственно в смесителе для приготовления топливной массы.