Как видно из выражений (4.198) и (4.199), температура в канале винта значительно изменяется от поверхности винта
к |
поверхности |
втулки. |
На |
рис. |
164 |
построены |
функции |
■^сд |
= Я у ), У = |
Я(у), & = |
f i y ) , |
= |
/O ’) и |
T(y) = f ( y ) . |
Графики |
наглядно показывают, что тепловыделения и температуры по глубине канала в основном определяются скоростью сдвига, однако возрастают значительно интенсивней на начальном участке (от поверхности винта).
В уравнениях распределения температур градиент давления влияет на температуру параболически, а индекс течения сам является степенью по отношению к скорости сдвига. Поэтому влияние и напорности пресса, и реологических свойств пороха на температуру пороха как в канале, так и в зазоре огромно. На рис. 165 представлены графики зависимости температуры от величины В (пропорциональной градиенту) и характеристик к п п . Видно, что на определенном участке кривые имеют из лом, что свидетельствует о резком возрастании при данных ус ловиях скорости сдвига пороховых слоев в канале винта. По этому точки перегиба являются граничными условиями работы пресса, которые будут определенны в следующем разделе.
Рис. 164. Распределение напряжения, скорости сдвига, тепловыделений, температуры по глубине канала винта:
1 - 700; 2 - 3 - т; 4 - у; 5 - Ô
о у
346
Рис. 165. Зависимость максимальной температуры в канале винта от гра диента давления и реологических свойств состава:
1 - к ( п = 5,5; В = 5); |
2 - |
п |
( к |
= |
2-К)-7; В = 5); |
3 - |
В |
( п |
= |
5,5; |
к = 2-10-7) |
4.5 Шнековые пресса. Требования к безопасности процесса. Основы проектирования и типы прессов
Модифицированные БРТТ содержат в своем составе зна чительное количество наполнителей в виде минеральных и ор ганических инертных компонентов, металла и взрывчатых ве ществ. Порох РТГ-25 содержит 25% гексогена и 10% металла. Плазменные пороха БП-10, БП-12, БП-15 имеют в своем со ставе 20...25% металла и 12...15% азотнокислого цезия. Такие пороха отличаются большей чувствительностью к механиче ским воздействиям и детонационному импульсу. Критическое расстояние передачи детонации достигает значения 30...40 мм, тогда как у штатных порохов — 15...20 мм.
Изменяются и технологические свойства порохов. Возрас тающее внешнее трение при неизменных или даже ухудшаю-
347
Рг. кгс/см2
Рис. 166. Распределение |
давления |
в канале |
винта двух прессов: П С В |
||
и |
конусного |
с |
а , |
= 2,5" |
|
i cp = 10 кгс/см 2; |
т(1 |
= |
2,5 |
кгс/см 2 |
|
щихся вязких свойствах пороха затрудняет его переработку на всех технологических аппаратах. В первую очередь это отно сится к шнековому прессу, для нормальной работы которого важны именно реологические свойства массы.
Важным фактором, выставляющим дополнительное требо вание к технологии порохов, является снижение термостойкостных свойств новых составов. Активное взаимодействие ме талла (А1 + Mg) с окислителем (селитра) в водной среде при повышенных температурах является причиной более высокого газовыделения при переработке пороха. При тех же технологи ческих режимах изготовления такой порох оказывается нетер мостабильным. Пониженная термохимическая устойчивость часто является причиной получения брака еще на стадии пе реработки, особенно на фазе прессования. Вздутия поверхно-
348
сти в виде «пузырей», очаги разложения, «перегрев» — вот да леко не полный перечень дефектов, которые так или иначе связаны с термохимической устойчивостью. Следовательно, применяющиеся для штатных порохов процессы прессования по интенсивности сдвиговых процессов и тепловыделений практически неприемлемы для изготовления новых порохов.
Таким образом, разработка шнековых прессов для новых баллиститных порохов должна учитывать следующие категории их свойств:
—повышенную чувствительность к детонационному им пульсу и механическим воздействиям;
—ухудшенные реологические характеристики;
—пониженную термохимическую стойкость.
Как видно, задача создания новых прессов является слож ной и многостадийной. Она не может решаться абстрактно: разработка пресса включает в себя анализ перечисленных свойств пороха, инженерные расчеты процесса с целью выбо ра оптимальных технологических и конструктивных парамет ров и поиск решений, обеспечивающих эти параметры.
Решение задачи в полном объеме может быть достигнуто усилиями коллектива специалистов, включающего в себя хи миков — разработчиков пороха, технологов и конструкторов. До сих пор вопросы создания новых шнек-прессов, также как, впрочем, и проектирование пороха по реологическим свойст вам решались эмпирически, путем многочисленных экспери ментальных опробований винтов различных геометрических размеров в опытном производстве или непосредственно на за воде. Время создания новой конструкции пресса исчисля лось годами. Обычно такая работа сопровождается в период отработки серией аварий и получением значительного количе ства брака.
Кроме того, разработка новых составов порохов вследствие неопределенности граничных условий процесса прессования превращается в такую же бесконечную цепь производственных экспериментов по подбору необходимых реологических свойств.
Разработанные методы количественной оценки закономер ностей течения баллиститного пороха в канале винта шнек-пресса позволяют определить максимально развиваемое прессом давление, объемный расход противотока и утечек, об щую производительность пресса и тепловыделения в канале винта. Кроме того, определяются критические условия процес-
349
са и граничные параметры конструкции пресса и реологиче ских свойств пороха. Однако аналитический метод решения охватывает не весь комплекс задач, связанных с процессом прессования. Методы оценки безопасности и термохимиче ской устойчивости пороха, включая критические условия са мовоспламенения, остаются эмпирическими. Поскольку трудо емкость экспериментов в данном случае мала, то аналитиче ское решение не является столь необходимым, как решение тех задач, которые были приведены ранее.
Таким образом, на первой стадии разработка пресса вклю чает в себя инженерные расчеты и лабораторные эксперимен ты по определению исходных данных для проектирования.
Для примера ниже приведены результаты работ по созда нию высокопроизводительного пресса, обеспечивающего безо пасные условия процесса и качество получаемых изделий. При получении исходных данных проектирования были определе ны необходимые условия, исключающие выход детонации в плотный порох, и изучены реологические и термохимиче ские свойства новых порохов. На основе результатов этих ис следований определялись конструктивные параметры пресса и граничные условия его работы. Независимо от этого разра ботаны критерии оценки безопасности процесса, прогнози рующие условия и возможность загорания пороха в прессе.
4.5.1 Безопасность процесса прессования. Условия разрыва детонационной цепи по интенсивности и экстенсивности
Выход детонации из рыхлого порохового полуфабриката
вплотный порох возможен только по промежуточному заряду
спостепенно нарастающей плотностью. В шнековом прессе всегда присутствуют три компоненты, необходимые для разви тия детонации: рыхлый полуфабрикат, участок пороха с посте пенно нарастающими плотностями и плотный порох. Поэтому всегда имеется возможность как возникновения детонации, так и ее дальнейшего развития.
Однако эта возможность может быть уменьшена или даже сведена до нуля конструктивными приемами. Выше были на званы факторы, в той или иной степени влияющие на разрыв детонационной цепи.
Одним из важнейших является критический диаметр дето нации заряда в рыхлой зоне и на участке переходных плотно стей. Если брать неизменными свойства пороха, размер и по ристость полуфабриката, то критический диаметр будет зави-
350