Учебное пособие: Использование взрывчатых веществ

W_i =U ₁ (w, A , , Р_Д , Р_Д /Р_СТ , Е , t ),(4.5)

a =U ₂ (w, A , , Р_Д , Р_Д /Р_СТ , Е , t ).

Для нахождения этих зависимостей Н.П. Логиновым разработана и предложена следующая методика. Навеска ВВ массой 0,05 г подвергается воздействию вибрационной и статической нагрузок с заданными параметрами на вибростенде. Перед началом испытаний ВВ помещают между двумя стальными роликами в роликовом приборе (см. рисунок 4.3), подпрессовывают до определенного статического давления и включают вибратор, который в течение некоторого времени создает циклическую нагрузку с заданными параметрами. В процессе эксперимента с помощью термопары, введенной через нижний ролик или муфту в зону контакта ВВ с поверхностью ролика или муфты, непрерывно измеряют температуру образца. Вероятность взрыва W_i определяют по результатам десяти параллельных опытов, в которых регистрируются взрыв или отказ.

Степень разложения a определяют по результатам опытов с образцами ВВ путем размещения роликового прибора в герметичной камере, установленной на вибростенде. Камера обеспечивает накопле-ние газообразных продуктов, выделяющихся из образцов ВВ в ходе его разложения, вызванного вибрацией, при заданных параметрах вибрационного, статического и термического воздействий.

Для ускорения определения W_i при массовых испытаниях время вибронагружения ограничивалось до 30 с. В проведенных опытах установлена зависимость вероятности взрыва от определяющих параметров некоторых широко используемых ВВ. Исходя из этих данных установлены критические параметры вибрации для сравнительно чувствительных к вибрации ВВ, способных взрываться при частотах колебаний от 40 до 200 Гц, амплитудах колебаний от 0,05 до 6 мм. Но некоторые ВВ, например, тринитротолуол (ТНТ), тринитробензол (ТНБ), аммонит 6ЖВ, игданит, аммиачно-селитренные ВВ с добавлением нефтепродуктов в указанных условиях механического воздействия не взрываются. Поэтому для них вместо вероятности возникновения взрыва использованы в качестве критериев степень (a) или скорость (d a/ dt ) разложения с целью классификации их по чувствительности к вибрации. Степень разложения a находят из уравнения

a=(DP_i /DP_П ) Ч100%, (4.6)

где DP_i - избыточное давление газов за определенное время (с точностью до 10 Па);

DP_П - избыточное давление газов при полном разложении того же количества ВВ в такой же герметичной камере или при его полном сгорании.

Некоторые данные по оценке чувствительности ВВ к вибрации представлены в таблице 4.6.

Из таблицы 4.6 следует, что чувствительность гексогена, ТНТ и аммонита 6ЖВ зависит от частоты, амплитуды, ускорения колебаний и отношения динамической нагрузки к статической. При высоких значениях этих параметров достигаются пороговые значения параметров вибронагружения, при которых происходит переход медленного разложения во взрыв. Однако до достижения критических значений указанных параметров вибронагружения классификация ВВ по чувствительности к вибрации, не превышающей критических значений ее параметров, неосуществима, потому что эти ВВ не взрываются при реально достижимых значениях параметров вибрации.

Таблица 4.6 - Чувствительность некоторых ВВ к вибрации

Из данных таблицы 4.6 следует также, что только гексоген при частоте w от 135 до 150 Гц имеет вероятность взрывов W_i от 0 до

100 %, а ТНТ и аммонит 6ЖВ не взрываются даже при повышении частоты колебаний до 150 Гц, но все они при вибронагружении даже с низкими параметрами вибрации химически разлагаются. Поскольку степень разложения для любого ВВ можно измерить предлагаемым в данной методике способом, этот показатель вполне пригоден для определения безопасных или критических параметров вибровоздействия при использовании вибрационной технологии в ходе получения и переработки ВВ. По аналогии со степенью разложения ВВ при тепловых воздействиях, используемой в качестве характеристики химической стабильности ВВ при нагревании, допустимое значение степени разложения за время пребывания ВВ в активной зоне виброустановки не должно превышать 1 % массы единовременной загрузки ВВ. Вибрационную нагрузку, способную вызвать разложение более 1 % ВВ в ходе технологической операции, следует считать недопустимой по соображениям безопасности и сохранения эксплуатационных свойств ВВ.

В качестве характеристики безопасности технологических операций с ВВ при вибрационном воздействии Н.П. Логиновым [28] предложен новый критерий, называемый коэффициентом взрывобезопасности К_б , который характеризует степень удаленности энергетических показателей, соответствующих конкретному виду механического воздействия, от критических значений энергетических параметров, найденных для данного ВВ при испытаниях на виброустановке.

Для определения энергонапряженности работы любой виброустановки необходимо установить средний уровень затрат энергии на совершение определенной работы, достаточной для достижения требуемого технического эффекта, а затем сравнить его с критическим уровнем энергонапряженности, который соответствует уровню энергонапряженности, вызывающему разложение более 1 % ВВ за время воздействия вибронагрузки на одну и ту же порцию ВВ либо вызывающему воспламенение или взрыв. Кроме того, коэффициент безопасности должен учитывать физические, физико-химические, механические свойства конкретных ВВ или их наиболее взрывоопасных компонентов.

В общем виде предполагаемый коэффициент безопасности выражается зависимостью

К_б =К_э Ч К_в Ч К_т Ч К_м , (4.7)

где К_э - коэффициент энергонапряженности при вибрационной обработке;

К_в - коэффициент, учитывающий удаленность заданной температуры от начальной температуры ВВ и температуры его вспышки;

К_т - коэффициент, который учитывает удаленность фактической температуры переработки от температуры плавления ВВ;

К_м - коэффициент, учитывающий изменение механических характеристик ВВ при вибрационной обработке.

Коэффициенты рассчитывают по следующим зависимостям:

, (4.8)

для виброустановки с электромеханическим вибратором

W_кр =2m_e А w_кр ² , (4.9)

W_ф =2m_e А w_ф . (4.10)

где W_кр и W_ф - соответственно критическое и фактическое значение энергии, затраченной при виброобработке ВВ, отнесенной к его массе, кДж/кг;

m_e - масса дисбаланса вибратора (масса эксцентрикового вала, центр тяжести которого смещен от его горизонтальной оси вращения на величину эксцентриситета), кг;

w_кр , w_ф - соответственно критическое и фактическое значение угловой частоты колебаний, Гц;

А - амплитуда, м;

m ₁ - масса ВВ в испытательном приборе на виброустановке, кг;

m ₂ - масса ВВ в натурном виброаппарате, кг.

Учёт свойств и реакционной способности ВВ при определении значения К_б осуществляется путем введения коэффициента К_в , связанного с температурой вспышки Т_в , начальной Т ₀ и максимальной Т _iтемпературами вибрационной обработки:

. (4.11)

Таким же образом с помощью коэффициента К_т учитывается влияние перехода из твердого фазового состояния ВВ (или его компонентов) в жидкое или пластическое состояние, что может привести при вибрации к появлению кавитационного эффекта в жидкой среде, схлопыванию газовых полостей и к локальному резкому повышению температуры и давления с нежелательными последст-виями для данного производства:

, (4.12)

где Т_пл - температура плавления ВВ, К;

Т_ф - фактически достигаемая температура ВВ.

Коэффициент K_м оказывает влияние таких физико-механических показателей ВВ, как предел прочности при растяжении, сжатии, сдвиге, а также относительной неупругой деформации образца ВВ до момента разрушения:

, (4.13)

где s_пр - предел прочности при растяжении, Н/м² ;

s₀ - начальное напряжение, действующее на образец ВВ до вибрации, Н/м² ;

s_i - максимальное напряжение, действующее при виброобработке, Н/м² ;

e₀ , e_i - относительная деформация образца ВВ в начальный момент времени и в текущий момент виброобработки;

e_п - предельная относительная деформация ВВ перед разрушением.

При подстановке значений коэффициентов в уравнение (4.7) получен обобщенный коэффициент взрывоопасности для различных технологических операций с применением вибрации.

Экспериментально установлено, что при К_б >>1 технологическая безопасность обеспечивается полностью, с большим запасом, а при 1<К_б <10 ее недостаточно для обеспечения безаварийной работы с ВВ, и поэтому необходимо либо уменьшить параметры вибронагрузки и температуру, либо заменить технологическое оборудование более безопасным.

Результаты экспериментов и вычисленные значения К_б с учётом уравнений (4.7)_(4.13) приведены в таблице 4.7 для некоторых ВВ.

Таблица 4.7 - Параметры некоторых взрывчатых веществпри вибротранспортировании