СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ БОЕПРИПАСОВ Российский патент 1999 года по МПК F42B33/00 

Изобретение относится к области утилизации вооружений и предназначено для извлечения взрывчатых материалов из корпусов артиллерийских снарядов, мин, авиабомб и других боеприпасов с целью их переработки и использования в народном хозяйстве. Изобретение может быть применено также для расснаряжения твердотопливных реактивных двигателей, кумулятивных перфораторов, скважинных торпед и тому подобных взрывных устройств, работающих на твердых взрывчатых веществах.

В настоящее время известны различные технические решения, предназначенные для утилизации боеприпасов.

Так, известен способ расснаряжения, основанный на выплавке заряда взрывчатого вещества за счет индукционного нагрева корпуса боеприпаса [1].

В [2] описан способ выплавки заряда путем воздействия на него нагретыми водными солевыми растворами.

В соответствии со способом [3] извлечение производят растворением заряда при воздействии тротилрастворяющей жидкостью.

Однако все эти способы предназначены для утилизации боеприпасов, снаряженных лишь литьевыми взрывчатыми составами, основным компонентом которых является тротил, в то время как в боеприпасах используются и неплавкие взрывчатые вещества, для извлечения которых данные методы неприменимы.

Расснаряжение боеприпасов, содержащих как плавкие, так и неплавкие взрывчатые вещества обеспечивает способ, основанный на разделении корпуса боеприпаса высоконапорной струей жидкости при одновременном или последующем воздействии на взрывчатое вещество струей жидкости уменьшенного давления [4] . При этом производят дробление взрывчатого вещества и его вымывание из каморы боеприпаса с последующим улавливанием.

Данное техническое решение является достаточно универсальным, но для своей реализации требует использования уникального и чрезвычайно дорогостоящего оборудования, основанного на применении жидкостных насосов высокого давления и высоконапорной гидроструйной оснастки. К тому же, такое оборудование недолговечно и практически неприемлемо для массовой утилизации боеприпасов.

Более доступным в реализации и обеспечивающим извлечение как плавких, так и неплавких взрывчатых материалов является техническое решение, описанное в [5] и принятое в качестве прототипа. Утилизация по данному техническому решению состоит во вскрытии каморы боеприпаса, дроблении взрывчатого вещества воздействием режущим инструментом и извлечении раздробленного материала подачей в камору сжатого воздуха. В процессе дробления осуществляют регулирование давления режущего инструмента путем его поджатия в осевом и радиальном направлениях.

Однако, хотя данный способ утилизации и не сопряжен с использованием дефицитного и дорогостоящего оборудования и труднодоступных материалов, он имеет серьезные недостатки, выражающиеся в ограниченности эксплуатационных возможностей. Для осуществления способа требуется довольно громоздкое устройство со сложными кинематическими связями, требующее постоянного проведения наладочных, профилактических и ремонтных работ. Способ применим практически лишь в стационарных (цеховых) условиях, характеризуется сравнительно низкой производительностью и высокой стоимостью работ.

Таким образом, заявляемое изобретение направлено на решение задачи по расширению эксплуатационных возможностей способа утилизации боеприпасов, повышении производительности и снижении стоимости работ. Технический результат при этом выражается в том, что воздействие на боеприпас осуществляется по всей его наружной поверхности, в результате чего внутри заряда взрывчатого вещества возникает интерференция движущихся в разных направлениях ударных волн и волн разрежения, что повышает эффективность дробления заряда.

Это достигается за счет того, что в способе утилизации боеприпасов, снаряженных зарядом твердого взрывчатого вещества, включающем вскрытие каморы боеприпаса, дробление заряда взрывчатого вещества и извлечение раздробленной массы, согласно изобретению, дробление осуществляют неоднократным воздействием ударной волны, образующейся при возбуждении инициирующим импульсом детонации окружающей боеприпас горючей газовой смеси, получаемой смешением в окружающем боеприпас пространстве горючего компонента и компонента-окислителя, при этом, компоненты подают в окружающее боеприпас пространство последовательно, а инициирующий импульс генерируют после завершения подачи компонента смеси, подаваемого первым и осуществляют в неоднократном режиме в течение времени подачи компонента, подаваемого вторым.

Детонацию горючей газовой смеси возбуждают либо при нижнем ее концентрационном пределе взрываемости, либо при достижении требуемого начального давления, а первым в окружающее боеприпас пространство подают либо горючий компонент, либо компонент-окислитель в зависимости от конкретно реализуемого режима ударно-волнового воздействия на боеприпас.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения и прототипа позволил выявить новую совокупность существенных признаков, обусловленных изменением как приемов способа утилизации боеприпасов, так и конструкции используемого для реализации способа устройства. Таким образом, заявляемый объект отвечают критерию "НОВИЗНА".

Сущность решения иллюстрируют приведенные рисунки.

На фиг. 1 дано устройство для реализации способа с установленным в нем боеприпасом.

На фиг. 2 - вакуумирование взрывной камеры и начало подачи в нее первого компонента горючей газовой смеси.

На фиг. 3 - завершение подачи первого компонента, начало подачи второго компонента и начало генерирования инициирующего импульса в неоднократном режиме.

На фиг. 4 - продолжение подачи второго компонента смеси, инициирование детонации, воздействие ударной волны на боеприпас, частичное дробление заряда взрывчатого вещества и высыпание раздробленной массы в приемную секцию.

На фиг. 5 - продолжение подачи второго компонента смеси, инициирование второго акта детонации, повторное воздействие ударной волны на боеприпас, дальнейшее дробление заряда взрывчатого вещества и его высыпание в приемную секцию.

Устройство (фиг. 1) для утилизации боеприпасов по заявляемому способу состоит из опорной плиты 1 со сквозным отверстием 2, узла крепления боеприпаса 3, включающего упорное кольцо 4, элемент герметизации 5 и элемент прижима 6, взрывной камеры 7, сочлененной через уплотнительную прокладку 8 герметично с опорной плитой 1 и оснащенной трубопроводной арматурой подачи компонентов горючей газовой смеси, включающей газовый вентиль 9 подачи газа-окислителя, газовый вентиль 10 подачи горючего газа и контрольный газовый манометр 11, элементом 12 инициирования детонации, датчиком 13 задействования элемента инициирования, вентилем 14 вакуумирования камеры и газовым вентилем 15 стравливания продуктов взрыва, и приемной секции 16 с извлекаемой емкостью 17.

Элемент герметизации 5 узла крепления боеприпаса наряду с прокладкой 8 в опорной плите 1 служит для обеспечения герметичной изоляции внутреннего объема камеры от окружающей среды, а также для предотвращения попадания горючей газовой смеси внутрь вскрытой зарядной каморы боеприпаса. Материалом элемента 5 может служить обычная или вакуумная резина, вакуумная замазка или высоковязкая консистентная смазка.

В качестве газовых вентилей 9 и 10 подачи компонентов горючей газовой смеси, вентиля вакуумирования 14 и вентиля 15 стравливания продуктов взрыва могут быть использованы газовые вентили ВК-86. В качестве элемента инициирования детонации 12 - высоковольтная автомобильная свеча зажигания А17ДВ, Ф20Д-1 и др. В качестве контрольного манометра давления 11 - газовый манометр МВШО-20. Датчиком 13 задействования элемента инициирования может служить любой подходящий электроконтактный датчик мембранного типа.

Осуществляют способ следующим образом.

Боеприпас со вскрытой зарядной каморой устанавливают на опорную плиту 1 в упорное кольцо 4 вертикально, вскрытой стороной вниз (фиг. 1). С помощью элемента прижима 6 фиксируют боеприпас. Устанавливают на опорную плиту 1 взрывную камеру 7 и сочленяют ее с плитой с помощью болтов, гидроприжимов и т.п. (на рисунке не показаны). Элемент 5 и прокладка 8 обеспечивают при этом герметичность изоляции внутреннего объема камеры от окружающей среды.

Через вентиль вакуумирования 14 откачивают воздух из полости взрывной камеры 7 (фиг. 2). Через газовый вентиль 9 заполняют камеру под требуемым давлением первым компонентом горючей газовой смеси, например, кислородом. Требуемое давление устанавливают посредством внешнего газового редуктора (на рисунке не показан) и контролируют с помощью газового манометра 11. Заполнение камеры первым компонентом смеси может производится и без предварительного откачивания из нее воздуха. При этом может осуществляться либо предварительная продувка камеры первым компонентом при открытом вентиле стравливания 15, либо подача первого компонента смеси непосредственно в среду находящегося в камере воздуха. Последний вариант предпочтителен, когда закачивается большая масса первого компонента (кислорода), и массой находящегося в камере воздуха, содержащего, к тому же, ≈ 20% кислорода, можно пренебречь.

На элемент инициирования детонации 12 от внешнего генератора высоковольтных импульсов (на рисунке не показан) подают высокое напряжение в неоднократном импульсном режиме (фиг. З). В полости взрывной камеры 7 между электродами элемента инициирования 12 периодически происходят высоковольтные электрические разряды. (Помимо высоковольтного разряда инициирующий импульс может быть создан и иным путем, например, тепловым воздействием, лучом лазера, тлеющим разрядом и др., что в данном случае не принципиально.) Высоковольтные разряды начинают генерировать на элементе 12 сразу же после заполнения камеры 7 первым компонентом смеси - в момент начала подачи второго компонента. (Это необходимо для гарантированного обеспечения последующей газовой детонации на нижнем пределе концентрации второго компонента в первом. Если же начинать генерировать разряды позже, то горючая смесь в момент инициирования может оказаться чрезмерно обогащенной, что приведет к излишне сильному взрыву и недопустимо высокому ударному воздействию на конструктивные элементы устройства. ) Через газовый вентиль 10 в полость камеры 7 подают второй компонент смеси, например, водород. Происходит перемешивание компонентов смеси с образованием взрывчатого состава.

При достижении нижнего концентрационного предела взрываемости смесь под действием высоковольтного разряда претерпевает взрывчатое превращение (фиг. 4). Ударная волна через корпус боеприпаса воздействует на заряд взрывчатого вещества и производит его частичное дробление. Раздробленная масса через отверстие 2 в опорной плите 1 высыпается в емкость 17 приемной секции 16.

Продолжают подачу в полость камеры 7 второго компонента смеси (фиг. 5). При достижении нижнего предела взрываемости по концентрации второго компонента в первом (в нашем случае - горючего в окислителе) снова происходит взрыв смеси. Ударная волна воздействует на заряд взрывчатого вещества и производит его дальнейшее дробление. Вновь раздробленное взрывчатое вещество через отверстие 2 в опорной плите 1 высыпается в емкость 17 приемной секции 16.

И так при непрерывно работающем элементе инициирования 12 продолжают подачу второго компонента смеси до полного расходования находящегося в полости взрывной камеры 7 первого компонента. При этом боеприпас испытывает серию коротких и сравнительно несильных, но достаточных для эффективного дробления заряда взрывчатого вещества импульсных воздействий. Происходит полное дробление заряда взрывчатого вещества и высыпание всей раздробленной массы в приемную секцию. Воздействие на боеприпас при каждом взрыве смеси осуществляется по всей его наружной поверхности. В результате, внутри заряда взрывчатого вещества возникает интерференция движущихся в разных направлениях ударных волн и волн разрежения. Эффективность дробления при этом дополнительно возрастает.

Отключают генератор высоковольтных импульсов. Открывают газовый вентиль 15 и стравливают из взрывной камеры 7 продукты взрыва. Извлекают емкость 17 и удаляют раздробленное взрывчатое вещество. Отсоединяют от опорной плиты 1 взрывную камеру 7 и освобождают из узла крепления пустой корпус боеприпаса.

Здесь описана последовательность операций, когда первым компонентом смеси является окислитель (в данном случае - кислород) и подача горючего компонента осуществляется в среду окислителя. В принципе равносильным является и другой вариант реализации данного способа, когда первым компонентом служит горючее, например, водород, а в среду горючего газа подается газ - окислитель. По существу различие этих двух вариантов состоит лишь в том, что в первом случае серия взрывов начинается со взрыва обедненной смеси, а во втором - со взрыва сильно обогащенной смеси. (Хотя во втором случае смесь сильно обогащена, ее взрыв будет также сравнительно слабым, поскольку присутствующий в смеси окислитель способен обеспечить реакцию химического превращения лишь небольшой части содержащегося во взрывной камере горючего компонента). Скорость ударной волны и давление в ее фронте при этом, конечно, различны. В зависимости от конкретных характеристик утилизируемых боеприпасов: материала и толщины корпуса, состава и прочности заряда взрывчатого вещества и др. может осуществляться та или другая последовательность подачи газов во взрывную камеру: сперва окислитель, а потом горючее, или сперва горючее, а потом окислитель. Утилизацию боеприпасов с относительно тонким корпусом и относительно малопрочным зарядом взрывчатого вещества лучше производить взрывом обедненной смеси, а для утилизации высокопрочных боеприпасов предпочтительнее использовать более обогащенную смесь.

Инициирование детонации горючей газовой смеси может осуществляться не только при ее нижнем концентрационном пределе взрываемости, как описано выше, но и при достижении определенного заданного начального давления. Для этого используется датчик 13 (фиг. 1). При достижении заданной величины давления происходит срабатывание датчика, например, замыкание его контактов, и только после этого - подача импульса высокого напряжения на элемент инициирования 12.

В качестве окислителя в смеси целесообразно использовать кислород. В качестве горючего газа могут использоваться относительно недорогостоящие водород (H₂), метан (CH₄), этилен (C₂H₄), пропилен (C₃H₆), пропан (C₃H₈), бутан (C₄H₁₀) и др. Концентрационные пределы взрываемости смеси этих горючих газов с кислородом приведены в нижеследующей таблице [6].

Видно, что смеси этих газов с кислородом сохраняют способность к взрывчатому превращению, являясь как сильно обедненными (первая колонка цифр), так и сильно обогащенными (вторая колонка цифр). Наиболее широкий диапазон взрываемости имеют этилен и водород. Эти газы и предпочтительно использовать при реализации заявляемого способа, как газы, способные обеспечить в смеси с кислородом наибольшее число взрывных циклов без продувки взрывной камеры или разборки устройства.

Выше описана работа устройства на примере утилизации единичного боеприпаса. В реальном устройстве при одной загрузке может производится извлечение взрывчатого вещества одновременно из нескольких взаимно идентичных или даже разных боеприпасов. Суть заявляемого решения при этом не меняется, последовательность операций сохраняется такой же.

Осуществление режима неоднократного импульсного воздействия позволяет повысить эффективность как процесса дробления заряда взрывчатого вещества, так и последующего высыпания раздробленной массы из корпуса боеприпаса.

Данный способ утилизации является к тому же относительно безопасным с точки зрения взрыва боеприпаса. Для дробления ВВ достаточно давления лишь в десятки атмосфер, тогда как для возбуждения детонации требуется давление в воздействующей ударной волне в десятки тысяч атмосфер, т.е. на три порядка большей величины.

Заявляемое техническое решение позволяет упростить процесс извлечения взрывчатого вещества из боеприпаса, повысить производительность и автономность способа и широко использовать его в нестационарных, в том числе и полигонных условиях.

Пример конкретного осуществления способа
Использовали в качестве утилизируемого боеприпаса фугасную мину калибра 160 мм, снаряженную разрывным зарядом из аммотола 80/20.

После извлечения взрывателя вскрыли зарядную камору мины, удалив привинтную головку.

Установили мину на опорную плиту герметично в узел крепления вертикально, вскрытой частью вниз, и зафиксировали с помощью элемента прижима.

Установили на опорную плиту цилиндрическую взрывную камеру с внутренним объемом 0,27 м³ и через резиновую прокладку герметично соединили ее с плитой с помощью 12 болтов М24.

Снабдили камеру двумя газовыми вентилями ВК-86 подачи компонентов горючей газовой смеси, газовым манометром давления МВШО-20, высоковольтной свечой зажигания А17ДВ, вентилем выкуумирования и вентилем стравливания продуктов взрыва.

Один из газовых вентилей подачи компонентов горючей газовой смеси с помощью дюритового шланга соединили с баллоном со сжатым кислородом, другой - с баллоном со сжатым водородом.

К вентилю вакуумирования подсоединили форвакуумный насос 2НВР5Д.

Из полости взрывной камеры откачали воздух до остаточного давления 1... 10 мм.рт.ст.

Заполнили камеру кислородом до давления 3 атм.

На свечу зажигания А17ДВ, соединенную радиочастотным кабелем РК-75-4-11 с генератором высоковольтных импульсов, с интервалом 0,3 секунды начали подавать импульсы напряжения амплитудой 6 кВ.

Через газовый вентиль подачи горючего компонента начали заполнение взрывной камеры водородом. Давление подачи водорода - 13 атм.

Произошло перемешивание водорода с кислородом. При этом имело место как турбулентное перемешивание за счет завихрения струи водорода в среде кислорода, так и гравитационное перемешивание, обусловленное разными удельными весами смешиваемых газов.

При достижении в области свечи зажигания нижнего предела взрываемости смеси (15,5% водорода) произошла ее детонация. В результате взрывчатого химического превращения окислился весь водород, находящийся к этому моменту во взрывной камере, и израсходовалась часть кислорода, необходимая для этого окисления.

Ударная волна через корпус мины воздействовала на заряд взрывчатого вещества и произвела его частичное дробление. Раздробленная масса через отверстие в опорной плите высыпалась из каморы мины в извлекаемую емкость приемной секции.

Продолжали подачу водорода в полость взрывной камеры.

По достижении нижнего предела взрываемости снова произошли детонация смеси от высоковольтного разряда на свече зажигания, дальнейшее дробление заряда взрывчатого вещества и высыпание вновь раздробленной массы в приемную секцию.

И так далее - до полного расходования кислорода. Мина при этом испытала серию коротких и относительно несильных ударов. Произошло дробление всего заряда взрывчатого вещества и его полное высыпание из зарядной каморы.

Прекратили подачу водорода.

Отключили генератор высоковольтных импульсов.

Открыли вентиль стравливания продуктов взрыва и стравили из взрывной камеры газообразные продукты детонации смеси. При взрыве образовались нетоксичные продукты детонации, состоящие в основном из паров воды H₂O, гидроксильной группы OH, атомарных и молекулярных кислорода и водорода: O, H, O₂, H₂.

Извлекли емкость и удалили раздробленное взрывчатое вещество.

Отсоединили взрывную камеры от опорной плиты и извлекли пустой корпус мины.

При использовании данного способа приготовление взрывчатого вещества (горючей газовой смеси), при взрыве которого образуется воздействующая ударная волна, производится непосредственно на месте его применения. Само приготовление смеси, а также доставка и хранение ее компонентов являются сравнительно безопасными процедурами. Образующаяся при взрыве газовых смесей ударная волна безопасна с точки зрения возбуждения детонации бризантных взрывчатых веществ, какими обычно снаряжены боеприпасы. К тому же, сжатые горючие газы, сжатые кислород или воздух имеют относительно невысокую стоимость их производства и содержания. Все это делает данный способ более экономичным и безопасным и открывает дополнительные возможности для более широкого его использования.

По сравнению с известными техническими решениями аналогичного назначения заявляемый объект не требует проведения опасных подготовительных работ, экологически безвреден, не сопряжен с необходимостью применения громоздкого и дорогостоящего оборудования и может быть использован как в стационарных, так и в полигонных условиях, что делает его более отвечающим условиям высоких технологий.

Литература:
1. Патент России N 2045743, кл. F 42 B 33/00, С 06 В 21/00, опубл. 10.10.95 г.

2. Патент России N 2045744, кл. F 42 B 33/00, С 06 В 21/00, опубл. 10.10.95 г.

3. Патент России N 2031896, кл. F 42 B 33/00, С 06 В 21/00, опубл. 27.03.95 г.

4. Патент Германии N 4128703, кл. F 42 B 33/06, В 08 В 3/02, опубл. 04.03.93 г.

5. Патент России N 2046284, кл. F 42 B 33/00, 33/06, С 06 В 21/00, опубл. 20.10.95 г. - прототип.

6. К.П.Станюкович. Физика взрыва, изд. 2^е, М., "Наука", 1975 г.

Изобретение относится к области утилизации вооружений для извлечения взрывчатых материалов из корпусов снарядов, мин, авиабомб. Техническим результатом изобретения является расширение эксплуатационных возможностей способа утилизации боеприпасов, повышение производительности и снижение стоимости работ. Сущность изобретения: заряд твердого взрывчатого вещества дробят воздействием ударной волны, которую получают детонацией горючей газовой смеси, окружающей боеприпас. Горючую газовую смесь получают смешением горючего компонента и компонента-окислителя. 4 з.п. ф-лы, 5 ил. 1 табл.

1. Способ утилизации боеприпасов, снаряженных зарядом твердого взрывчатого вещества, включающий вскрытие каморы боеприпаса, дробление заряда взрывчатого вещества и извлечение раздробленной массы, отличающийся тем, что дробление осуществляют неоднократным воздействием ударной волны, образующейся при возбуждении инициирующим импульсом детонации окружающей боеприпас горючей газовой смеси, получаемой смешением в окружающем боеприпас пространстве горючего компонента и компонента-окислителя, при этом компоненты подают в окружающее боеприпас пространство последовательно, а инициирующий импульс генерируют после завершения подачи компонента смеси, подаваемого первым и осуществляют в неоднократном режиме в течение времени подачи компонента, подаваемого вторым. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что детонацию горючей газовой смеси возбуждают при нижнем ее концентрационном пределе взрываемости. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что детонацию горючей газовой смеси возбуждают при достижении требуемого ее начального давления. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что первым в окружающее боеприпас пространство подают компонент-окислитель. 5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что первым в окружающее боеприпас пространство подают горючий компонент.