СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ БОЕПРИПАСА Российский патент 2005 года по МПК F42B33/06 

Изобретение относится к технике утилизации снаряженных боеприпасов и может найти применение как способ расснаряжения слоистых конструкций устройств гражданского и специального назначений, содержащих взрывчатые вещества (ВВ).

Известен метод разрушения твердого ракетного топлива (патент США № 3440096; МПК F 42 B 33/06, опублик. 22.04.69), включающий разборку боеприпаса и извлечение снаряжения путем воздействия жидкостной струи; при этом корпус боеприпаса остается целым. Доступ в полость боеприпаса осуществляется путем снятия заглушки с его корпуса, через отверстие в котором вводится сопло струйного аппарата. Недостатками данного метода являются:

- возможность его использования лишь на ограниченной номенклатуре боеприпасов, в которых предусмотрены съемные заглушки;

- технология извлечения снаряжения из внутренних полостей боеприпаса, зачастую, сложной формы через малое отверстие в его корпусе - трудоемкий, дорогостоящий и сложный процесс, требующий для обеспечения нужного уровня безопасности обращения с ВВ, автоматизированного по шести степеням свободы процесса извлечения снаряжения из боеприпаса.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и заявляемому результату является способ утилизации боеприпаса по патенту Германии (патент Германии № 4128703; МПК: F 42 B 33/06; опубликован 04.03.93 г.), который и выбран в качестве прототипа. Способ универсален. Он включает вскрытие боеприпаса и извлечение его снаряжения путем воздействия жидкостной струи. При этом вскрытие боеприпаса осуществляют на ограниченной площади его корпуса - выполняют одно или несколько технологических отверстий, частично разрезая корпус с помощью одной или нескольких жидкостных струй под большим давлением - более чем 100 МПа. Извлечение снаряжения проводят через технологическое отверстие (отверстия), выполненное в корпусе, подвергая ВВ с целью обеспечения требуемого уровня безопасности воздействию жидкостной струи под давлением, не превышающем 50 МПа. При этом ВВ разрушается и вымывается жидкостью. К недостаткам такого универсального способа утилизации слоистых конструкций с ВВ можно отнести:

- дороговизну оборудования и длительность технологического процесса вырезки отверстий доступа во внутренние полости боеприпаса, так как резка корпуса осуществляется жидкостной струей, режущая способность которой металлов, тем более сталей, очень мала; несмотря на сверхмощное сложное компримирующее оборудование (до 200 кВт), требующееся для осуществления подобных технологических операций. При этом, чтобы резать металл, жидкостная струя должна вытекать под давлением не менее 1000 МПа (10000 ати), что существенно понижает уровень безопасности технологического процесса в целом;

- сложность технологического процесса, обеспечивающего случайное непопадание жидкостной струи под давлением свыше 100 МПа (при вырезке технологических отверстий) на снаряжение боеприпаса, которое с целью достижения требуемого уровня безопасности должно вымываться жидкостной струей под давлением до 50 МПа.

Задачами, стоящими в данной области техники, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются создание относительно дешевых, безопасных, экологически чистых и производительных способов утилизации как аварийных, так и устаревших боеприпасов с истекшими сроками хранения, а также подлежащих сокращению.

Техническим результатом заявляемого решения является упрощение технологии процесса утилизации снаряженного боеприпаса. Дополнительным техническим результатом, который может быть получен при реализации изобретения, является увеличение производительности процесса и безопасности в обращении.

Указанный выше технический результат достигается тем, что в известном способе утилизации снаряженного боеприпаса, включающем вскрытие боеприпаса и извлечение снаряжения путем воздействия жидкостной струи, вскрытие боеприпаса осуществляют путем резки его совместно со снаряжением на части с последующим извлечением снаряжения из каждой части в отдельности, причем при резке в жидкостную струю вводят твердые частицы извне или путем охлаждения жидкостной струи до частичной ее кристаллизации, при этом скорость (U) твердых частиц выбирается из соотношения:

,

где: W - экспериментальный критический уровень энергии низкоскоростной ударно-волновой чувствительности снаряжения к воздействию жидкостной струи с примесью твердых частиц;

d - диаметр твердой частицы;

ρ - плотность твердой частицы;

σ - предел прочности материала снаряжения.

Согласно изобретению при извлечении снаряжения в жидкостную струю вводят твердые частицы.

Вскрытие боеприпаса путем резки его на отдельные части с последующим извлечением снаряжения из каждой части в отдельности приводит к простоте обращения с каждой частью боеприпаса в отдельности; особенно когда отдельные части содержат снаряжение с различными чувствительностями к специфическому ударно-волновому воздействию жидкостной струи, что позволяет расснаряжение отдельных частей проводить с разными скоростями жидкостных струи, а значит, и интенсифицировать сам процесс утилизации боеприпаса в целом при сохранении достаточного, примерно одинакового, уровня безопасности всего технологического процесса в целом.

Резка боеприпаса на части совместно со снаряжением приводит к интенсификации самого процесса утилизации боеприпаса.

Введение в жидкостную струю при резке боеприпаса твердых частиц извне или путем охлаждения жидкостной струи до частичной ее кристаллизации приводит к разделению его на части со скоростью в несколько раз большей, чем струей жидкости без добавок в нее твердых частиц. Причем резку проводят под давлением жидкости не более 300 МПа, что существенно ниже требующегося давления жидкости без твердых примесей для вскрытия металлических корпусов. Именно поэтому предлагаемая технология более производительна и требует не столь мощного и более дешевого оборудования.

Выбор скорости (U) твердых частиц из соотношения обеспечивает принципиальную возможность разрушения материала снаряжения жидкостной струей, а значит и существование самой технологии расснаряжения боеприпаса.

Выбор скорости (U) твердых частиц из соотношения дает возможность назначения максимальной величины скорости твердых частиц, обеспечивающей достаточный уровень безопасности при проведении процесса утилизации боеприпаса. Однако этот же признак при выборе необходимой минимальной величины скорости твердых частиц обеспечивает возможность резки металла корпуса боеприпаса с достаточной скоростью. Выбор скорости твердых частиц по максимально возможной и минимально необходимой величинам в единой совокупности упрощает технологию утилизации боеприпаса в целом, а также реализует такой сверхсуммарный технический эффект как повышение безопасности технологического процесса утилизации боеприпаса - создает возможность резки боеприпаса на части совместно со снаряжением даже аварийных конструкций, в которых уточнение расположения снаряжения не требуется.

При этом экспериментально определяемый параметр (W) низкоскоростной ударно-волновой чувствительности конкретного материала снаряжения к специфическому воздействию жидкостной струи с твердыми частицами в строгом смысле зависит от соотношения фактически реализующегося набора физических механизмов отбора материалом снаряжения кинетической энергии тормозящейся частицы, а также видом разрушения снаряжения в зоне воздействия жидкостной струи (стесненность при разлете осколков снаряжения из зоны его разрушения снижает экспериментальную величину параметра W). То есть, параметр W не константа материала снаряжения в общепризнанном понимании. Физической константой конкретного снаряжения является его энергия активации, а параметр W отслеживает механизмы и скорость ее введения, а также степень стесненности снаряжения в зоне его разрушения и ряд других, трудно учитываемых параметров. Например, величина W (при прочих равных условиях для твердых частиц: скорость, объем, плотность, температура) больше при шаровой форме твердой частицы, чем при остроугольной форме.

Введение в жидкостную струю твердых частиц при извлечении снаряжения приводит к интенсификации процесса утилизации наиболее прочных ВВ.

Предлагаемое изобретение поясняется фиг.1 и фиг.2, на которых представлена схема устройства для утилизации боеприпаса, где:

1 - боеприпас;

2 - метательный заряд;

3 - реактивный двигатель;

4 - боевая часть;

5 - взрыватель;

6 - конвейер;

7 - гидрорезное устройство с соплом, формирующим жидкостную струю;

8 - жидкостная струя;

9 - ролик;

10 - резервуар;

11 - корпусной элемент со снаряжением;

12 - снаряжение.

Устройство для реализации конкретного способа утилизации слоистой конструкции с ВВ содержит боеприпас 1, состоящий из метательного заряда 2, реактивного двигателя 3 и боевой части 4. В боевую часть 4 входит взрыватель 5. Устройство также содержит конвейер 6 с размещенным на нем боеприпасом 1, подаваемым к гидрорезному устройству с соплом 7, формирующим режущую струю 8. При резке боеприпас 1 приводится во вращение роликами 9. Под конвейером размещается резервуар 10, предназначенный для сбора жидкости и снаряжения 12.

Устройство реализует предлагаемый способ утилизации боеприпаса следующим образом. Боеприпас 1 подается конвейером 6 на роликах 9 к гидрорезному устройству с соплом 7, формирующим водяную струю 8 под давлением, например 180 МПа. В струю 8 диаметром 1,45 мм вводят твердые частицы, например, гранат с диаметром частиц 0,3 мм. Гранат инжектируются извне. Твердые частички, например, льда могут вводиться в жидкостную струю 8 путем охлаждения ее до частичной кристаллизации в смесительной насадке гидрорезного устройства с соплом 7. Проводят резку боеприпаса на отдельные части 2, 3, 4, 5, при этом вода с гранатом, частицами металла корпуса боеприпаса 1 и снаряжения 12, например, тротилом попадает в резервуар 10. Отделенный от боеприпаса 1 корпусной элемент 11 с взрывателем 5 идет на уничтожение, а из другого корпусного элемента 11 (см. фиг.2), например, боевой части 4, приводимой во вращение редуктором, извлекается снаряжение 12. При необходимости при извлечении снаряжения 12 в водяную струю вводят твердые частицы.

При этом выбор величины давления истекающей струи воды не более 180 МПа определяется из следующих соображений. Скорость водяной струи, а значит и твердых частиц в ней, не превышает величины 590 м/с ( U[M/c], Р[МПа]). Что обеспечивает резку стали с препределом прочности на растяжение 700 МПа со скоростью не менее 3,5 мм/с при глубине реза за один проход не менее 0,8 мм (диаметр жидкостной струи с твердыми частицами - 1,45 мм, массовый расход граната -100 г/мин). Прочность любого снаряжения существенно ниже режущей способности такой низкоскоростной двухфазной струи и не превышает в большинстве случаев 100 МПа. Теоретически полученная величина критерия W для тротила (при воздействии на него жидкостной струи диаметром 1,45 мм с примесью граната до 100 г/мин, диаметром твердых частиц не более 0,3 мм и плотностью 3,85 г/см³) не превышает значения 2, 8 МН/м, что в соответствии с формулой изобретения дает величину критической скорости твердых частиц не меньше 1500 м/с. Экспериментально тротил не удается воспламенить однофазной струей воды ⊘1,45 мм при скорости ее истечения ~1250 м/с; при этом теоретическая величина критерия W для этого случая не меньше 5,8 МН/м, что соответствует критической величине скорости струи ~2000м/с. Безопасность утилизации боеприпаса обеспечивается выбором скорости двухфазной жидкостной струи при резке слоистой конструкции, например, с тротилом в 2,5 раза меньшей критической, то есть не выше 590 м/с.

Заявляемый способ утилизации боеприпасов возможен к применению и для аварийных боеприпасов, при этом их утилизацию следует проводить при скорости истечения твердых частиц меньшей критической скорости для наиболее чувствительного снаряжения.

Область применения: утилизация слоистых конструкций с взрывчатыми веществами. Сущность изобретения: вскрытие боеприпаса осуществляют путем резки его жидкостной струей совместно со снаряжением на части с последующим извлечением снаряжения из каждой части в отдельности. При резке боеприпаса на части и извлечении снаряжения в жидкостную струю вводят твердые частицы извне или путем охлаждения жидкостной струи до частичной ее кристаллизации, при этом скорость твердых частиц выбирается из определенного соотношения. Технический результат: упрощение технологии процесса утилизации снаряженного боеприпаса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ утилизации боеприпаса, включающий вскрытие боеприпаса и извлечение снаряжения путем воздействия жидкостной струей, отличающийся тем, что вскрытие боеприпаса осуществляют путем резки его совместно со снаряжением на части с последующим извлечением снаряжения из каждой части в отдельности, причем при резке в жидкостную струю вводят твердые частицы извне или путем охлаждения жидкостной струи до частичной ее кристаллизации, при этом скорость (U) твердых частиц выбирается из соотношения

где W - экспериментальный критический уровень энергии низкоскоростной ударно-волновой чувствительности снаряжения к воздействию жидкостной струи с примесью твердых частиц;

d - диаметр твердой частицы;

ρ - плотность твердой частицы;

σ - предел прочности материала снаряжения.