СПОСОБ РАЗРЕЗАНИЯ БОЕПРИПАСОВ ПРИ ИХ УТИЛИЗАЦИИ Российский патент 2013 года по МПК F42B33/06 

Изобретение относится к области утилизации обычных видов боеприпасов, главным образом, повышенного могущества.

Наличие излишествующих и непригодных к боевому применению боеприпасов, связанное с масштабным сокращением Вооруженных Сил, моральным и физическим износом вооружения, привело в начале 90-х годов к необходимости развертывания широкомасштабных работ по их утилизации. Несмотря на достаточно широкий спектр предложенных за эти годы и применяемых на практике методов утилизации боеприпасов (от простого уничтожения сжиганием или подрывом на открытых площадках до глубокой вторичной переработки) внимания должны заслуживать, с точки зрения и экологической, и экономической, лишь те методы, которые направлены на высвобождение ресурсного материала. Это - взрывчатые вещества (ВВ) и составы, пороха, высокоуглеродистые стали корпусов, например, артиллерийских снарядов, цветные металлы и их сплавы.

Известны и широко используются не только у нас, но и в других странах, тепловые методы утилизации (неконтактный метод выплавки ВВ, вымывание ВВ горячей водой или паром, вымывание методом нагретого теплоносителя, в том числе с использованием перегретого тротила, парафина, метод высокотемпературной обработки-инсинерации боеприпасов и отдельных их элементов в дезактивационных или в трубчатых вращающихся печах).

Известны методы вымывания ВВ из корпуса боеприпаса водяной струей под давлением, включая гидрокавитационнй метод. Применяется на практике и метод крио-технологии, при котором ВВ из корпуса боеприпаса извлекают с помощью жидкого азота при давлении 30-40 МПа.

Все перечисленные выше методы утилизации применимы для малокалиберных боеприпасов, снаряженных либо литым или прессованным тротилом, либо раздельно-шашечным ВВ на основе гексогена (боеприпасы 1 и 2 классов). В настоящее же время наиболее остро стоит проблема утилизации боеприпасов повышенного могущества, снаряженных смесевыми гексогенсодержащими ВВ методом порционного прессования (боеприпасы 3 и 4 классов). Для исключения детонации разрывного заряда предварительно такие боеприпасы должны быть разрезаны на части, а затем эти части могут быть расснаряжены и утилизированы любым из приведенных выше методом.

Известны [1; 2] механические способы разрезания корпусов боеприпасов, включая разрезание на станках, разрезание механическими пилами при обильном охлаждении, контурное высверливание корпусов боеприпасов. Недостатками данных способов являются малая производительность, высокая стоимость комплектов разрезного, распиловочного и перфорационного оборудования, специфического для конкретных боеприпасов или групп боеприпасов.

Известен [1; 3; 4] способ разрезания корпусов боеприпасов с помощью гидроструйной технологии, использующий как принцип классической гидроабразивной струи (уровень магистрального давления воды - 250-400 МПа), так и принцип абразивной струи непосредственного нагнетания (уровень магистрального давления воды - не более 70 МПа). Основным недостатком гидроабразивного струйного резания является то, что вода, использованная для резания, становится загрязненной ВВ, частицами металла и абразива. Использованная вода создает проблему ее захоронения (ликвидации) и рассматривается как опасные отходы вследствие наличия в ней ВВ. В случае рециклинга воды в процессе резания она должна подвергаться дополнительной фильтрации. Фильтрат же должен перерабатываться отдельно как опасные отходы.

Известен [5] способ вскрытия корпуса боеприпаса и обеспечения доступа к ВВ с помощью детонирующего шнура. Данный способ может быть применим для боеприпасов с тонкостенными корпусами из неметаллических материалов (например, из стеклопластика), либо для импульсного срыва завальцованных крышек, как это предлагается в [5].

Известен [2] способ разрезания корпусов боеприпасов с помощью удлиненных кумулятивных зарядов (УКЗ) бризантных ВВ в металлических оболочках. Недостатком данного способа является необходимость выполнения тщательных расчетов по выбору калибра УКЗ и способа инициирования детонации в нем с целью исключения вероятности взрыва разрывного заряда утилизируемого боеприпаса. При этом, как показывает практика, при разрезании с помощью УКЗ стальных корпусов больших толщин, за которыми непосредственно размещено ВВ, давление на границе раздела «корпус-ВВ» может превысить критическое давление инициирования детонации ВВ, что приведет к взрыву последнего. Кроме того, при внедрении кумулятивного ножа в стальную преграду имеет место сильный локальный разогрев металла преграды в зоне резания, что также способствует возбуждению взрывчатого превращения в заряде ВВ.

Известен [6] способ резки металла взрывом, повышающий эффективность взрывного воздействия и безопасность работ, уменьшающий вредное воздействие на окружающую среду, отличающийся тем, что металлоконструкцию (например, резервуар), разрезаемую с помощью кумулятивного линейного заряда (для соблюдения единой терминологии - УКЗ) с предварительно установленным на ней УКЗ охлаждают локально вблизи зоны резания до температуры хладоломкости металла, например, жидким азотом, затем присоединяют средства инициирования детонации и подрывают УКЗ. При этом за счет снижения прочности металла при переводе его охлаждением из пластического в хрупкое состояние, а также за счет больших температурных градиентов при внедрении кумулятивного ножа УКЗ в преграду для разрезания преграды требуется заряд существенно меньшего калибра. Данный способ по назначению и технической сущности является наиболее близким и принят за прототип. Недостатками способа - прототипа являются, во-первых, то, что УКЗ устанавливают на разрезаемой преграде заблаговременно, до ее охлаждения. При охлаждении, например, стенки резервуара жидким азотом неизбежно и охлаждение УКЗ. Для зарядов в металлических оболочках при пониженных температурах существенно снижается коэффициент предельного удлинения металла облицовки кумулятивной выемки - показатель его динамической пластичности. Как известно [7], с точки зрения обеспечения наибольшего пробивного действия кумулятивного заряда (в том числе, и УКЗ) самым существенным параметром является высокая динамическая пластичность металлов в условиях деформирования кумулятивной струи, чем обуславливается значительная длина проникающей в преграду струи и, следовательно, высокая глубина пробития. Поэтому на практике иногда для повышения пробивного действия кумулятивного заряда прибегают даже к нагреванию заряда перед его применением. В случае применения для разрезания металлоконструкции безоболочного шнурового кумулятивного заряда из эластичного ВВ при охлаждении последнего возможен переход в хрупкое состояние и, как результат, механическое разрушение при установке средств инициирования. Во-вторых, [7] при отрицательных температурах значительно возрастает критическое давление инициирования детонации снаряжения УКЗ, что усложняет процесс надежного инициирования в нем детонации. По этой причине в прототипе предлагается использовать в УКЗ мощные бризантные вещества (со скоростью детонации выше 7500 м/с). В-третьих, в способе-прототипе предлагается местное (локальное) охлаждение разрезаемой конструкции в районе пояса разделения. Это достаточно трудно осуществить технически, а главное - трудно проконтролировать температуру металла по всей длине резания. В-четвертых, в способе-прототипе не предусмотрено размещение за разрезаемой преградой в непосредственном контакте с ней заряда взрывчатого вещества или состава.

Целью настоящего изобретения является создание способа быстрого, малозатратного, надежного и безопасного, с точки зрения исключения взрыва разрывного заряда ВВ, разрезания боеприпаса для дальнейшей его утилизации.

Поставленная цель достигается тем, что предварительно боеприпас целиком охлаждают до возможно более низких температур, например, полным погружением его с выдержкой в сосуде с жидким азотом, а затем после извлечения из сосуда быстро, за несколько секунд, устанавливают на нем заблаговременно выгнутый по требуемому профилю и размещенный в специальных стойках-устройствах (см., например, [8]) и/или вклеенный в быстро собираемый корпус (например, в виде полуколец) из любого конструкционного металлического или неметаллического материала УКЗ, подсоединяют средства инициирования и задействуют последние. Как показывают предварительные расчеты, для полного охлаждения даже боеприпасов тяжелых бомбометов (например, 380-мм осколочно-фугасных мин) достаточным является 3-х - минутная выдержка их в жидком азоте. Практически для всех ВВ и составов, применяемых для снаряжения боеприпасов, при отрицательных температурах критическое давление инициирования детонации существенно выше, чем при положительных температурах, причем зависимость эта носит экспоненциальный характер [7]. Поэтому с точки зрения уменьшения вероятности взрыва боеприпаса при его разрезании УКЗ, желательно охладить боеприпас до возможно более низких температур. При этом ВВ в УКЗ (его снаряжение), не подвергнутое воздействию низкой температуры, будет обладать высокой чувствительностью к ударно-волновому воздействию, что облегчит процесс возбуждения нем детонации от штатных средств инициирования.

Сравнительный анализ существенных признаков прототипа и предлагаемого способа показывает, что отличительными признаками предложения являются те, по которым:

а) разрезаемый с помощью УКЗ боеприпас предварительно подвергают охлаждению путем погружения в сосуд с жидким азотом и выдерживания в течение до 3-х минут;

б) после охлаждения боеприпаса на него быстро, в течение нескольких секунд, устанавливают заранее подготовленный УКЗ.

Это позволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию патентоспособности «новизна».

В научно-технической литературе не обнаружено решений с такими отличительными признаками, следовательно, заявленное решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Источники информации, принятые во внимание

1. Best Practice Guide on the Destruction of Convectional Ammunition / Thes Guide was drafted by the government of the Netherlands. FSC. DEL/59/08/Rev.l

2. Мациевич Б.В. Программно-системный подход к проблеме комплексной утилизации гексогенсодержащих боеприпасов // Комплексная утилизация обычных видов боеприпасов: Сб. док. V Междунар. научно-техн. конф. 11-12 сентября 2003, г.Красноармейск. - М.: Изд. дом «Оружие и технологии», 2003. - С.29-42.

3. Wilten G, Monson H, Zaugg M.M, Bailey F. Cutting of munitions and removal of explosives through application of water yet technology [Tooele Army Depot, Tooele, Vtah, USA - Rogal Military College of Science Shrivenham, Swindon, Wilts, England] // Minutes of the twenty - fifth exposives safety seminar. 1992. Vol.1. P.235-248.

4. Глинский В.П., Манушин А.Л., Орлов В.К. и др. Малогабаритная установка абразивно-водной резки «Мавр» // Комплексная утилизация обычных видов боеприпасов: Сб. докл. VI Междунар. научно-техн. конф. 21-23 сентября 2005, г.Красноармейск. - М.: Изд. дом «оружие и технологии», 2005. - С.141-145.

5. Растопшин М.М. Утилизация… пожаром: Арсеналы и склады со старыми боеприпасами - источник повышенной опасности // Военно-промышленный курьер, №40 (107), 26 октября - 1 ноября 2005 г.

6. Патент RU 2056616, МПК F42B 1/02. Способ резки металла взрывом / Яковлев В.Т., Тимченко В.И.; заявитель и патентообладатель Всесоюз. научно-исслед. и проектно-конструктор. ин-т по взрывным методам геофизич. разведки. - №4776678/08; заявл. 02.01.91; опубл. 20.03.96. Бюл. №8.

7. Физика взрыва / Под ред. Л.П. Орленко. - Изд. 3-е, перераб. - В 2 т. T.1. - М.; Физматлит, 2002.

8. Патент RU 2227264, МПК F42B 1/02. Устройство для установки детонирующих кумулятивных зарядов / Кузин Е.Н., Андруник В.П.; заявитель и патентообладатель Воен. акад. РВСН им. Петра Великого. - №2003101259/02; заявл. 17.01.2003; опубл. 20.04.2004. Бюл. №11.

Изобретение относится к области утилизации боеприпасов. Боеприпас погружают в сосуд с жидким азотом, выдерживают его там до приобретения металлом корпуса температуры хладноломкости. После извлечения боеприпаса из жидкого азота на его корпусе в месте планируемого разрезания устанавливают заблаговременно выгнутый но профилю разрезаемого корпуса боеприпаса и смонтированный в стойках-устройствах для крепления и/или вклеенный в быстро собираемый корпус удлиненный кумулятивный заряд, присоединяют средства инициирования и задействуют их. Повышается безопасность процесса утилизации боеприпасов.

Способ разрезания боеприпасов при их утилизации, включающий предварительное охлаждение металла до температуры его хладоломкости и воздействие на него взрывом удлиненного кумулятивного заряда, отличающийся тем, что боеприпас погружают в сосуд с жидким азотом, выдерживают его там до приобретения металлом корпуса температуры хладоломкости, далее предварительно выгнутый по профилю разрезаемого корпуса боеприпаса и смонтированный в стойках-устройствах для крепления и/или вклеенный в быстро собираемый корпус удлиненный кумулятивный заряд устанавливают на корпусе боеприпаса, после чего присоединяют средства инициирования и подрывают удлиненный кумулятивный заряд.