СПОСОБ РАССНАРЯЖЕНИЯ БОЕПРИПАСОВ Российский патент 2014 года по МПК F42B33/06 

Изобретение относится к способам расснаряжения боеприпасов и может быть использовано для расснаряжения артиллерийских снарядов, мин, инженерных боеприпасов, снаряженных тротилсодержащими взрывчатыми веществами. Изобретение может быть также использовано в снаряжательных производствах при исправлении технологического брака.

Известные способы расснаряжения боеприпасов основаны на различных физических и химических воздействиях на взрывчатое вещество с целью удаления взрывчатого вещества из корпуса боеприпаса:

- на выжигании заряда взрывчатого вещества из металлической оболочки боеприпаса путем инициирования послойного горения взрывчатого вещества со стороны его верхней свободной поверхности (патент RU №2224215, Способ расснаряжения боеприпасов / 07.06.2002 / МПК F42B 33/06), (патент RU №2104471, Способ расснаряжения боеприпасов / 18.08.1995 / МПК F42B 33/06), (патент RU №2282137, Способ утилизации боеприпаса / 03.02.2005 / МПК F42B 33/06);

- на вымывании взрывчатого вещества из корпусов боеприпасов струей жидкости высокого давления, подаваемой на открытую поверхность взрывчатого вещества через насадок с соплом (патент RU №2221986, Способ расснаряжения боеприпасов / 26.07.2002 / МПК F42B 33/06), (патент RU №2175432, Способ расснаряжения боеприпасов / 10.07.2000 / МПК F42B 33/06), (патент RU №2267082, Способ расснаряжения боеприпасов / 2003.08.25 / МПК F42B 33/06), (патент RU №2296292, Устройство для очистки внутренних поверхностей трубопроводов и емкостей сложной конфигурации, преимущественно боеприпасов / 20.02.2006 / МПК F42B 33/00), (патент RU №2309378, Способ расснаряжения боеприпасов, наполненных гексогенсодержащими взрывчатыми веществами, и установка для его осуществления / 07.12.2005 / МПК F42B 33/00), (патент RU №2310156, Установка гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов / 20.03.2006 / МПК F42B 33/00), (патент RU №2346234, Способ расснаряжения боеприпасов / 05.06.2007/ МПК F42B 33/00), (патент RU №2362967, Установка гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов / 29.04.2008, МПК F42B 33/00);

- на растворении и/или выплавлении взрывчатого вещества инертным нерастворимым в расплаве взрывчатого вещества теплоносителем под давлением через насадок, с последующим разделением взрывчатого вещества и теплоносителя (патент RU №2090543, Способ расснаряжения боеприпасов и установка для его осуществления / 25.12.1995/ МПК F42B 33/06), (патент US №3772958, Apparatus for ammunition disposal / МПК F42B 3/00, опубл. 20.11.73), (патент RU №2348898, Способ расснаряжения боеприпасов / 07.05.2007 / МПК F42B 33/00), (патент RU №2320953, Установка расснаряжения боеприпаса и первичной переработки взрывчатого вещества / 01.02.2006 / МПК F42B 33/00), (патент RU №2031896, Способ расснаряжения боеприпасов / 15.07.1992 / МПК F42B 33/00);

- на силовом воздействии на разрывной заряд, которое осуществляют поворотным скалывающим инструментом при периодическом приложении к нему статических нагрузок, причем величины возникающих в заряде напряжений должны быть на порядок ниже критических, приводящих к взрывчатому превращению (Заявка RU №94009499, Способ расснаряжения боеприпасов / 18.03.1994 / МПК F42B 33/06).

Общим недостатком известных способов расснаряжения боеприпасов является то, что извлекаемые взрывчатые вещества существенно изменяют свои физические, физико-механические, энергетические и технологические свойства, последующая очистка, переработка используемых рабочих сред требуют значительных затрат, процесс расснаряжения обладает высокой взрывоопасностью, существует возможность загрязнения окружающей среды.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является экологически и технологически безопасное расснаряжение боеприпасов, в том числе с различной конструкцией, снаряженных любыми методами и штатными взрывчатыми составами, с получением энергетически ценного газообразного продукта, пригодного для безопасного использования для производства тепловой и электрической энергии, обеспечение возможности механизации и автоматизации процесса.

Технический результат достигается тем, что при расснаряжении боеприпасов, содержащих в своем составе заряд химического взрывчатого вещества, включающем воздействие на заряд с получением продуктов воздействия и вывод продуктов для последующей переработки, во внутреннее пространство боеприпаса вводят плазменную струю плазмотрона с дугой косвенного действия, использующего в качестве плазмообразующей среды водяной пар, тепловым и плазмохимическим воздействием плазменной струи на взрывчатое вещество боеприпаса осуществляют газификацию заряда взрывчатого вещества под оболочкой боеприпаса путем паровой плазмохимической конверсии с получением неконденсирующихся в атмосферных условиях газообразных продуктов, которые выводят из внутреннего пространства боеприпаса, при этом плазменную струю вводят с удельной энтальпией, определяемой из соотношения $$h\ge Q_{исп.ВВ}\cdot \frac{m_{ВВ}}{m_{H_{2}O}}$$ , где h - удельная энтальпия пароводяной плазменной струи, Q_исп.ВВ - удельная теплота парообразования взрывчатого вещества, m_ВВ - масса взрывчатого вещества, $$m_{H_{2}O}$$ - масса плазмообразующего пара, необходимого для стехиометрической паровой плазмохимической конверсии взрывчатого вещества.

Технический результат достигается также тем, что направляют плазменную струю на оболочку боеприпаса, воздействием плазменной струи формируют отверстие в оболочке боеприпаса, через названное отверстие вводят плазменную струю во внутреннее пространство боеприпаса.

Технический результат достигается также тем, что вывод газообразных продуктов осуществляют через освобожденное от взрывателя боеприпаса отверстие.

Технический результат достигается также тем, что осуществляют вывод и сжигание газообразных продуктов с производством энергии.

Примеры конкретного выполнения для расснаряжения тротилсодержащих боеприпасов: взрывчатое вещество - тротил, химическая формула C₇H₅N₃O₆, температура кипения 295°С, теплота парообразования взрывчатого вещества 364 кДж/кг.

Реакция паровой плазмохимической конверсии:

2C₇H₅N₃O₆+2H₂O→14СО+7H₂+3N₂.

Из уравнения реакции следует, что для конверсии 1 кг ВВ требуется воды 0,080 кг. При этом образуется синтез-газ (смесь СО и H₂) 0,92 кг.

Пример 1. Боеприпас с массой взрывчатого вещества 1 кг. Используется плазмотрон с дугой косвенного действия мощностью в дуге 20 кВт, КПД плазмотрона 0,7.

При удельной теплоте парообразования взрывчатого вещества 364 кДж/кг для испарения 1 кг ВВ при подводимой плазменной струей тепловой мощности 14 кВт потребуется длительность воздействия плазменной струей 26 секунд. Для осуществления при этом реакции плазмохимической конверсии взрывчатого вещества соответствующий расход плазмообразующего пара составляет 3 г/с. Соответствующая мощности плазмотрона 20 кВт и расходу плазмообразующего пара 3 г/с температура плазменной струи равна 2700 К.

Состав получаемого синтез-газа характеризуется СО-водородным числом

$$\gamma =\frac{\left[H_2\right]}{\left[CO\right]}=\frac{7}{14}=\mathrm{0,5}$$ , где [i] - число молей i-го элемента в смеси.

Теплотворная способность (удельная теплота сгорания) смеси СО и

Н₂:

$$Q_{С-Г}=\frac{\gamma Q_1+Q_2}{\gamma M_{H_2}+M_{CO}}=\frac{0.5\ast 68.3+67.63}{0.5\ast 2+28}=\mathrm{3,5}\frac{ккал}{г}=\mathrm{14,7}\frac{МДж}{кг}$$ .

Здесь $$Q_1=\mathrm{68,3}\frac{ккал}{моль}$$ , Q₂=67,63 ккал/моль - экзотермические эффекты реакций горения водорода и моноокиси углерода соответственно, $$M_{H_2}$$ , M_CO - моли водорода и моноокиси углерода.

На 1 кг ВВ образуется 0,92 кг синтез-газа, который при сжигании выделяет энергии 14,7-0,92=13,5 МДж. При КПД, например, газопоршневой электростанции 0,35 может быть выработано электроэнергии 13,5·0,35=4,7 МДж или 1,3 кВт-ч/кг ВВ.

На расснаряжение боеприпаса затрачено электрической энергии на питание плазмотрона 520 кДж, электрической энергии на подготовку 0,08 кг плазмообразующего пара (подогрев воды до температуры кипения, испарение и перегрев до температуры подачи в плазмотрон, равной 520-580 К) - 340 кДж; всего удельная энергоемкость процесса 0,86 МДж/кг ВВ или 0,23 кВт-ч/кг ВВ.

Пример 2. Боеприпас с массой взрывчатого вещества 23,4 кг. Используется плазмотрон с дугой косвенного действия мощностью в дуге 35 кВт, КПД плазмотрона 0,70.

При удельной теплоте парообразования взрывчатого вещества 364 кДж/кг для испарения 23,4 кг ВВ при подводимой плазменной струей тепловой мощности 24,5 кВт потребуется длительность воздействия плазменной струей 348 секунд. При этом для осуществления реакции плазмохимической конверсии взрывчатого вещества соответствующий расход плазмообразующего пара составляет 5,4 г/с. Соответствующая мощности плазмотрона 35 кВт и расходу плазмообразующего пара 5,4 г/с температура плазменной струи равна 2680 К.

Таким образом, предлагаемый способ расснаряжения боеприпасов является экологически чистым и энергосберегающим.

Способ включает тепловое и плазмохимическое воздействие на взрывчатое вещество боеприпаса плазменной струи плазмотрона с дугой косвенного действия, использующего в качестве плазмообразующей среды водяной пар, газификацию заряда взрывчатого вещества под оболочкой боеприпаса путем паровой плазмохимической конверсии с получением неконденсирующихся в атмосферных условиях газообразных продуктов, которые выводят из внутреннего пространства боеприпаса для последующей переработки. Обеспечивается экологически и технологически безопасное расснаряжение боеприпасов с получением энергетически ценного газообразного продукта. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ расснаряжения боеприпасов, содержащих в своем составе заряд химического взрывчатого вещества, включающий воздействие на заряд с получением продуктов воздействия и вывод продуктов для последующей переработки, отличающийся тем, что во внутреннее пространство боеприпаса вводят плазменную струю плазмотрона с дугой косвенного действия, использующего в качестве плазмообразующей среды водяной пар, тепловым и плазмохимическим воздействием плазменной струи на взрывчатое вещество боеприпаса осуществляют газификацию заряда взрывчатого вещества под оболочкой боеприпаса путем паровой плазмохимической конверсии с получением неконденсирующихся в атмосферных условиях газообразных продуктов, которые выводят из внутреннего пространства боеприпаса, при этом плазменную струю вводят с удельной энтальпией, определяемой из соотношения , где h - удельная энтальпия пароводяной плазменной струи, Q_исп.ВВ - удельная теплота парообразования взрывчатого вещества, m_ВВ - масса взрывчатого вещества, - масса плазмообразующего пара, необходимого для стехиометрической паровой плазмохимической конверсии взрывчатого вещества.

2. Способ по п.1. отличающийся тем, что направляют плазменную струю на оболочку боеприпаса, воздействием плазменной струи формируют отверстие в оболочке боеприпаса, через названное отверстие вводят плазменную струю во внутреннее пространство боеприпаса.

3. Способ по п.1. отличающийся тем, что вывод газообразных продуктов осуществляют через освобожденное от взрывателя боеприпаса отверстие.

4. Способ по п.1. отличающийся тем, что осуществляют вывод и сжигание газообразных продуктов с производством энергии.