Взрывная камера для утилизации неразборных и трудноразборных окончательно снаряженных малокалиберных боеприпасов Российский патент 2021 года по МПК F42B33/06 F42D5/04 

Изобретение относится к области утилизации окончательно снаряженных малокалиберных артиллерийских боеприпасов, имеющих неразборные или трудноразборные конструкции, и может быть использовано при уничтожении различных типов боеприпасов в автоматизированном режиме осуществляемого процесса.

В настоящее время в арсеналах и складах хранится большое количество боеприпасов (БП) калибром от 23 до 45 мм, содержащих заряды высокоэнергетических конденсированных систем (взрывчатых веществ, пиротехнических составов), с истекшим сроком хранения, в том числе и находящихся в аварийном состоянии.

Разборка подобных БП нецелесообразна как вследствие особенностей их конструктивного исполнения, так и из условий обеспечения безопасности процесса.

При утилизации БП необходимо гарантированно обеспечить полное их уничтожение, а также - безопасность и защиту окружающей среды от воздействия газообразных продуктов взрыва и засорения осколками корпуса и иными поражающими элементами (при наличии в конструкции), поэтому наиболее эффективным и безопасным способом уничтожения таких БП является подрыв в замкнутом объеме с локализацией и последующей фильтрацией продуктов взрыва.

Известен ряд устройств, в которых инициирование утилизируемых БП малых калибров осуществляют посредством нагрева их корпусных элементов во взрывных камерах до температуры, обеспечивающей гарантированный подрыв как взрывателя, так и основного заряда.

Так, например, установка для утилизации снаряжения боезарядов /1/ содержит смонтированные в технологической последовательности сообщающиеся между собой камеру, где смонтирован разъемный бронированный локализатор, связанный с индукционным нагревателем, и устройства мембранной и сорбционной фильтрации отходящих газов из камеры, оснащенной шлюзами штучной автоматической загрузки кассет, несущих обрабатываемые изделия, и выгрузки отходов сжигания, которые примыкают к трубчатому локализатору.

Недостатками данной взрывной камеры являются:

1 - кассетный способ подачи БП в зону обработки, предполагающий одноразовое использование кассет, а отсюда повышенные экономические затраты.

2 - сложная и дорогая в изготовлении конструкция локализатора, требующая отдельного механического устройства для перекрытия его торцовых отверстий перед подрывом БП, и открытия их перед опорожнением и загрузкой следующей «порции» БП.

3 - накопление в локализаторе осколков и фрагментов утилизируемых БП и необходимость в устройстве для его периодического опорожнения;

4 - размещение нагревательного устройства - индуктора непосредственно во взрывной камере, жесткая механическая связь его с локализатором (судя по иллюстрации), и, как следствие, нагружение его конструктивных элементов динамическим воздействиям от взрыва БП, включающим и волны напряжений, распространяющиеся по элементам конструкции.

5 - необходимость в дополнительных системах контроля температуры и охлаждения обмоток индуктора;

6 - сложный и малоэффективный механизм теплопередачи от индуктора к нагреваемому БП, - сначала индуктор должен соответствующим образом нагреть стенки локализатора, а уже от них за счет конвективного теплообмена - сначала воздушное пространство его полости, а затем кассеты и размещенные в них корпуса утилизируемых БП.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является взрывная камера для утилизации неразборных и трудноразборных боеприпасов /2/, содержащая емкость, оборудованную шиберными устройствами, установленными внутри нее локализатором, нагревателем, отбойником, а также системами управления и отвода газообразных продуктов взрыва.

В данной взрывной камере предусмотрена поштучная подача БП на утилизацию. Локализатор же установлен с зазором относительно индукционно-резистивного нагревателя, исключающим динамическое воздействие от взрыва БП.

Однако, вышеуказанные недостатки, связанные с накоплением осколков и фрагментов в полости локализатора и необходимостью их удаления после подрыва каждого утилизируемого БП, а также - с условиями теплопередачи посредством индукционного нагрева здесь не устранены.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, а также снижение энергозатрат и эксплуатационных расходов при использовании взрывной камеры для утилизации неразборных и трудноразборных боеприпасов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известной взрывной камере для утилизации неразборных и трудноразборных боеприпасов, содержащей емкость, оборудованную шиберными устройствами, установленными внутри нее локализатором, нагревателем, отбойником, а также системами управления и отвода газообразных продуктов взрыва, в соответствии с изобретением локализатор выполнен из нескольких наборов вертикально расположенных взаимозаходящих и равномерно распределенных по окружности рельсовых профилей, скрепленных бандажными элементами, с размещенными в его туннельной полости контактными элементами ножевого типа, выполненными из тугоплавкого материала и электрически соединенными со вторичной обмоткой понижающего трансформатора, расположенного вне емкости взрывной камеры.

Необходимость и достаточность отличительных признаков предложенного технического решения может быть пояснена следующим образом.

Выполнение локализатора из нескольких наборов вертикально расположенных взаимозаходящих и равномерно распределенных по окружности рельсовых профилей, обладающих высокой прочностью, конструктивно более просто, чем использование перфорированных толстостенных трубных элементов или определенным образом также перфорированных бронеплит, требующих при изготовления выполнения большого количества сверлильных операций и специального инструмента. При этом перфорация, необходимая для гашения ударной волны и давления от расширяющихся продуктов взрыва здесь заменена на совокупность лабиринтных каналов, образованных взаимозаходящими рельсовыми профилями, и выполняющими ту же функцию. Вертикальное же расположение профилей обеспечивает самоопорожнение полости локализатора от осколков и фрагментов утилизируемого БП под действием силы тяжести.

В силу того, что при взрыве заряда большинства БП окончательная фрагментация их корпусов на осколки происходит в радиальном направлении на расстоянии не превышающем 1,5-2,5 калибров (D) от оси, при одновременном падении давления газообразных продуктов взрыва, расстояние между противоположно расположенными относительно центральной оси локализатора внутренними рельсовыми элементами, образующими туннельную полость, целесообразно обеспечить с соблюдением указанного соотношения, т.е. не более 3-5 калибров утилизируемого БП. Это позволит снизить как ударные нагрузки от осколков и фрагментов корпуса БП на внутренние элементы металлоконструкции локализатора, так и воздействие на них не окончательно сформировавшейся на данной дистанции ударной волны. Исходя из калибра подлежащих утилизации БП и условий задания размера в сечении внутренней полости локализатора, для его изготовления целесообразно использовать рельсы типа Р11 ГОСТ 6368-82.

Контактные элементы ножевого типа, выполненные из тугоплавкого материала и электрически соединенные со вторичной обмоткой понижающего трансформатора, расположенного вне емкости взрывной камеры, предварительно осуществляют центровку утилизируемого БП при взаимодействии с ними в туннельной полости локализатора с одновременным замыканием выводов обмотки трансформатора через корпус БП. При подаче на них напряжения они обеспечивают быстрый нагрев корпуса БП, в отличие от устройства прототипа, не целиком, а в локальной приконтактной области (см. например /3/). Теплопередача от внешней поверхности корпуса БП внутрь к близкорасположенными к зоне нагрева частям заряда ВВ до достижения ими температуры разложения и последующего взрыва осуществляется только за счет теплопроводности, что ускоряет и удешевляет процесс нагрева.

Размещать контактные элементы в туннельной полости локализатора целесообразно таким образом, чтобы зона их контактов с корпусом БП располагалась в максимальной близости от расположенного внутри него заряда детонатора взрывателя, обладающего по определению большей чувствительностью к тепловому воздействию, чем основной заряд взрывчатого вещества БП.

В качестве материала для контактных элементов могут использоваться вольфрамовые сплавы, например типа ВНМ 3-2 ТУ 48-19-90-90, ВНМ 5-5 ТУ 48-19-95-92, ВД-30 ТУ 14-1-3927-87, ВД-25 ТУ 14-1-3927-85 и аналогичные.

Размещение понижающего трансформатора вне емкости взрывной камеры исключает механическое воздействие на него физических факторов, сопутствующих взрыву утилизируемого БП, а также наряду с предполагаемой периодичным (циклическим) режимом работы устраняет необходимость в контроле температуры и принудительном охлаждении его вторичной обмотки, что снижает эксплуатационные затраты.

Изобретение поясняется следующей графической информацией: На фиг. 1 в качестве примера представлен вариант принципиальной схемы взрывной камеры для утилизации неразборных и трудноразборных боеприпасов.

Для упрощения изображения размещение датчиков системы управления внутри камеры, их электрическая связь с системой, а также аппаратурное оформление системы отвода газообразных продуктов взрыва условно не показаны.

На фиг. 2 - показан горизонтальный разрез локализатора с размещенным внутри него БП калибра D.

На фиг. 3 - фронтальный разрез локализатора с размещенным внутри него БП.

Для упрощения изображения конструктивное исполнение крепления контактных элементов внутри локализатора на фиг. 2, 3 условно не показано.

Взрывная камера (фиг. 1) для утилизации неразборных и трудноразборных боеприпасов содержит емкость 1, оборудованную шиберными устройствами 2-4, установленными внутри нее локализатором 5, нагревателем 6, отбойником 7, а также системами управления 8 и отвода газообразных продуктов взрыва 9.

Локализатор 5 выполнен из нескольких наборов вертикально расположенных взаимозаходящих и равномерно распределенных по окружности рельсовых профилей 10, скрепленных бандажными элементами 11 (фиг. 2, 3).

Нагреватель 6 выполнен в виде размещенных в туннельной полости локализатора контактных элементов ножевого типа 12 из тугоплавкого материала, электрически соединенных со вторичной обмоткой понижающего трансформатора 13, расположенного вне емкости камеры 1.

Отбойник 7 имеет возможность регулируемого перемещения и дополнен системой механически не связанных бронеплит 7' и 7'' выполняющих ту же функцию и закрепленных на внутренних стенках емкости 1.

Система управления 8 содержит расположенные внутри емкости датчики температуры, давления, акустический датчик и датчик вибрации, и при необходимости устройство визуального контроля.

Шиберные устройства 2-4 управляются по сигналам с системы управления посредством пневмоцилиндров 14-16, а подвижный отбойник 7 - пневмоцилиндром 17.

Система отвода газообразных продуктов взрыва 9 включает в себя комплект известных устройств для частичного вакуумирования емкости 1, фильтрации от пылевых фракций, а также нейтрализации содержащихся в продуктах взрыва экологически вредных оксида углерода, различных окислов азота, свинца и ртути.

Работа взрывной камеры осуществляется следующим образом.

Емкость 1 (фиг. 1) предварительно вакуумируется с помощью системы отвода газообразных продуктов взрыва 9, и затем система работает непрерывно. Подвижный отбойник 7 посредством пневмоцилиндра 17 переводится в нерабочее положение (на фиг. 1 показано штрихпунктирной с двумя точками тонкой линией).

Подлежащие утилизации боеприпасы 18 поштучно с заданным интервалом времени подаются шаговым конвейером, ленточным транспортером и т.п. известным устройством в ориентирующий бункер 19.

По команде системы управления 8 пневмоцилиндром 14 открывается шиберная заслонка 2, БП из бункера 19 под действием силы тяжести перемещается в цилиндрический шлюзовый затвор 20, после чего заслонка 2 закрывается. Диаметр сечения шлюзового затвора задается с небольшим превышением (на доли миллиметра) калибра БП, что способствует вертикальной ориентации БП для последующего перемещения под действием силы тяжести в туннельную полость локализатора 5.

По следующим командам системы управления 8 пневмоцилиндром 15 открывается шиберная заслонка 3, БП под действием собственного веса начинает перемещение в полость локализатора 5, заслонка 3 закрывается, отбойник 7 пневмоцилиндром 17 перемещается в рабочее положение.

При попадании в полость локализатора 5 (фиг. 2, 3) БП 18 центрируется в ней посредством контактных элементов 12 нагревателя 6, электрически соединенных со вторичной обмоткой понижающего трансформатора 13. Одновременно осуществляется и электрический контакт корпуса БП с ними. Контактные элементы 12 размещены таким образом, чтобы зона контактов с корпусом БП располагалась в максимальной близости от расположенного внутри него заряда детонатора взрывателя, обладающего по определению большей чувствительностью к тепловому воздействию, чем основной заряд взрывчатого вещества БП. При необходимости (при отработке процесса) надежность контактов по отдельной команде системы управления, или непосредственно оператором, может осуществляться контрольным прибором 21, включаемым посредством ключа 22. После осуществления проверки наличия контактов ключ 22 размыкается, и последующем замыканием ключа 23 осуществляется подача напряжения со вторичной обмотки 13 понижающего трансформатора на нагреватель 6, т.е. в итоге на его контактные элементы 12, короткозамкнутые корпусом БП.

Корпус БП 18, будучи замыкающим элементом электрической цепи, под действием тока, обусловленного напряжением U₂ со вторичной обмотки 13 понижающего трансформатора быстро нагревается, вследствие чего при достижении температуры разложения находящийся внутри него заряд ВВ взрывается. Разлет образовавшихся при взрыве осколков осуществляется преимущественно в радиальном направлении относительно оси туннельной полости локализатора. Поэтому после соударения с его внутренними элементами (головками рельс) основная часть осколков 24 падает в нижнюю часть емкости, а отколовшаяся донная часть корпуса БП 25, в случае возможного вертикального перемещения вверх, соударяется сначала с отбойником 7, а затем с системой бронеплит 7' и 7'' (вероятная траектория движения показана на фиг. 1 тонкими линиями со стрелками), после чего также попадает в нижнюю часть емкости.

После взрыва в ориентирующий бункер 19 подается очередной БП 18 из утилизируемой партии и вышеописанный процесс повторяется.

Для защиты шиберной заслонки 4 от поражающего действия осколков БП при утилизации нескольких первых БП из партии, нижняя часть емкости камеры 1 предварительно может быть частично заполнена энергопоглощающим материалом, например древесными опилками.

Газообразные продукты взрыва из локализатора выбрасываются через совокупность лабиринтных каналов, образованных взаимозаходящими рельсовыми профилями, во внутренний объем камеры 1 откуда удаляются постоянно работающей системой отвода 9.

Системой управления 8 посредством расположенных внутри камеры датчиков давления и температуры осуществляется постоянный контроль параметров среды внутри камеры. Фиксация момента взрыва осуществляется с помощью акустического датчика и датчика вибрации. Степень заполнения нижней части емкости осуществляется по количеству утилизированных БП или, при необходимости, устройством визуального контроля.

При заполнении ее осколками и фрагментами БП до заданной величины процесс утилизации останавливается, после чего по команде системы управления 8 пневмоцилиндром 16 открывается шиберная заслонка 4 и емкость опорожняется.

Таким образом предложенная конструкция взрывной камеры для утилизации неразборных и трудноразборных боеприпасов имеет более простую конструкцию по сравнению с устройством - прототипом, а также требует меньших энергозатрат и эксплуатационных расходов при использовании.

Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:

1) Патент РФ №2482437 Установка для утилизации снаряжения боезарядов, F42B 33/06, 2013 г.

2) Патент РФ №2572275 Взрывозащитная локализующая камера многоразового использования для уничтожения неразборных боеприпасов, F42D 5/04, F42B 33/06, 2016 г. - прототип.

3) https://protransformatory.ru/vidy/ponizhayushhij-transformator

Изобретение относится к области утилизации окончательно снаряженных малокалиберных артиллерийских боеприпасов, имеющих неразборные или трудноразборные конструкции, и может быть использовано при уничтожении различных типов боеприпасов в автоматизированном режиме осуществляемого процесса. Взрывная камера содержит емкость, оборудованную шиберными устройствами, установленными внутри нее локализатором, нагревателем, отбойником, а также системами управления и отвода газообразных продуктов взрыва. Локализатор выполнен из нескольких наборов вертикально расположенных взаимозаходящих и равномерно распределенных по окружности рельсовых профилей, скрепленных бандажными элементами, с размещенными в его туннельной полости контактными элементами ножевого типа, выполненными из тугоплавкого материала и электрически соединенными со вторичной обмоткой понижающего трансформатора, расположенного вне емкости взрывной камеры. Противоположно расположенные относительно центральной оси локализатора внутренние рельсовые элементы, образующие его туннельную полость, размещены на расстоянии, не превышающем 3-5 калибров утилизируемого боеприпаса. Контактные элементы в туннельной полости локализатора размещены с расположением зоны их контактов с корпусом утилизируемого боеприпаса в максимальной близости от расположенного внутри него заряда детонатора взрывателя. Техническим результатом является упрощение конструкции, а также снижение энергозатрат и эксплуатационных расходов при использовании взрывной камеры. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Взрывная камера для утилизации неразборных и трудноразборных окончательно снаряженных малокалиберных боеприпасов, содержащая емкость, оборудованную шиберными устройствами, установленными внутри нее локализатором, нагревателем, отбойником, а также системами управления и отвода газообразных продуктов взрыва, отличающаяся тем, что локализатор выполнен из нескольких наборов вертикально расположенных взаимозаходящих и равномерно распределенных по окружности рельсовых профилей, скрепленных бандажными элементами, с размещенными в его туннельной полости контактными элементами ножевого типа, выполненными из тугоплавкого материала и электрически соединенными со вторичной обмоткой понижающего трансформатора, расположенного вне емкости взрывной камеры.

2. Взрывная камера по п. 1, отличающаяся тем, что противоположно расположенные относительно центральной оси локализатора внутренние рельсовые элементы, образующие его туннельную полость, размещены на расстоянии, не превышающем 3-5 калибров утилизируемого боеприпаса.

3. Взрывная камера по п. 1, отличающаяся тем, что контактные элементы в туннельной полости локализатора размещены с расположением зоны их контактов с корпусом утилизируемого боеприпаса в максимальной близости от расположенного внутри него заряда детонатора взрывателя.