Автореферат (Разработка и исследование индукционно-резистивного нагревателя для уничтожения боеприпасов), страница 4

10. Функциональная схема лись относительно массы ВВ, что делает модельимитационной модели ИРНинвариантной от типа боеприпаса.Для построения имитационной модели использовалось уравнение энергетического баланса (см. рис.10)РΣ – Р1 – Рп1 – Рп2 = Р2 +Р3+ Рвзр – Рнагр,(5)где мощности: РΣ – потребляемая, Р1 – потерь в индукторе, Р2 – потерь в локализаторе, Р3 – передающаяся от индуктора, Рвзр – взрыва, Рнагр – идущая на нагрев боеприпаса, Рп1, Рп2 – тепловых потерь индуктора и локализатора.В ур. (5) пренебрегаются потери в токоподводящих элементах, регуляторемощности, защитном кожухе индуктора, что незначительно сказывается на точности модели, однако, позволяет существенно её упростить.В режиме уничтожения локализатор нагревается снаружи индукционнымполем, а изнутри – энергией взрыва, что потребовало при моделировании использовать двухслойную схему локализатора (рис. 11) с толщиной внешнего слоя,равной глубине проникновения электромагнитной волны в металл, и оставшейсячастью, подверженной нагреву энергией взрыва.

Учитывая большую тепловуюинерцию, каждый слой представлялся инерционным звеном первого порядка спередаточными функциямиk2k1и W2 ( p ) ,(4)W1 ( p ) 1  T2  p1  T1  pгде k1 – коэффициент передачи, показывающий какая часть мощности, выделяющейся при индукционном нагреве во внешнем слое, идет на нагрев внутреннегослоя; k2 – коэффициент передачи, показывающий, какая часть мощности, поступающей во внутренний слой локализатора изнутри, идет на нагрев внешнегослоя; T1 , Т 2 – постоянные временивнешнего слоя и внутреннего слоев. Коэффициенты передачи и постоянныевремени определялись при исследовании электрических и тепловых параметров ИРН.Рис. 11.

Структурная схема локализатора15Индуктор представляется инерционным звеном первого порядка с заданиемусловий его охлаждения в виде коэффициента теплоотдачи.Для регулирования температуры локализатора и индуктора используетсятиристорный регулятор, который задавался в виде последовательно соединенныхбезынерционного звена и нелинейного звена ограничения.С использованием разработанной модели проведены исследования режимовнагрева и уничтожения боеприпасов.Установлено, что в зависимости от условий охлаждения индуктора локализатор может нагреваться двумя путями: при интенсивном охлаждении (рис.

12, а)локализатор монотонно нагревается до Тнар=500°С, так как температура индукторане поднимается выше Тобм =250°С; при слабом охлаждении монотонный нагревлокализатора прекращается при достижении Тобм =350°С, затем идет ступенчатыйнагрев до Тнар=500°С, связанный с периодическим отключением питания индуктора при его перегреве. Нагрев локализатора со слабым охлаждением предпочтительнее, так как снижается расход охлаждающего воздуха при незначительномувеличении времени нагрева.Установлено, что для снижения времени нагрева локализатора доТнар=500°С при условии интенсивного охлаждения необходимо увеличивать ток виндукторе (рис.

12, б).а)б)Рис. 12. Режимы нагрева локализатора в зависимости от коэффициента теплоотдачи индуктора αоб, Вт/(м2°С) (а) и тока в индукторе (б) I, AИсследование режима уничтожения боеприпасов показало, что при увеличении массы ВВ МВВ (рис. 13, а) наблюдается интенсивное повышение температуры внутри локализатора Твнут после каждого цикла уничтожения. Это ведет куменьшению времени цикла уничтожения tц и дальнейшему повышению температуры, что в итоге может привести к аварийной ситуации.

Данное явление подтверждено экспериментальными исследованиями на опытном образце и выражалось в локальном перегреве локализатора на 250–300°С при подрывах макетовМВВ = 0,7 кг с циклом tц = 3–4 мин, что привело к быстрому разрушению локализатора.С целью исключения данного явления проведены исследования влияниявремени цикла уничтожения tц на разогрев локализатора (рис. 13, б). Выявлено,что с уменьшением tц при неизменной MВВ происходит более интенсивный нагрев16внутренней поверхности локализатора, что требует подбора времени цикла уничтожения, при котором исключается перегрев локализатора, под каждый тип боеприпаса.На основании проведенных исследований сформулированы рекомендациипо выбору оптимальных параметров режима нагрева и уничтожения боеприпасов.а)б)Рис. 13.

Режимы уничтожения боеприпасов в зависимости отмассы ВВ MВВ в боеприпасе (а) и времени цикла уничтожения tц (б)Пятая глава посвящена результатам экспериментального исследования параметров и режимов работы опытного образца ИРН, а также его практической реализации.Для проведения экспериментальных исследований и проверки достоверности разработанных математических моделей в АО «КНИИМ» был изготовленопытный образец ИРН (рис. 14) со следующими параметрами: ширина индуктораHин = 450 мм, число слоев n = 4, общее количество витков N = 160, зазор междуиндуктором и локализатором δ = 15 мм, обмоточный провод с наружным размером 10×10 мм, сечением жилы 36 мм2 и толщиной нержавеющей оболочки 0,6 мм.Система регулирования температуры включает тиристорный регулятор мощности (1), пропорциональныйрегулятор (2) и термоэлектрическиепреобразователи (Т1, Т2, Т3).

Электрические параметры замерялись анализатором (3) и мультиметром (4) с датчиками тока (5) и напряжения (6). Система охлаждения индуктора, котораявключает компрессор (7) и блок подготовки воздуха, содержащий датчикидавления (8) и расхода (9), использоРис. 14. Опытный образец ИРНвалась для определения тепловыделес системой измерения параметровния в индукторе методом калориметрирования. Все измерительное оборудование подключено к ПЭВМ (10), на котором осуществляется одновременная запись исследуемых параметров.

Для оценкитемпературы внутри локализатора использовался тепловизор (11) и инфракрасный пирометр (12).17Полученные в результате экспериментальных исследований интегральныепараметры нагревателя расходятся с данными моделирования не более, чем на10%, что подтверждает достаточную для практики точность расчета.Сравнение распределения температуры по длине локализатора (рис. 15) срезультатами моделирования показало расхождение 7%, что подтверждает адекватность разработанных моделей.

Экспериментально подтверждены зависимостинагрева локализатора при разных режимах охлаждения индуктора с расходомвоздуха 3,0 и 0,15 м3/с (рис. 15, а, б).а)б)Рис. 15. Экспериментально полученные режимы работы ИРН:при интенсивном (а) и слабом (б) охлаждении индуктораНа опытном образце проведены взрывные ресурсные испытания, включающие 2000 подрывов макетов боеприпасов. Установлено, что ИРН обеспечиваетполное уничтожение боеприпасов с производительностью 5–6 шт./ч.Экспериментально определен ресурс работы локализатора, который составляет для массы ВВ 0,1; 0,4 и 0,7 кгсоответственно 5000, 2000 и 800 подрывов, при этом индуктор практические неповреждается, и его ресурс составляет более 7000 подрывов.По результатам разработки ИРН вАО «КНИИМ» создана камера уничтожения (рис. 16), включающая герметичнуюемкость объемом 5 м3 с шибернымиустройствами, внутри которой находитсяИРН с отбойником, перекрывающим отверстие в локализаторе при уничтожениибоеприпаса. На камеру получено положительное заключение экспертизы промышРис.

16. Камера уничтожения:ленной безопасности, необходимое для1 – ИРН, 2 – отбойник, 3 – емкость,ввода установки в эксплуатацию, и патент4 – шибер, 5 – видеокамераРФ на изобретение № 2572275.18Камера внедрена на трех объектах по уничтожению химического оружия.Промышленная эксплуатация при уничтожении реальных химических боеприпасов подтвердила эффективность, надежность и высокий ресурс работы ИРН.Универсальность конструкции ИРН позволяет использовать его при утилизации обычных видов мелкокалиберных боеприпасов и их элементов (взрывателей, детонаторов и т.д.), содержащих ВВ, пороха и продукты спецхимии.В Приложениях приведены результаты исследований нагрева боеприпаса игидродинамики взрыва, не вошедшие в основной текст диссертации, а также документы о внедрении результатов работы.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ1. Разработан комплекс математических моделей электромагнитных, тепловых игазодинамических процессов в ИРН с многослойным индуктором из кабеля сметаллической защитной оболочкой, которые используются для разработкиИРН для уничтожения различных типов боеприпасов.2.