Диссертация (Разработка и исследование индукционно-резистивного нагревателя для уничтожения боеприпасов), страница 2

Разработана имитационная модель теплового и электрического режимаиндукционно-резистивного нагревателя с системой регулирования температуры,учитывающая теплообменные процессы при уничтожении боеприпаса. Получены8зависимости температуры локализатора от времени уничтожения и массы взрывчатого вещества в боеприпасе и других факторов.Обоснованность и достоверность полученных в диссертационной работенаучных результатов, выводов и рекомендаций обеспечивается корректным использованием применяемого математического аппарата, теории оптимальногопроектирования и методов математического моделирования.

Справедливость выводов относительно адекватности предложенных математических моделей, достоверности, работоспособности и эффективности разработанного ИРН подтверждена результатами опытной и промышленной эксплуатации ИРН на объектах поуничтожению химического оружия.Практическая ценность состоит в следующем:1. С использованием разработанных математических моделей проведеныисследования и даны рекомендации по проектированию и выбору режимов работы ИРН, обеспечивающих энергоэффективность, заданное температурное распределение внутри локализатора, а также полное уничтожение боеприпасов.2.

Разработаны новые конструкции опытных и промышленных образцовИРН (три типоразмера), прошедшие экспертизу промышленной безопасности изащищенные патентом РФ на изобретение.3. Получены экспериментальные данные о параметрах уничтожения боеприпасов и ресурсе нагревателя при многократных подрывах, которые использованы для проектирования нагревателей.Результаты работы внедрены на трех объектах по уничтожению химического оружия в виде промышленных образцов ИРН, с использованием которых уничтожено более 100 000 реальных боеприпасов.

Теоретические результаты, методика расчета и математические модели используются в АО «КНИИМ» при разработке многослойных индукторов промышленной частоты.Основные положения и результаты диссертационной работы докладывалисьи обсуждались: на VIII–IX Международных научно–технических конференциях«Актуальные проблемы утилизации ракет и боеприпасов (Красноармейск, 2012,92014), ХI, XIII Международных научно–практических интернет–конференциях«Энерго– и ресурсосбережение–XXI век» (Орел, 2013, 2015), ХIХ–XXI Международных научно–технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2013–2015), XLI Научно–технической конференции «Проектирование систем» (Москва, 2014), XV Всероссийской научно–технической конференции «Наука. Промышленность.

Оборона»(Новосибирск, 2014), VII-VIII Всероссийских конференциях молодых ученых испециалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2014–2015), VII Научно–практической конференции «Научно–технические аспекты обеспечениябезопасности при уничтожении, хранении и транспортировке химического оружия» (Москва, 2014), ІV Всероссийской конференции «Химическое разоружение»(Ижевск, 2015).Работа выполнялась в рамках Федеральной целевой программы «Уничтожение запасов химического оружия в Российской Федерации» при выполненииОКР«Блок-М»иОКР«Примус»погосударственнымконтрактам№110208.1003200.15.020 от 04.03.2011 г. и № 120208.1003200.15.021 от24.02.2012 г.

соответственно, что подтверждает ее актуальность.Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 22 работах, среди которых 5 работ в ведущих рецензируемых изданиях,рекомендованных в действующем перечне ВАК, 15 –в материалах международных, всероссийских и межвузовских научно–практических конференциях, получен 1 патент РФ на изобретение.Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из92 наименований и приложений.

Основной текст изложен на 165 страницах машинописного текста и включает 88 рисунков, 27 таблиц. Приложения размещенына 16 стр.10ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА УНИЧТОЖЕНИЯ БОЕПРИПАСОВ.ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ1.1. Актуальность и технология уничтожения химических боеприпасовАктуальность уничтожения ХО определяется, в первую очередь, выполнением требований Конвенции. Кроме этого, из-за длительного хранения у части боеприпасов нарушена герметичность, что ведет к утечкам ОВ, что делает высокоопасным дальнейшее их хранение [7].Из всего многообразия ХО определенную долю составляют изделия кассетного типа, снаряженные боеприпасами сложной конструкции, которые имеютследующие особенности:– наличие в небольшом корпусе ВВ, ОВ, взрывателя и осколочных элементов;– наличие нескольких типоразмеров боеприпасов, отличающихся по массе,габаритам и конструкции;– наличие негерметичных (аварийных) боеприпасов;– невозможность разборки боеприпаса из-за высокой чувствительности ВВк внешним воздействиям.Прежде всего, сложность и опасность уничтожения данных боеприпасовопределяется наличием нервнопаралитических отравляющих веществ, таких какзарин, зоман, ви-икс.

В связи с этим, в настоящей работе при проведении исследований использовался макет боеприпаса сложной конструкции (рис.1.1), который представляет собой двухслойный корпус длиной Lб = 450 мм, диаметром Dб =76 мм и толщиной стенок 3 мм. Внутри корпуса размещается заряд ВВ массой 0,7кг в тротиловом эквиваленте и взрыватель.

Между наружной частью корпуса изарядом ВВ имеется полость, имитирующая объем, заполняемый отравляющимвеществом.11Рис. 1.1. Макет боеприпаса сложной конструкции: 1 – корпус; 2 – крышка; 3 – взрыватель; 4 – прокладки; 5 – заряд ВВ; 6– полость, имитирующая объем ОВДля уничтожения химических боеприпасов предложено несколько методов:нейтрализационный, детонационный и термический [8].Нейтрализационный метод основан на разрушении (вскрытии) корпуса боеприпаса с химической нейтрализацией ОВ, и используется установке ExplosiveDestruction System (EDS), разработанной в США [9].Детонационный метод подразумевает подрыв боеприпаса от внешнего накладного заряда внутри взрывной камеры с нейтрализацией ОВ при воздействиивысоких температур и давления.

Данный метод реализован в японской установкеDetonation of Ammunition in Vacuum Integrated Chamber (DAVINCH) и американской – Controlled Detonation Chamber (CDC) [10].Недостатками нейтрализационного и детонационного методов является наличие большого количества ручных операций, связанных с подготовкой боеприпасов и выгрузкой осколков.Наиболее технологичным является термический метод уничтожения, основанный на разложении ВВ внутри боеприпаса при температурах 180–250°С, прикотором происходит взрыв с разрушением корпуса и частичной нейтрализациейОВ.

Термический метод позволяет полностью исключить ручные операции и автоматизировать процесс уничтожения [11].При термическом уничтожении обычных и химических боеприпасов используются следующие методы нагрева, показанные на рис. 1.2. Такие способы,как сжигание в доменных печах, в заброшенных нефтяных скважинах, угольных12шахтах, реактивных двигателях, а также при воздействии ядерного взрыва остаются только теоретическими, на практике они не реализованы.Рис. 1.2.

Методы нагрева при термическом уничтожении боеприпасовНаибольшее распространение для уничтожения боеприпасов получил газовый нагрев в различных печах. Недостатком данного способа является то, что присжигании образуется большое количество вредных выбросов, для улавливаниякоторых требуются системы многоступенчатой очистки [7].Для уничтожения взрывателей применяются лазерный и электродуговой методы, при которых вначале прожигается отверстия в корпусе боеприпаса, черезкоторое выжигается ВВ [12,13].

Недостатком данных способов является незащищенность от взрыва, и вследствие этого, невозможность уничтожения боеприпасов массой ВВ более 50 г. К тому же, двухслойная конструкция боеприпасовсложной конструкции не позволяет прожечь отверстие данными способами.1.2. Обзор электротермических установок для уничтожения боеприпасовДля уничтожения обычных видов боеприпасов широко используются индукционный нагрев, в частности для сплющивания пустых корпусов боеприпасов,выплавки ВВ из корпуса, термического уничтожения взрывателей [14,15].13В СамарскомГТУ разработаны установки высокочастотного нагрева периодического и непрерывного действия для уничтожения огневой цепи взрывателя смассой ВВ 15 г.Установка периодического действия [16] с производительностью 100 шт/чпредставляет собой проходную бронекамеру с индуктором (рис.

1.3), оснащеннуюмеханизмами загрузки и выгрузки взрывателей и блоком управления. Индуктордлиной 90 мм выполнен однослойным с 9 витками из медного профиля 10×10 мм.Внутренний диаметр индуктора 80 мм, внешний – 100 мм, заглубление взрывателя в индуктор 17,5 мм. Индуктор подключен к источнику питания повышеннойчастоты 1 кГц. Потребляемая мощность 20 кВт, расход электроэнергии на одинвзрыватель 0,15 кВт*ч, время нагрева 35 с.Рис. 1.3.

Установка периодического действия для уничтожениявзрывателей и конструкция индуктора: 1 – взрыватель; 2 – индуктор; 3 – бронекамераВ установке непрерывного действия, показанной на рис. 1.4, для уничтожения взрывателей применяется зонально-непрерывный нагрев, при котором индуктор охватывает лишь ту часть изделия, где размещено ВВ [17].

Установка, представляет собой цепной транспортер с гнездами для размещения взрывателей ищелевой водоохлаждаемый индуктор длиной 1 м из медного профиля 30×15 мм спитанием от сети повышенной частоты 8 кГц.Взрыватели загружаются в гнезда транспортера и транспортируются в зонунагрева. Проходя через щелевой индуктор, взрыватели нагреваются и поступают14в зону подрыва, оснащенную защитным экраном, где происходит их уничтожение.Рис. 1.4. Установка непрерывного действия для уничтожения взрывателей и конструкция индуктора: 1 – взрыватель; 2 – индуктор; 3 – защитный экранПри оценке применимости индукционного нагрева для уничтожения боеприпасов сложной конструкции в АО «КНИИМ» проведены эксперименты по нагреву макетов в индукторе (рис. 1.5), который представляет трубу Ø120×6 мм из стали 12Х18Н10Т, на которую намотана многослойная обмотка (340 витков) из провода сечением 10 мм2.