Диссертация (Разработка и исследование индукционно-резистивного нагревателя для уничтожения боеприпасов), страница 21

Для прохождения воздуха между слоями устанавливаются фторопластовые прокладки толщиной 1–2 мм, витки наматываются с зазором 1–2 мм.Для подачи воздуха в коллектор имеется патрубок, выходящий наружу через боковой патрубок кожуха. Для измерения температуры индуктора и локализатора имеется два датчика температуры.Исследования, проведенные в данной работе, позволили дать ряд рекомендаций по проектированию ИРН и выбору основных его параметров, которые приведены в Приложении Г.1485.9. Практическая реализация и внедрение нагревателейНа нагреватель разработана конструкторская и эксплуатационная документация, технологическая документация на изготовление, а также инструкции подефектации, ремонту и утилизации.Под разработанный нагреватель в АО «КНИИМ» спроектирована камерауничтожения химических боеприпасов (рис.

5.18), которая включает герметичнуютолстостенную емкость с двумя эллиптическими крышками, имеющую загрузочный и выгрузочный проемы, защищенные шиберными устройствами для подачибоеприпаса и выгрузки осколков. Для предотвращения разлета осколков над ИРНзакреплен отбойник, который в нижнем положении перекрывает отверстия в локализаторе.Рис.

5.18. Камера уничтожения боеприпасов: 1 – ИРН; 2 – отбойник; 3 – емкость;4 – шиберные устройства; 5 – блок видеонаблюдения; 6 – подъемный привод отбойника149При взрыве газообразные продукты взрыва через перфорированные стенкиотбойника стравливаются в полость камеры и направляются в систему очистки, аосколки остаются внутри локализатора и счищаются штанговым толкателем с металлической щеткой в выгрузочный проем, откуда попадают в контейнер (толкатель и контейнер на рис.

5.18 не показаны) [83].Для наблюдения за состоянием локализатора и полнотой уничтожения боеприпасов камера оснащена видеокамерой с инфракрасной подсветкой, которыеустановлены во взрывостойком корпусе и отделены от внутреннего объема камеры бронестеклом и шиберным устройством, закрывающимся перед уничтожениембоеприпаса [83].На камеру уничтожения получен патент на изобретение № 2572275 [84],причем основным отличительным признаком являлось наличие в ней индукционно-резистивного нагревателя со сменным локализатором.В результате проведенных работ в АО «КНИИМ» создан промышленныйобразец камеры уничтожения с ИРН, которая является составной частью технологической линии разборки и уничтожения (рис.

5.19), выполняющей полный циклуничтожения химических боеприпасов. Кроме камеры уничтожения, линия включает агрегат расснаряжения, в котором производится удаление ОВ, и транспортные системы подачи боеприпасов и сбора осколков [85].Технологическая линия с камерой уничтожения и ИРН прошла Государственные испытания и экспертизу промышленной безопасности, в результате чегополучила положительное заключение, а также разрешение на применение на объекте по уничтожению химического оружия.

(Приложение Д).Линия внедрена на трех объектах по уничтожению химического оружия,что подтверждается актами внедрения (Приложение Д). Разработка и внедрениепроводились при непосредственном участии автора. За несколько лет непрерывной работы были уничтожены практически все запасы боеприпасов сложной конструкции. Длительная промышленная эксплуатация нагревателей при уничтоже-150нии реальных боеприпасов подтвердила безопасность, надежность, высокую эффективность разработанных нагревателей [86].Рис.

5.19. Технологическая линия разборки и уничтожения: 1 – питатель, 2 –шлюз; 3 – транспортер; 4 – агрегат расснаряжения; 5 – транспортер с подъемником; 6 –камера уничтожения с ИРН; 7 – система сбора осколковЭкономический эффект от выполнения работы складывается из снижениязатрат на обслуживание и хранение химических боеприпасов, исключения последствий техногенных катастроф, а также высвобождения площадей для их использования под другие цели.Несмотря на то, что процесс уничтожения химического оружия подходит кконцу, разработанные математические модели, методики и нагреватель не потеряют своей актуальности, так как в России остались большие запасы обычных видов боеприпасов. За счет универсальности метода термического воздействия нагреватель позволяет уничтожать широкую номенклатуру боеприпасов с массойВВ до 0,7 кг в тротиловом эквиваленте [87].

В нагревателе может быть организовано одновременное уничтожение нескольких малогабаритных боеприпасов, таких как взрыватели, капсюльные втулки, трассеры, номенклатура которых насчитывает более 100 наименований, а количество – несколько миллионов штук [77].Кроме этого, нагреватели могут использоваться на снаряжательных производст-151вах для безопасного уничтожения бракованных изделий, содержащих ВВ, порохаи пиротехнические составы с массой до 1,0 кг.5.10. Выводы по главе 51 Разработан испытательный стенд, который благодаря использованию современного оборудования и цифровых линий связи обладает следующими техническими характеристиками: синхронный опрос первичных датчиков; измерениетока, напряжения и активной мощности с погрешностью не более 2%; калориметрирование электрических потерь в индукторе с погрешностью не более 5%; измерение температуры внутренней поверхности локализатора при помощи пирометрас погрешностью не более 1%; измерение температурного поля в локализаторе припомощи тепловизора с погрешностью не более 2%.2.

На базе стенда и физической модели ИРН были проведены экспериментальные исследования электрических, тепловых и режимных параметров нагревателя.3. Получены экспериментальные зависимости тока, напряжения, мощности,коэффициента мощности, электрического КПД, температуры локализатора, индуктора, выходящего воздуха, а также перепада температуры по длине локализатора от времени нагрева.4. Максимальное расхождение результатов моделирования и экспериментальных данных составляет 10–12%, что объясняется влиянием высших гармоникна потери в индукторе.5. Экспериментально подтверждено наличие высших гармонических составляющих тока и напряжения в системе питания нагревателя, определен гармонический состав тока и напряжения.

Установлено, что гармоническое искажениесети не соответствует требованиям государственного стандарта. Предложен способ снижения гармонического искажения сети путем установки фильтра.6. Разработан упрощенный макет нагревателя, на котором проведены ресурсные испытания, включающие более 2000 подрывов. Установлен характер деформирования локализатора при уничтожении разных типов боеприпасов. Опре-152делены критические параметры деформации локализатора и ресурс нагревателяпри уничтожении боеприпасов с разной массой ВВ.7. Разработана методика проектирования ИРН для уничтожения боеприпасов, в которой изложены все этапы, начиная от выбора исходных параметров локализатора, и заканчивая выбором параметров нагревателя и режимов его работы.8.

С использованием методики разработано три промышленных образца нагревателей для уничтожения разных типов боеприпасов, на которые разработанаконструкторская, технологическая и эксплуатационная документация. Конструкция нагревателей защищена патентом на изобретение.9. Даны рекомендации по конструктивному оформлению и изготовлениюнагревателя, а также рекомендации по выбору основных элементов систем питания, охлаждения и регулирования температуры.10. Приведены результаты практического использования ИРН в камереуничтожения химических боеприпасов, а также ее аттестации и внедрения в составе технологической линии на трех объектах по уничтожению химическогооружия.153ЗАКЛЮЧЕНИЕВ диссертационной работе проведен ряд теоретических и экспериментальных исследований индукционно-резистивного нагревателя для уничтожения боеприпасов.Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:1.

Предложена схема многослойного индуктора с питанием от сети промышленной частоты и принудительным воздушным охлаждением. Разработанпровод с металлической защитной оболочкой, имеющий высокую механическоюпрочность и стойкость к коррозионно-активным средам.2. Разработана математическая модель электромагнитных процессов в индукционно-резистивном нагревателе с многослойным индуктором из провода сметаллической защитной оболочкой и подпрограмма MultilayerСoil. Проведеноисследование свойств и допущений, принятых в модели. Оценка точности показала, что погрешность моделирования не превышает 8%.3.

Проведено исследование энергетических характеристик ИРН, в результате выбран ток индуктора, количество слоев, ширина индуктора и зазор. Выявлено,что наибольшее влияние на энергетические параметры оказывает толщина оболочки и ее электрофизические свойства. Даны рекомендации по повышению электрического КПД нагревателя за счет улучшения конструкции провода.4.

Разработана тепловая модель нагревателя, учитывающая теплообмен локализатора за счет естественной конвекции. Исследованы свойства модели. Оценка точности и адекватности показала, что погрешность не превышает 10%. Исследованы тепловые параметры ИРН, выбран зазор, ширина и ток индуктора при которых обеспечивается допустимый перепад температуры по длине локализатора.Получены зависимости температуры и перепада температуры по длине локализатора в разных сечениях от времени пускового нагрева.5. Разработана газодинамическая модель естественной конвекции в нагревателе. Проведены исследования свойств модели, в результате чего выбраны модельтечения воздуха, размеры расчётной области и сетки конечных элементов.

Уста-154новлена зависимость коэффициента теплоотдачи локализатора от его температуры, температуры окружающего воздуха и давления внутри камеры уничтожения.6. Разработана модель принудительной конвекции в многослойном индукторе.Установлены зависимости коэффициента теплоотдачи многослойного индуктораот расхода и температуры охлаждающего воздуха. Выбраны параметры системыохлаждения, обеспечивающие температуру индуктора ниже 400 °С.7. Разработана структурная модель ИРН с двухконтурной системой регулирования температуры, учитывающая теплообменные процессы при уничтожениибоеприпасов. Исследованы характеристики пускового режима нагрева и уничтожения боеприпасов, выбрано время цикла уничтожения боеприпасов с разноймассой ВВ.8 Разработан испытательный стенд, на котором были проведены экспериментальные исследования электрических, тепловых и режимных параметров нагревателя.