Установка гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов и регенерации взрывчатых веществ

 

Изобретение относится к области утилизации военной техники и боеприпасов, а именно к расснаряжению и утилизации артиллерийских снарядов различных калибров. Установка содержит замкнутый контур циркуляции рабочей воды с вымывными инструментами для разрушения кавитирующими струями зарядов взрывчатых веществ (ВВ) в снарядах, соединенный с линией регенерации ВВ до товарного продукта, и конвейерную линию доставки кассет с расснаряжаемыми снарядами во взрывозащищенный бокс с горизонтальным стапелем точной посадки кассеты для обеспечения соосности снарядов с вымывными инструментами. Кассета на стапеле имеет средства вращения снарядов. Приемники массоотвода имеют разъемные средства сообщения с полостями снарядов. Стапель содержит приводы возвратно-поступательного движения вымывных инструментов в полость снаряда и приемников массоотвода из расснаряжаемых снарядов. Установка обеспечивает разрушение зарядов взрывчатых веществ (ВВ) непосредственно в корпусе снаряда и извлечение ВВ в виде водной суспензии с последующей регенерацией в товарный продукт для использования либо по прямому назначению, либо для переработки в новые полезные продукты повышенного спроса. 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области утилизации военной техники и боеприпасов, а именно к расснаряжению и утилизации артиллерийских снарядов различных калибров.

Известны устройства для извлечения энергетических материалов из корпусов снарядов путем механического измельчения, например, с помощью режущего инструмента и размягчающей ВВ жидкости. Однако это не гарантирует сохранения исходного ВВ и может быть опасно. Предложены устройства для выплавления ВВ с помощью рабочей среды с температурой 80-130^oС. Наряду с воздействием только нагретой среды применяют механическое воздействие на поверхность ВВ струи нагретой воды высокого давления из вращающегося сопла [1, 2, 3]. Расснаряжение выполняют также путем выжигания ВВ, что кроме потери ценного продукта требует значительных затрат на обезвреживание выбросов.

Недостатками известных устройств с извлечением и регенерацией ВВ являются низкая производительность и высокое энергопотребление, которые в конечном счете удорожают извлечение ВВ и делают получаемый продукт неконкурентоспособным по сравнению с вновь синтезируемым. Кроме того, получаемый после расплавления и последующего затвердевания продукт имеет иную структуру и чистоту по сравнению с ВВ, использованным для снаряжения боеприпасов.

Наиболее близкой по технической сущности и принятой за прототип является установка гидрокавитационного вымывания из корпусов (расснаряжения) ВВ и твердых топлив (ТТ) с замкнутым контуром циркуляции рабочей воды, содержащая последовательно соединенные насос подачи воды высокого давления, вымывной инструмент на наклонном стапеле, смонтированный совместно с вымываемым снарядом (имеющим вращательную и поступательную степени свободы), массоотвод, отстойник, сепараторы, средства термостатирования рабочей воды, водяной бак, фильтры. Подвижная с вращательной и поступательной степенями свободы взаимосвязь вымывного инструмента с вымываемым снарядом и массоотводом выполнена в виде закрепленного на подвижном столе наклонного стапеля горловиной вниз снаряда соосно с нижерасположенным на наклонном стапеле вымывным инструментом в виде рабочей штанги с сопловым блоком, направленным вверх; вымывной инструмент снабжен гидроприводом возвратно-поступательного движения соплового блока со штангой в сторону горловины снаряда; рабочая штанга имеет выход в полость снаряда через два соосных патрубка "большого тройника" и приемник массоотвода. Подвижный стол содержит держатель донной части снаряда, соединенный с гидромотором вращения снаряда, и гидропривод возвратно-поступательного движения стола в сторону приемника массоотвода до соединения его с горловиной снаряда через герметизирующий держатель из формованного мягкого пластика (molded soft-plastic shell-nose holder).

В этой установке входящий внутрь вращающегося корпуса снаряда осецентрированный перемещающийся вымывной инструмент из штанги и соплового блока снабжен тремя кавитирующими соплами с различными наклонами к продольной оси, причем два сопла направлены вперед для отрезания фрагментов ВВ, а третье сопло направлено назад для очистки от каких-либо остатков стенок корпуса и для разрушения фрагментов, которые слишком велики для извлечения из корпуса с потоком воды. Применение кавитирующих сопел позволило снизить рабочее давление подачи воды до 27,6-33,1 МПа и расход энергии на извлечение 7,26 кг ВВ (155-мм снаряд) до 2,67 кВт-ч по сравнению с 3,36 кВт-ч при использовании гидромониторной техники. Время извлечения ВВ сократилось с 2,1 мин до 1,43 мин [3].

Недостатком известного и принятого за прототип устройства является низкая производительность вследствие ручных подготовительных и заключительных операций непосредственно на наклонном стапеле, что требует для обеспечения безопасности проведения дополнительных операций по отключению в рабочем боксе воды высокого давления отключения части автоматики, снятия блокировок.

Центрирование снаряда по оси рабочей штанги и приемника массоотвода при только консольном защемлении в донной части с учетом массы снаряда является недостаточно надежным. Эксцентриситет снаряда вызывает быстрый износ герметизирующего держателя из мягкого пластика и приводит к вытеканию водной суспензии ВВ через разрушенное уплотнение, загрязнению и к опасности попадания бокса мелкодисперсного ВВ на трущиеся и вращающиеся механизмы установки.

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение производительности, надежности и безопасности эксплуатации установки. Установка обеспечивает разрушение зарядов взрывчатых веществ (ВВ) непосредственно в корпусе снаряда и извлечение ВВ в виде водной суспензии с последующей регенерацией в товарный продукт для использования либо по прямому назначению, либо для переработки в новые полезные продукты повышенного спроса.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в установке гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов и регенерации взрывчатых веществ (ВВ), например, артиллерийских снарядов с замкнутым контуром циркуляции рабочей воды, включающей последовательно соединенные насос подачи воды высокого давления, вымывной инструмент с рабочей штангой и сопловым блоком, смонтированным совместно и в подвижной с вращательной и поступательной осецентрированными степенями свободы взаимосвязи на стапеле с расснаряжаемым снарядом и массоотводом, отстойник на выходе массоотвода, сепаратор твердой фазы, фильтры, термостатирующие устройства и водяной бак, подвижная с вращательной и поступательной осецентрированными степенями свободы взаимосвязь вымывного инструмента с расснаряжаемым снарядом и массоотводом выполнена на горизонтальном стапеле с фиксированным посадочным местом для кассеты с одним или большим числом снарядов, включенным в шаговую конвейерную линию с взрывозащищенными рабочими местами загрузки снарядов в кассеты и разгрузки вымытых корпусов снарядов. Кассета содержит средства посадки на стапель, осецентрирования и вращения снарядов после фиксации на посадочном месте стапеля. Вымывные инструменты на стапеле по числу снарядов в кассете имеют рабочие штанги, осецентрированные с обращенными к горловинам снарядов подпружиненными свободно вращающимися приемными воронками массоотвода измельченного ВВ с выходами их тубусов через узлы уплотнения в приемники массоотвода. Приемники массоотвода снабжены приводами коллинеарного с осями снарядов возвратно-поступательного движения, создающими в конечном переднем положении усилия поджатия уплотнительных поверхностей воронок к оживальным частям снарядов за счет сжатия пружин воронок.

Осецентрированные рабочие штанги вымывных инструментов снабжены сопловыми блоками с коллинеарными эксцентричными соплами.

Сопловые блоки вымывных инструментов содержат нормальные к оси рабочей штанги сопла.

Средства вращения снарядов в кассете включают ременную или цепную трансмиссию передачи крутящего момента на снаряды и часть расцепляемой муфты, другая часть которой находится на стапеле и соединена со стационарным приводом вращательного движения.

Приемник массоотвода соединен тягой с перемещаемой вдоль оси частью расцепляемой муфты передачи вращения на снаряды в кассете.

Средства осецентрирования в кассете содержат, по меньшей мере, три обрезиненных продольных параллельных ролика, свободно вращающуюся диафрагму с диаметром отверстия 0,85-0,9 калибра снаряда для выхода оживальной части снаряда в сторону приемной воронки массоприемника и подпружиненный подпятник дна снаряда с регулируемым усилием поджима.

Средства вращения снарядов после фиксации на посадочном месте стапеля содержат, по меньшей мере, по одному на каждый снаряд приводному обрезиненному ролику с закрепленным на нем ведомым шкивом ременной трансмиссии передачи крутящего момента от стационарного привода вращательного движения на стапеле.

Средства осецентрирования и вращения снарядов после фиксации на посадочном месте стапеля содержат один подпружиненный поджимной обрезиненный ролик с усилием поджатия, направленным через центр поперечного сечения снаряда.

Подшипники роликов закреплены на ползунах регулирования радиального положения осей роликов при смене калибра расснаряжаемых снарядов.

Сравнительный анализ существенных признаков прототипа и предлагаемого устройства показывает, что отличительными признаками предложения являются те, в соответствии с которыми: - подвижная с вращательной и поступательной осецентрированными степенями свободы взаимосвязь вымывного инструмента с расснаряжаемым снарядом и массоотводом выполнена на горизонтальном стапеле с фиксированным посадочным местом для кассеты с одним или большим числом снарядов, включенным в шаговую конвейерную линию с взрывозащищенными рабочими местами загрузки снарядов в кассеты и разгрузки вымытых корпусов снарядов; - кассета включена в конвейерную линию с взрывозащищенными рабочими местами загрузки снарядов в кассеты и разгрузки вымытых корпусов; - кассета содержит средства посадки на стапель, осецентрирования и вращения снарядов после фиксации на посадочном месте стапеля; - вымывные инструменты на стапеле по числу снарядов в кассете имеют рабочие штанги, осецентрированные с обращенными к горловинам снарядов подпружиненными свободно вращающимися приемными воронками массоотвода измельченного ВВ с выходами их тубусов через узлы уплотнения в приемники массоотвода; - приемники массоотвода снабжены приводами коллинеарного с осями снарядов возвратно-поступательного движения, создающими в конечном переднем положении усилия поджатия уплотнительных поверхностей воронок к оживальным частям снарядов за счет сжатия пружин воронок, а совокупность существенных признаков в патентной и научно-технической литературе не обнаружена.

Сущность настоящего изобретения будет более понятна из рассмотрения чертежей, где: фиг.1 показывает общую схему установки расснаряжения боеприпасов с получением крошки взрывчатых веществ; фиг. 2 представляет схему взаимного расположения вымываемого снаряда в кассете, вымывного инструмента и массоотвода на стапеле и следующего описания примера выполнения предпочтительного устройства.

На фиг. 1 представлен общий вид установки расснаряжения боеприпасов (снарядов) с получением крошки взрывчатых веществ. Установка размещается в железобетонном боксе 1 со стенами, рассчитанными на избыточное давление одновременного взрыва всех снарядов в кассете, и технологических помещениях 2. В одной из поперечных перегородок бокса выполнены два проема для прохода несущей транспортерной ленты 3 с закрепленными на ней кассетами 4 со снарядами 5. По периферии транспортерной ленты расположены по меньшей мере рабочее место загрузки снарядов в кассеты 6, горизонтальный стапель вымывания 7 и рабочее место разгрузки кассет 8. Горизонтальный стапель 7 содержит вымывные инструменты 9 по числу снарядов в кассете. Вымывные инструменты осецентрированы со снарядами в кассете, находящейся на фиксированном посадочном месте 10 стапеля. Полумуфта 11а трансмиссионного вала 12 вращения снарядов находится напротив второй полумуфты 11б, соединенной с приводом вращения 13 на стапеле. Приемники массоотвода 14, через которые проходят вымывные инструменты 9, сообщены гибким рукавом с отстойниками 15, расположенными вне бокса 1. Отстойники 15 трубопроводами соединены с сепараторами 16 твердой фазы, например, вакуум-фильтрами. В контур рабочей воды, кроме вымывных инструментов 9, отстойников 15, сепараторов 16, последовательно включены также блок фильтров тонкой очистки 17, термостат 18, водяной бак 19 и насос высокого давления 20. Линия отвода твердой фазы из сепараторов 16 предпочтительно содержит вакуум-фильтр периодического действия с опрокидывающейся чашей и провялочным транспортером 21 перед подачей твердой фазы в транспортный контейнер полученного продукта (не показан).

На фиг.2 представлена схема взаимного расположения вымываемого снаряда 5 в кассете 4 на фиксированном посадочном месте 10 горизонтального стапеля 7, вымывного инструмента 9 и массоотвода на горизонтальном стапеле 7. Снаряд 5 в кассете 4 по окружности на оживальной части уперт в закрепленную в подшипнике вращения диафрагму 22 с помощью подпружиненного подпятника со штоком 23, имеющего возможность вращения вместе со снарядом, и опирается на два продольных параллельных ролика 24. Сверху снаряд 5 поджимает подпружиненный продольный ролик 25 с опорами на крышке кассеты 26. Массоотвод включает подпружиненную приемную воронку 27, тубус которой через узел уплотнения входит в приемник 14. По оси тубуса с воронкой 27 помещена скользящая в уплотнении рабочая штанга 28 вымывного инструмента 9.

Все рабочие штанги 28 по числу снарядов в кассете 4 механически соединены с приводом 29 на стапеле 7 возвратно-поступательного движения штанг относительно стапеля и приемника, например, через ходовой винт 30, гайку 31 и предохранительную муфту 32. Все рабочие штанги гидравлически соединены с коллектором 33 воды высокого давления, который трубопроводом через отсечной клапан (не показан) соединен с насосом высокого давления 20. Приемник 14 имеет механическую связь с приводом 34 возвратно-поступательного движения приемника относительно стапеля 7, например, через ходовой винт 35, гайку 36 и предохранительную муфту 37. Приемник массоотвода имеет штуцер подсоединения гибкого рукава (на фиг.2 не показан) отвода водной суспензии ВВ в отстойники 15.

При работе установки гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов с получением крошки взрывчатых веществ, предпочтительно артиллерийских снарядов, снаряды укладывают в кассету на рабочем месте загрузки 6, куда подвозят укупорки со снарядами, прошедшими предварительную подготовку, т.е. с горловин снарядов удалены заглушки, взрыватели, прокладки и другие элементы, закрывающие доступ к ВВ в полости снаряда. Со снарядов удалена смазка. Для загрузки снарядов открывают крышку кассеты 26 с поджимными роликами 25, оттягивают за шток подпружиненный подпятник дна снаряда, закрепляют его в крайнем заднем положении с помощью фиксатора (не показан) и укладывают снаряд 5 на продольные параллельные ролики 24. Освобождают подпружиненный подпятник от фиксатора и с помощью пружины снаряд 5 подается вперед и входит оживальной частью в окно диафрагмы 22 до упора. Аналогично укладывают все снаряды в кассету 4 и закрывают крышку 26 на замок (не показан). При этом поджимные ролики 25 с опорами на крышке создают усилия поджатия снарядов к продольным роликам 24 в дополнение к действиям масс снарядов. Загруженная кассета 4 по транспортерной ленте 3 перемещается к стапелю 7 и с помощью датчиков (не показаны) автоматически фиксируется на посадочном месте 10 стапеля (фиг.1).

После фиксации кассеты 4 подается сигнал на привод 34 приемника, который через ходовой винт 35, гайку 36 и предохранительную муфту 37 вызывает перемещение приемника 14 по направляющим (не показаны) стапеля 7. Одновременно с приемником 14 перемещается подпружиненная приемная воронка 27. При этом во внутренний конус приемной воронки входит оживальная часть корпуса снаряда 5 до упора в уплотнительные кольца на поверхности внутреннего конуса (не показаны).

Движение приемника по направляющим продолжается до срабатывания концевых выключателей (не показаны). В этом положении пружина приемной воронки находится в сжатом состоянии и обеспечивает уплотнение приемной воронки по оживальной части снаряда. Приемник с помощью механической тяги соединен с подвижной частью полумуфты 11б так, что в момент срабатывания концевых выключателей и остановки привода 34 происходит сцепление двух полумуфт 11а и 11б с подключением трансмиссионного вала 12 к стационарному приводу 13 вращения снарядов 5. Вращение от трансмиссионного вала 12 через ременные (цепные) передачи передается на один из продольных роликов 24 каждого снаряда в кассете 4. Снаряды вращаются вместе с подпятниками, диафрагмами 22 и приемными воронками 27 как одно целое. Начало вращения снарядов генерирует сигнал на включение в работу привода 29 на стапеле возвратно-поступательного движения штанг 28 относительно стапеля и приемника 14. Вращение через предохранительную муфту 32 передается на ходовой винт 30. Гайка ходового винта перемещает коллектор 33 воды высокого давления и рабочие штанги 28. При входе соплового блока вымывного инструмента 9 в горловину снаряда датчик (не показан) подает команду на открытие клапана подачи воды высокого давления в коллектор 33 и рабочие штанги. Поступающая вода высокого давления от насоса 20 проходит через сопла соплового блока и заполняет свободный объем снаряда.

Дальнейшее истечение воды из сопел в заполненное водой пространство образует в нем кавитирующие струи, разрушающие заряд ВВ. Диспергированное ВВ вместе с водой через приемную воронку и ее тубус поступает в приемник 14 и далее по гибкому рукаву выводится в отстойник. Продольное перемещение соплового блока вымывного инструмента 9 внутрь полости снаряда обеспечивает поддержание оптимального для данного вида ВВ расстояния между выходами кавитирующих сопел и поверхностью ВВ. Вращение снаряда позволяет осуществить окружное перемещение струи по поверхности заряда ВВ и получить за счет этого повышение производительности и снижение энергозатрат. Перемещение соплового блока вымывного инструмента 9 внутрь полости снаряда продолжается до заданной конечной позиции, определяемой типом ВВ, маркой, состоянием и калибром снаряда.

Поступательное перемещение прекращается после размыва заряда ВВ на всю глубину полости снаряда по команде датчика (концевого выключателя) (не показан). По этой же команде начинается возвратное движение сначала рабочих штанг 28, затем приемников 14 и подвижной части полумуфты 11б. После отхода приемников в конечное заднее положение от концевых выключателей поступает команда на перемещение ленты конвейера. Кассета 4 освобождается от фиксаторов посадочного места 10 стапеля 7 и перемещается к рабочему месту разгрузки кассет 8. Открывают крышку кассеты 26, отводят подпятник снаряда 23 и извлекают корпуса снарядов. После контроля чистоты вымывания ВВ корпуса снарядов отправляют на переработку как металлолом либо после подготовки по штатной технологии на повторное снаряжение. Отведенное в виде водной суспензии ВВ в отстойники 15 отделяют от воды и в виде загущенного шлама подают в сепараторы 16, например в вакуум-фильтры, и далее окончательно высушивают в вакуум-фильтрах периодического действия с опрокидывающейся чашей и в провялочном транспортере 21. Готовый продукт выгружают в транспортный контейнер и после контроля качества на соответствие ТУ отправляют потребителю или на завод для последующей переработки и доведения качества ВВ до требований нормативно-технических документов. Рабочую воду из отстойников 15 и сепараторов 16 через блок фильтров тонкой очистки 17 и термостат 18 направляют в водяной бак 19 для питания насоса высокого давления 20.

Установка оснащается сменными кассетами для одновременного размыва зарядов боеприпасов калибра 37-120 мм от 15 (3 модуля) до 5 (1 модуль) снарядов; калибра 122-152 мм - до 3 снарядов.

Результаты экспериментов по гидрокавитационному расснаряжению снарядов калибром 76 мм показали, что при давлении подачи воды 15 МПа в режиме непрерывного перемещения рабочей головки с соплом диаметром 2 мм время вымывания составляет 65 с. Основные технические характеристики установки представлены в таблице.

Установки гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов характеризуются низким энергопотреблением, высокой производительностью, экологической чистотой процесса и безопасностью при эксплуатации. Одновременная регенерация ВВ позволяет снизить затраты на демилитаризацию за счет частичной компенсации от коммерческой продажи извлеченного ВВ. С использованием сменных деталей на установке можно осуществлять расснаряжение боеприпасов различных калибров.

Источники информации 1. RU 2064659, 1996 (Щеблыкин И.Н. и др.).

2. RU 2100771, 1997 (Куприненок В.М. и др.).

3. DE 4010757, 1991 (Rheinmetall GmbH).

4. Conn A. F., Gracey M.T. 9-th International Symposium on Jet Cutting Technology, Cranfield, BHRA, 1988, pp.307-321.

Формула изобретения

1. Установка гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов и регенерации взрывчатых веществ (ВВ), например, артиллерийских снарядов с замкнутым контуром циркуляции рабочей воды, включающим последовательно соединенные насос подачи воды высокого давления, вымывной инструмент с рабочей штангой и сопловым блоком, смонтированным совместно и в подвижной с вращательной и поступательной осецентрированными степенями свободы взаимосвязи на стапеле с расснаряжаемым снарядом и массоотводом, отстойник на выходе массоотвода, сепаратор твердой фазы, фильтры, термостатирующие устройства и водяной бак, отличающаяся тем, что подвижная с вращательной и поступательной осецентрированными степенями свободы взаимосвязь вымывного инструмента с расснаряжаемым снарядом и массоотводом выполнена на горизонтальном стапеле с фиксированным посадочным местом для кассеты с одним или большим числом снарядов, включенным в шаговую конвейерную линию с взрывозащищенными рабочими местами загрузки снарядов в кассеты и разгрузки вымытых корпусов снарядов, кассета содержит средства посадки на стапель, осецентрирования и вращения снарядов после фиксации на посадочном месте стапеля, вымывные инструменты на стапеле по числу снарядов в кассете имеют рабочие штанги, осецентрированные с обращенными к горловинам снарядов подпружиненными свободно вращающимися приемными воронками массоотвода измельченного ВВ с выходами их тубусов через узлы уплотнения в приемники массоотвода, приемники массоотвода снабжены приводами коллинеарного с осями снарядов возвратно-поступательного движения, создающими в конечном переднем положении усилия поджатия уплотнительных поверхностей воронок к оживальным частям снарядов за счет сжатия пружин воронок.

2. Установка гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов по п. 1, отличающаяся тем, что осецентрированные рабочие штанги вымывных инструментов снабжены сопловыми блоками с коллинеарными эксцентричными соплами.

3. Установка гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов по п. 1, отличающаяся тем, что сопловые блоки вымывных инструментов содержат нормальные к оси рабочей штанги сопла.

4. Установка гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов по п. 1, отличающаяся тем, что средства вращения снарядов в кассете включают ременную или цепную трансмиссию передачи крутящего момента на снаряды и часть расцепляемой муфты, другая часть которой находится на стапеле и соединена со стационарным приводом вращательного движения.

5. Установка гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов по п. 4, отличающаяся тем, что приемник массоотвода соединен тягой с перемещаемой вдоль оси частью расцепляемой муфты передачи вращения на снаряды в кассете.

6. Установка гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов по п. 1, отличающаяся тем, что средства осецентрирования в кассете содержат по меньшей мере три обрезиненных продольных параллельных ролика, свободно вращающуюся диафрагму с диаметром отверстия 0,85-0,9 калибра снаряда для выхода оживальной части снаряда в сторону приемной воронки массоприемника и подпружиненный подпятник дна снаряда с регулируемым усилием поджима.

7. Установка гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов по п. 1, отличающаяся тем, что средства вращения снарядов после фиксации на посадочном месте стапеля содержат по меньшей мере по одному на каждый снаряд приводному обрезиненному ролику с закрепленным на нем ведомым шкивом ременной трансмиссии передачи крутящего момента от стационарного привода вращательного движения на стапеле.

8. Установка гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов по п. 1, отличающаяся тем, что средства осецентрирования и вращения снарядов после фиксации на посадочном месте стапеля содержат один подпружиненный поджимной обрезиненный ролик с усилием поджатия, направленным через центр поперечного сечения снаряда.

9. Установка гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов по пп. 6-8, отличающаяся тем, что подшипники роликов закреплены на ползунах регулирования радиального положения осей роликов при смене калибра расснаряжаемых снарядов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3