Способ утилизации зарядов ракетных двигателей твердого топлива

Способ утилизации зарядов ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) предназначен для экологически чистой ликвидации твердотопливных ракет и последующего использования элементов их конструкции и материалов в народном хозяйстве. Способ основан на использовании свойства твердых ракетных топлив, существенного снижения их прочностных характеристик за счет разрушения адгезионных связей компонентов при глубоком охлаждении и последующем нагревании. В результате нескольких циклов охлаждение-нагрев РДТТ приобретает трещины. Дополнительное механическое воздействие на внешнюю поверхность корпуса РДТТ в виде ударно-волнового, ударно-пневматического или вибрационного нагружения полностью разрушает заряд на отдельные фрагменты различных размеров. Способ отличается в лучшую сторону по сравнению с аналогичными способами по производительности технологии, экологической чистоте и простоте технического решения.

 

Изобретение относится к области ликвидации и утилизации вооружения и военной техники (ВВТ), преимущественно ракетного вооружения (РВО) и, в частности, твердотопливных ракет различных классов.

Основной и самой сложной операцией при утилизации ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ) является извлечение топлива из корпуса двигателя, в особенности когда заряд топлива прочно скреплен с корпусом. При этом по отношению к массе снаряженного РДТТ масса заряда топлива составляет от 92 до 95%, а стоимость его многократно превышает стоимость остальных элементов конструкции РДТТ. Таким образом, утилизация топлива путем разрушения заряда в корпусе двигателя и дальнейшая переработка с сохранением компонентной базы, а, следовательно, с сохранением свойств топлива как энергетического материала, является наиболее рациональным направлением исследований и разработок технологий.

Поиск технических решений по ликвидации и утилизации ВВТ нами выполнен за период с 1985 по 20002 годы по источникам патентной и научно-технической информации России (СССР), США, Великобритании, Германии, Франции, Европейского патентного сообщества.

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является изобретение, описанное в отчете: «Разработка технических предложений промышленного технологического процесса утилизации элементов РДТТ» [2], а также в учебном пособии: «Оперативное управление технологическими эксплуатационными процессами» [3].

Существуют различные способы ликвидации твердотопливных ракет и утилизации зарядов РДТТ. Опыт ликвидации ракет средней и меньшей дальности (РСМД) свидетельствует о необходимости поиска и реализации новых технологий ликвидации твердотопливных ракет и элементов их конструкции и, в первую очередь, ракетных двигателей твердого топлива. Собственно уничтожение ракет или РДТТ не представляет проблемы. Проблема состоит, с одной стороны, в выборе и отработке такой технологии, которая не принесла бы, по крайней мере, ущерба государству, экологическому равновесию окружающей среды. Другая сторона проблемы состоит в том, чтобы извлечь, хотя бы частично, материальные средства, затраченные ранее на ликвидируемые ракеты.

В соответствии с разработанной в ВА РВСН им. Петра Великого «Концепцией ликвидации твердотопливных ракет и утилизации смесевых ракетных топлив» [1] совокупность требований, предъявляемых к технологиям ликвидации и утилизации, включает экологическую чистоту; взрывобезопасность; высокую производительность; экономическую приемлемость.

Исходя из этих требований, круг способов утилизации зарядов РДТТ можно существенно ограничить. Так, согласно Концепции, следует исключить методы сжигания, подрыва и их разновидности.

К числу приемлемых технологий утилизации зарядов РДТТ следует отнести следующие:

гидромониторное вымывание топлива из корпуса двигателя с последующим извлечением компонентов;

химическое разложение топлива и выделение компонентов;

высокочастотное ударно-волновое разрушение охлажденных зарядов РДТТ;

термокриогенный метод разрушения зарядов РДТТ;

механическая разделка зарядов совместно с корпусом двигателя.

К числу наиболее перспективных гидромониторных способов следует отнести технические решения [4, 5, 6, 7], предназначенные для разрушения заряда топлива путем разрезания его гидрокавитирующим устройством на отдельные куски в камере двигателя и последующего вымывания и регенерации компонентов топлива. Обладая рядом положительных свойств, данный способ достаточно сложен в техническом исполнении, а извлечение компонентов и регенерация их требует дополнительной технологии разделения компонентов, их очистки и обезвреживания стоков. Все это существенно удорожает получение конечных продуктов.

Наиболее близкими аналогами заявляемого технического решения являются изобретения, описанные в отчете [2] и учебном пособии [3].

Первый из них - способ высокочастотного ударно-волнового разрушения заряда РДТТ - основан на переводе заряда топлива из высокоэластичного состояния в стеклообразное за счет достаточно глубокого охлаждения (до температуры ниже температуры стеклования топлива) и последующего разрушения заряда воздействием высокочастотного ударно-волнового нагружения с поверхности корпуса РДТТ. Второй - термокриогенный способ разрушения заряда топлива - основан на попеременном термическом воздействии на заряд глубокого охлаждения (до температуры ниже температуры стеклования топлива) и следующего за ним нагрева и повторения цикла «охлаждение-нагрев» до самопроизвольного разрушения заряда.

Способ высокочастотного ударно-волнового разрушения охлажденного заряда РДТТ в целом удовлетворяет перечисленным выше требованиям, однако с точки зрения обеспечения взрывобезопасности требует достаточно точного и стабильного выполнения условий нагружения

Р_раз<Р_рез<Р_кр

где Р_раз - амплитуда ударной волны, обеспечивающей разрушение заряда;

Р_рез - резонансная амплитуда ударной волны, генерируемая источником высокочастотного нагружения;

Р_кр - критическое значение амплитуды ударной волны, инициирующей взрывчатое превращение в заряде топлива.

Термокриогенный способ также в целом удовлетворяет совокупности требований к технологиям утилизации. Однако самопроизвольное и полное разрушение заряда, заключенного в оболочку (корпус РДТТ), требует дополнительного числа циклов, что увеличивает продолжительность процесса, т.е. снижает производительность технологии. Кроме того, нужно иметь в виду, что измельченное сухое топливо имеет высокую чувствительность к механическим воздействиям, например к трению, сдвигу и т.п.

Целью настоящего изобретения является создание технологии утилизации зарядов РДТТ, обладающей более высокой производительностью, и повышение взрывобезопасности процесса разрушения заряда и дальнейшей переработки его фрагментов.

Поставленная цель достигается тем, что твердотопливный заряд в корпусе двигателя, с которого предварительно сняты пиротехнические средства, отделено переднее днище и заднее днище с сопловым блоком, помещается в сосуд (ванну) с жидким хладоносителем. Заряд укладывается на ложементы с катками, позволяющими вращение его вокруг продольной оси. Уровень хладоносителя должен обеспечивать затопление топлива, но с таким расчетом, чтобы верхняя часть поверхности корпуса оставалась незатопленной. По незатопливной поверхности производится высокочастотное ударно-волновое, ударно-пневматическое или вибрационное воздействие после проведения циклов «охлаждение-нагрев». Ванна имеет углубление (приемник) для сбора фрагментов разрушенного топлива и снабжена трубопроводами, соединенными с холодильной и нагревательной установками, обеспечивающими циркуляцию хладоносителя и теплоносителя. В качестве хладоносителя используют инертные жидкости с низкой температурой замерзания, например водные растворы минеральных солей, водные растворы этиленгликоля, хлористый метилен, некоторые спирты, углеводородные жидкости и т.д. Целесообразно использовать жидкости с широким интервалом температуры замерзания до температуры кипения с тем, чтобы эти жидкости использовались и как хладоносители, и как теплоносители.

После затопления РДТТ хладоносителем производят охлаждение заряда до температуры ниже на 5...15° температуры стеклования топлива Т_с. Затем хладоноситель сливают, ванну заполняют теплоносителем и нагревают заряд до температуры +50...+80°С. После нагрева теплоноситель сливают и цикл «охлаждение-нагрев» повторяют. Образование трещин в заряде происходит уже после первого цикла, и в ряде случаев (в зависимости от природы и ряда свойств топлива) механическое воздействие для интенсивного разрушения заряда (ударно-волновое, ударно-пневматическое или вибрационное) можно применять после одного цикла «охлаждение-нагрев».

Механическое воздействие производят на охлажденный заряд, затопленный хладоносителем. В данном случае охлаждающая жидкость играет роль не только хладоносителя, но и как инертная среда, не позволяющая возникновению очагов загорания на поверхностях разрыва фрагментов топлива при их взаимном смещении. Таким образом, обеспечивается взрывобезопасность технологического процесса.

После освобождения корпуса РДТТ от фрагментов заряда топлива хладоноситель сливают, а фрагменты топлива направляют на дальнейшее их измельчение (если это требуется) и использование их в качестве энергоносителя или для извлечения отдельных компонентов.

Сравнительный анализ существенных признаков прототипа и предлагаемого технического решения показывает, что способ утилизации зарядов ракетных двигателей твердого топлива отличается от прототипа тем, что заряд, помещенный в сосуд (ванну) подвергают циклическому воздействию «охлаждение-нагрев», а после нескольких циклов заряд в охлажденном состоянии, погруженный в хладоноситель, разрушают механическим воздействием в виде высокочастотного ударно-волнового, ударно-пневматического или вибрационного нагружения, образовавшиеся фрагменты освобождают от хладоносителя и направляют их на дальнейшее измельчение до требуемого размера частиц, измельченное топливо используют в качестве энергетического материала или перерабатывают до селективного извлечения отдельных компонентов.

Таким образом, предложенный способ имеет новизну. Авторам не известна совокупность существенных признаков, применяемая для решения данной технической задачи, что соответствует критерию «изобретательский уровень»

Источники информации

1. Блинов В.И., Загарских В.И., Майоров М.А. Концепция ликвидации твердотопливных ракет и утилизации смесевых ракетных топлив. В сб.: Россия и мир: политические реалии и перспективы, вып.5, М, 1995.

2. Научно-технический отчет: «Разработка технических предложений промышленного технологического процесса утилизации элементов РДТТ» Шифр ЛИТР-М. Научный руководитель В.И.Блинов. М., 1992.

3. Оперативное управление технологическими эксплуатационными процессами. Часть 1. Теоретические основы технологических эксплуатационных процессов. Учебное пособие, раздел 5., М., 2004.

4. Патент РФ №2195629. Передвижная установка для гидроструйной очистки корпусов ракетного двигателя твердого ракетного топлива и расснаряжения боеприпасов. Авторы: Мелешко В.Ю., Кирий Г.В., Карелин В.А. и др., 2002.

5. Патент РФ №2195630. Установка гидрокавитационного расснаряжения боеприпасов и регенерации взрывчатых веществ. Авторы: Карелин В.А., Кирий Г.В., Мелешко В.Ю. и др., 2002.

6. Патент РФ №2163342. Способ вымывания твердого топлива из корпуса ракетного двигателя. Авторы: Л.В.Забелин, В.Ю.Мелешко и др., 2001.

7. Патент РФ №2202763. Способ гидроизмельчения высоконаполненных полимерных материалов и устройство для его осуществления. Авторы: В.Ю.Мелешко, В.А.Карелин, Г.В.Кирий, П.Н.Наумов, 2003.

Способ утилизации зарядов ракетных двигателей твердого топлива, включающий циклический нагрев и охлаждение заряда в корпусе двигателя с отделенными сопловым блоком и передним днищем и последующее разрушение его на отдельные фрагменты, отличающийся тем, что заряд помещают в сосуд с инертным жидким хладоносителем, охлаждают его до температуры ниже температуры стеклования топлива, сливают хладоноситель, заполняют сосуд теплым носителем, нагревают в нем заряд до температуры 50...80°С, повторяют цикл охлаждение-нагрев и в охлажденном состоянии разрушают заряд, погруженный в хладоноситель, механическим воздействием на его внешнюю поверхность высокочастотным ударно-волновым, ударно-пневматическим или вибрационным нагружением, а образовавшиеся фрагменты заряда освобождают от хладоносителя и измельчают до требуемого размера частиц.