СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ПОРОХОВ ДЛЯ СТРЕЛКОВОГО ОРУЖИЯ
METHOD OF MAKING SPHERICAL POWDERS FOR SMALL ARMS

Изобретение относится к области получения сферических порохов (СФП) для стрелкового оружия.
Из литературных источников [1, 2] известны процессы, проводимые в реакторах, имеющих рубашку для нагрева смеси. В качестве теплоносителя для нагрева смеси используется вода, пар, этиленгликоль и др. Использование известных способов нагрева смеси в реакторах при получении СФП связано с увеличением длительности технологического процесса и невозможностью получения качественных характеристик пороха, например, по пористости, насыпной плотности и геометрическим размерам пороховых элементов.
В качестве ближайшего аналога авторами выбран способ обогрева реактора для получения сферических порохов [3], согласно которому первоначально заполняют систему обогрева реактора, включающую рубашку реактора, сборник и трубопроводы, водой, которую из сборника подают насосом в пароструйный обогреватель, смешивают с паром и полученную смесь в качестве теплоносителя подают в рубашку реактора с заданной температурой и обеспечением турбулентности потока смеси, при этом устанавливают разницу температур между входом и выходом смеси из рубашки реактора в пределах 1…2°С.
Недостатком такого способа обогрева реактора является то, что при смешении пара с водой в пароструйном обогревателе происходят гидроудары и перед подачей теплоносителя в рубашку реактора возможны колебания температур, что фиксируют термометры сопротивления, установленные перед подачей теплоносителя в рубашку реактора.
Техническим результатом является получение СФП со стабильными физико-химическими и баллистическими характеристиками путем обеспечения смешения пара с водой в пароструйном обогревателе, где из пароструйного обогревателя теплоноситель выходит со строго заданной температурой и подается в рубашку реактора.
2
2
Технический результат достигается тем, что теплоноситель насосом по трубопроводу подают в пароструйный обогреватель под давлением 2,0…2,5 кгс/см со скоростью теплоносителя в трубопроводе 1,2…1,4 м/с к пароструйному обогревателю, где за счет сопла, установленного в пароструйном обогревателе, увеличивают скорость теплоносителя до 16…18 м/с, одновременно в приемную камеру диаметром равным 1,4…1,5 от диаметра трубопровода и длиной камеры равной 2,0…2,5 от диаметра трубопровода подают под давлением 2,5…3,0 кгс/см пар, теплоноситель из сопла вместе с паром подают в смесительную камеру длиной равной 4…5 диаметрам трубопровода и внутренним диаметром 0,7…0,8 от диаметра трубопровода, после смесительной камеры поток расширяют до исходного внутреннего диаметра трубопровода и теплоноситель подают в рубашку реактора.
На чертеже приведена схематическая конструкция пароструйного обогревателя, состоящего из сопла поз.1, приемной камеры поз.2 и камеры смешения поз.3.
2
2
Работает пароструйный обогреватель следующим образом: теплоноситель под давлением 2,0…2,5 кгс/см подается насосом по трубопроводу со скоростью 1,2…1,4 м/с в пароструйный обогреватель в сопловую часть поз.1. В сопловой части скорость теплоносителя увеличивается до 16…18 м/с. Одновременно в приемную камеру поз.2 диаметром 1,4…1,5 от диаметра трубопровода и длиной камеры равной 2,0…2,5 от диаметра трубопровода подают пар под давлением 2,5…3,0 кгс/см. Теплоноситель из сопла вместе с паром подают в смесительную камеру поз.3 длиной равной 4…5 диаметрам трубопровода и внутренним диаметром 0,7…0,8 от диаметра трубопровода, где при скорости теплоносителя 2,8…2,9 м/с происходит интенсивное смешение пара с водой. При этом гидродинамических ударов не происходит и при выходе из смесительной камеры теплоноситель принимает заданную температуру. Из смесительной камеры теплоноситель в трубопроводе расширяется и подается в рубашку реактора со скоростью 1,2…1,4 м/с.
2
2
Снижение давления, создаваемого насосом менее 2,0 кгс/см и скорости теплоносителя менее 1,2 м/с, не обеспечивает стабильного смешения пара с водой, а увеличение давления более 2,5 кгс/см и скорости потока более 1,4 м/с связано с дополнительным сопротивлением при движении теплоносителя по трубопроводу.
Уменьшение скорости теплоносителя в сопловой части менее 16 м/с не обеспечивает стабильного перемешивания пара с водой в смесительной камере, а увеличение скорости теплоносителя в сопловой части более 18 м/с связано с дополнительными трудозатратами и расходом дополнительной электроэнергии.
2
2
Уменьшение диаметра приемной камеры менее 1,4 от диаметра трубопровода и длины камеры менее 2,0 от диаметра трубопровода не обеспечивает равномерного распределения подаваемого пара в объем теплоносителя, а увеличение диаметра приемной камеры более 1,5 и ее длины более 2,5 от диаметра трубопровода связано с увеличением габаритов пароструйного обогревателя. Уменьшение давления пара менее 2,5 кгс/см приводит к неравномерному смешению пара с водой, а увеличение давления пара более 3,0 кгс/см связано с дополнительными трудозатратами.
Уменьшение длины смесительной камеры менее 4 диаметров трубопровода и внутреннего диаметра смесительной камеры менее 0,7 диаметра связано с дополнительным сопротивлением потока и приводит к отдельным гидравлическим ударам, а увеличение длины смесительной камеры более 5 диаметров трубопровода и внутреннего диаметра более 0,8 от диаметра трубопровода положительного эффекта не дает. Уменьшение скорости теплоносителя в смесительной камере менее 2,8 м/с приводит к появлению гидроударов, а увеличение скорости теплоносителя в смесительной камере более 2,9 м/с положительного эффекта не дает.
Технологические режимы, физико-химические и баллистические характеристики СФП по разработанному авторами способу (примеры 1…3) и по известному способу (примеры 4, 5) приведены в таблице.
Таблица
Технологические режимы, физико-химические и баллистические характеристики СФП
Наименование показателя
Пример (Пр.№1)
Пр.№2
Пр.№3
Пр.№4
Пр.№5
Давление подаваемого теплоносителя в трубопроводах до пароструйного обогревателя, кгс/см<sup>2</sup>
2,0
2,2
2,5
2,0
2,5
Скорость теплоносителя в трубопроводе, м/с
1,2
1,3
1,4
1,2
1,4
Диаметр приемной камеры от диаметра трубопровода
1,4
1,45
1,5
1,6
1,7
Длина приемной камеры от диаметра трубопровода
2,0
2,2
2,5
1,8
3,0
Давление пара, кгс/см<sup>2</sup>
2,5
2,7
3,0
2,1
3,0
Длина смесительной камеры от диаметра трубопровода
4
4,5
5,0
2,0
6,0
Внутренний диаметр смесительной камеры от диаметра трубопровода
0,7
0,75
0,8
0,6
0,9
Скорость теплоносителя в смесительной камере, м/с
2,8
2,85
2,9
2,6
3,2
Скорость теплоносителя за пароструйным обогревателем, м/с
1,2
1,3
1,4
1,2
1,4
Насыпная плотность пороха, кг/дм<sup>3</sup>
0,926
0,936
0,945
0,915
0,920
Пористость, %
4,0
4,5
5,0
8,0
7,0
Химическая стойкость, мм рт.ст.
32
32
32
32
32
Баллистические характеристики
Масса заряда, г
0,83
0,85
0,91
0,80
0,81
Средняя скорость полета пуль, м/с
558
553
559
559
540
Продолжение таблицы
Разброс скорости полета пуль, м/с
13
6
15
22
25
Максимальное давление пороховых газов в баллистической группе, МПа
Среднее
221,0
233,2
258,8
258,8
259,8
Наибольшее
234,1
258,9
302,0
302,0
327,5
По техническим условиям: средняя скорость полета пуль в баллистической группе - не менее 550 м/с, разброс между наибольшим и наименьшим значениями скорости полета пуль - не более 35 м/с; максимальное давление пороховых газов в баллистической группе, МПа: среднее - не более 264, наибольшее - не более 313,7.
Из приведенных данных таблицы видно, что по разработанному авторами способу получения СФП (примеры 1…3) система «рубашка реактора-сборник теплоносителя-трубопроводы» заполнены теплоносителем, который подается насосом в пароструйный обогреватель и при смешении конденсата пара в смесительной камере пароструйного обогревателя происходит нагрев теплоносителя в течение не более 1 минуты до заданной температуры. Время нагрева смеси в реакторе при самых интенсивных тепловых нагрузках не превышает 15 минут. Общий цикл формирования 7,0…7,2 часа.
3
Полученный СФП имеет пористость пороховых элементов не более 5%, насыпная плотность в пределах 0,926…0,945 кг/дм. При этом обеспечиваются стабильные баллистические характеристики как по скорости полета пуль, так и по давлению пороховых газов в канале ствола оружия.
По известному способу (примеры 4, 5) нагрев воды в сборнике длится 20 минут. Обогрев реактора происходит неравномерно, общий цикл получения СФП составляет 9,2 часа. При этом физико-химические и баллистические характеристики значительно ниже, чем по разработанному авторами способу. Кроме того, следует отметить, что по известному способу на стенках рубашки реактора происходит отложение солей (накипь), на удаление которой требуются дополнительные трудозатраты.
Литература:
1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973. - 750 с.
2. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 987. - 492 с.
3. Заявка №2010104369/02 (006142) от 08.02.2010.