ВЗРЫВОЗАЩИТНАЯ ЛОКАЛИЗУЮЩАЯ КАМЕРА МНОГОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ УНИЧТОЖЕНИЯ НЕРАЗБОРНЫХ БОЕПРИПАСОВ

ВЗРЫВОЗАЩИТНАЯ ЛОКАЛИЗУЮЩАЯ КАМЕРА МНОГОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ УНИЧТОЖЕНИЯ НЕРАЗБОРНЫХ БОЕПРИПАСОВ
Полезная модель относится к области утилизации боеприпасов, в том числе химических, которые по своей конструкции являются трудноразборными или неразборными и содержат, по меньшей мере, взрывчатые вещества и пиротехнические составы. Полезная модель может быть использована при уничтожении различных типов боеприпасов в автоматических поточных линиях.
Основными требованиями при утилизации боеприпасов являются полное и гарантированное их уничтожение, а также обеспечение безопасности и защита окружающей среды.
На складах хранится огромное количество боеприпасов, в том числе химических, с неизвлекаемым зарядом взрывчатого вещества, а также находящиеся в аварийном состоянии из-за длительного срока хранения. Наиболее эффективным и безопасным способом уничтожения таких боеприпасов является подрыв в замкнутом объеме с локализацией продуктов взрыва, что наиболее существенно при уничтожении химических боеприпасов, содержащих также отравляющие вещества, выброс которых в атмосферу не допустим.
Известны устройства, предназначенные для уничтожения боеприпасов, например резервуар высокого давления (патент РФ №2389972, F42D 5/04, опубл. 20.05.2010 г.), который представляет собой две соосные цилиндрические оболочки, установленные одна в другую с некоторым зазором. Наружная оболочка предназначена для удержания давления, вызванного взрывом, а внутренняя - для защиты наружной от осколков боеприпаса. Воздушный зазор между оболочками предотвращает передачу динамических нагрузок на наружную оболочку при взрыве. При уничтожении боеприпасов происходит износ внутренней оболочки, которая может быть заменена без демонтажа наружной. Перед подрывом боеприпаса производится вакуумирование резервуара, что позволяет снизить нагрузки от взрыва и предотвратить возможные утечки газообразных продуктов. Недостатком этого устройства является то, что в конструкции отсутствует система инициирования боеприпасов, а также не предусмотрен контроль полноты уничтожения боеприпаса, из-за чего работа устройства не может быть максимально автоматизирована. Кроме того, внутренняя защитная оболочка резервуара имеет большую массу и габариты и при выходе из строя для ее замены требуются специальные грузоподъемные механизмы.
Наиболее близким к предполагаемой полезной модели техническим решением является установка для утилизации снаряжения боезарядов (патент РФ №2482437, F42B 33/06, опубл. 20.05.2013 г.) (прототип), в которой производится сжигание элементов боеприпасов (взрывателей, капсюлей детонаторов), предварительно упакованных в кассеты, путем их нагрева с непрерывным удалением образовавшихся газообразных продуктов в систему очистки.
Известная установка содержит камеру с размещенным внутри локализатором, состоящим из набора пластин, который нагревается электромагнитным нагревателем, расположенным под ним. Над локализатором установлена подвижная крышка с бронеотбойниками, перекрывающими проходной канал локализатора. Установка оснащена системой газоочистки и транспортной системой загрузки кассет, состоящей из шагового питателя и толкателя с дисковым ершом.
Недостатками этой установки является то, что локализатор, собранный из пластин, имеет низкий эксплуатационный ресурс при многократном уничтожении элементов боеприпасов, а также он не может быть оперативно заменен после выработки ресурса из-за наличия большого количества крепежных элементов. Из-за установки локализатора над электромагнитным нагревателем локализатор интенсивно нагревается только в нижней части, непосредственно контактирующей с нагревателем. При этом боеприпас нагревается только с одной стороны, что может привести к неполному его уничтожению и разбросу неразорвавшихся частей боеприпаса из локализатора. Также из-за развитой боковой поверхности локализатора, не имеющей теплоизоляции, происходит интенсивный отвод тепла в пространство камеры, что требует затрат на поддержание заданной температуры локализатора и дополнительное охлаждение камеры. Кроме того в установке не предусмотрена защита системы очистки от импульсных нагрузок, которые могут возникнуть при интенсивном горении взрывчатых материалов, переходящем в детонацию. В установке отсутствует система контроля полноты уничтожения боеприпаса, что снижает уровень ее безопасности. Отсутствует уплотнение между корпусом камеры и крышкой, что может привести к выбросу газообразных продуктов в окружающее пространство.
Задачей, на решение которой направлена предполагаемая полезная модель, является создание взрывозащитной локализующей камеры многоразового использования, которая обеспечивает безопасное и гарантированное уничтожение неразборных боеприпасов, в том числе химических, с обеспечением герметичности, ремонтопригодности и высокого эксплуатационного ресурса.
Технический результат предполагаемой полезной модели заключается в создании равномерного температурного поля внутри локализатора, которое обеспечивает всесторонний нагрев боеприпаса, что способствует его полному уничтожению, а также обеспечении герметичности камеры, повышении эксплуатационного ресурса и ее ремонтопригодности.
Взрывозащитная локализующая камера многоразового использования для уничтожения неразборных боеприпасов, содержащая емкость, нагреватель, локализатор, отбойник, оборудованная шиберными устройствами и системой управления, отличающаяся тем, что в центре цилиндрической емкости с соотношением диаметра к длине 0,7-0,9, оснащенной эллиптическими стенками, одна из которых откидная, установлен индукционно-резистивный нагреватель, внутри которого с радиальным зазором 10-15 мм размещен цилиндрический локализатор, внутренний канал которого, предназначенный для установки боеприпаса, смещен относительно внешней поверхности локализатора таким образом, что нижняя стенка имеет большую толщину, причем камера оснащена блоком регулирования температуры и блоком контроля уничтожения, связанных с контроллером, блок регулирования температуры оснащен регулятором мощности, двухканальным регулятором температуры и датчиками температуры локализатора и обмотки нагревателя, блок контроля уничтожения снабжен датчиками давления и вибрации, соединенными с блоком сравнения сигналов.
Локализатор зафиксирован от осевого перемещения в двух неподвижных стойках, а его радиальное смещение ограничено отбойником в нижнем положении, что уменьшает количество крепежных деталей и упрощает процесс замены изношенного локализатора.
Камера оснащена блоком видеонаблюдения, включающим видеокамеру и узел инфракрасной подсветки, которые предназначены для визуальной оценки полноты уничтожения боеприпаса, а также технического состояния локализатора. Блок видеонаблюдения размещен на откидной стенке внутри взрывостойкого охлаждаемого кожуха и отделен от внутреннего объема емкости бронестеклом и заслонкой шиберного устройства, что позволяет предотвратить выброс газообразных продуктов взрыва в окружающее пространство.
Для надежного сдерживания газообразных продуктов взрыва откидная стенка емкости снабжена двухконтурным уплотнением из эластичного материала и каналом, размещенным между уплотнениями, для отсоса возможных утечек в систему очистки. Уплотнение является многоразовым и позволяет многократно открывать крышку.
Герметичность закрытия загрузочного и выгрузочного проемов достигается тем, что шиберные устройства оснащены двумя подвижными заслонками с упорами клиновидной формы, установленными в герметичном корпусе. Применение клинового запирания заслонок исключает их перемещение и раскрытие уплотняемого стыка, а также обеспечивает постоянное поджатие заслонки к уплотняемой поверхности. Шиберное устройство для выгрузки осколков из камеры оснащено подпружиненным кольцевым скребком для очистки поверхности заслонки от мелких осколков, что исключает их попадание на уплотнительную поверхность и ее повреждение.
Отбойник имеет коробчатую форму с усиливающими ребрами и разгрузочными отверстиями. С внутренней стороны отбойника на боковых стенках закреплены съемные шиберы, образующие лабиринтные каналы. При такой форме отбойник имеет высокую механическую прочность и способен выдерживать многократные взрывные нагрузки. Съемные шиберы отбойника защищают его стенки от поражения высокоскоростными осколками и при выходе из строя могут быть легко заменены. Лабиринтные каналы в стенках отбойника служат для выхода газообразных продуктов и не позволяют вылететь мелким осколкам из локализатора.
При установке локализатора внутри индукционно-резистивного нагревателя соленоидного типа в нем выделяется тепловая энергия за счет преобразования электромагнитной энергии, создаваемой обмоткой нагревателя. Это позволяет создать внутри локализатора равномерное температурное поле, в котором происходит нагрев уничтожаемого боеприпаса. Радиальный зазор, равный 10-15 мм, между локализатором и нагревателем обеспечивает беспрепятственную замену изношенного локализатора, а также исключает передачу динамических нагрузок на нагреватель. Наличие зазора обеспечивает теплоизоляцию обмотки нагревателя от разогретого локализатора.
Смещением внутреннего канала локализатора достигается большая толщина стенки локализатора в месте установки боеприпаса, чем достигается увеличение его ресурса при многократном уничтожении боеприпасов и снижение эксплуатационных затрат, связанных с его заменой.
Размеры емкости с соотношением диаметра к длине 0,7-0,9, при которых форма емкости приближается к сферической, обеспечивают равномерное распределение нагрузок возникающих при взрыве и, следовательно, увеличивают эксплуатационный ресурс камеры.
Блок регулирования температуры предназначен для двухконтурного регулирования температуры локализатора и обмотки нагревателя. Поддержание рабочей температуры локализатора осуществляется путем регулирования напряжения питания обмотки нагревателя в зависимости от температуры локализатора, которая измеряется датчиком температуры. Для предотвращения поломки нагревателя в блоке регулирования предусмотрено ограничение питающего напряжение обмотки нагревателя в случае ее перегрева.
Контроль за уничтожением боеприпасов осуществляется при помощи блока контроля уничтожения, который включает датчики давления и вибрации, связанные с блоком сравнения сигналов. При превышении сигналов с датчиков заданных параметров, выдается информация об уничтожении боеприпаса. При отсутствии одного из сигналов уничтожение считается неполным и производится выдержка боеприпаса до заданного времени, обеспечивающего его полное уничтожение.
При использовании камеры в поточных автоматизированных линиях по уничтожению боеприпасов, она дополнительно оснащается транспортной системой доставки боеприпасов, системой выгрузки осколков и системой очистки, конструкции которых в предполагаемой полезной модели не рассматриваются.
Отличительные признаки камеры обеспечивают полное и гарантированное уничтожения неразборных боеприпасов, в том числе химических, с выполнением требований по взрывобезопасности, экологической чистоте и полной автоматизации процесса уничтожения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен общий вид камеры.
На фиг. 2 приведен поперечный разрез камеры.
На фиг. 3 показано загрузочное шиберное устройство.
На фиг. 4 приведена схема системы управления.
Взрывозащитная локализующая камера состоит из цилиндрической емкости 1 (фиг. 1, 2) с двумя стенками 2 и 3, причем стенка 2 откидная. Внутри емкости установлен индукционно-резистивный нагреватель 4. Во внутреннее отверстие нагревателя с радиальным зазором 10-15 мм установлен локализатор 5 так, чтобы наибольшая толщина стенки локализатора располагалась в нижней части (в месте размещения боеприпаса). Локализатор зафиксирован от осевого перемещения в двух неподвижных стойках 6, а его радиальное смещение ограничивается отбойником 7 в нижнем положении. Индукционно-резистивный нагреватель имеет герметичный цилиндрический корпус 8, внутри которого размещена многослойная обмотка 9, между витками обмотки помещена коллекторная система воздушного охлаждения 10, соединенная с внешней магистралью подачи сжатого воздуха.
Выводы обмотки нагревателя 11, датчики температуры нагревателя и локализатора 12 и 13, соответственно, а также патрубок подачи сжатого воздуха проходят внутри гибкого патрубка 14, служащего одновременно каналом для выхода воздуха из коллекторной системы охлаждения.
Отбойник 7, соединенный с приводом возвратно-поступательного перемещения 15, который имеет фиксатор нижнего положения 16 для предотвращения перемещения отбойника при уничтожении боеприпаса. На боковых стенках отбойника закреплены съемные шиберы 17, которые образуют лабиринтные каналы для выхода газообразных продуктов.
Емкость 1 соединена с откидной стенкой 2 при помощи откидных струбцин 18 с упорными болтами, что позволяет оперативно открывать стенку при необходимости замены изношенных деталей и узлов. Откидная крышка 2 установлена на консольном кронштейне 19, который закреплен на емкости.
На уплотнительной поверхности емкости размещено двухконтурное уплотнение из эластичного материала 20, которое обеспечивает герметичность соединения крышки и емкости. Между контурами уплотнений имеется канал 21, соединенный с системой очистки (не показано), который предназначен для предотвращения выброса газообразных продуктов.
Камера оснащена патрубком выхода газообразных продуктов 22, внутри которого закреплены перфорированные пластины, выполняющие роль гасителя ударной волны, защищающие оборудование системы очистки (не показано) от повреждения. Также на камере имеется патрубок 23 для подачи и слива реагента для очистки внутренней поверхности камеры от загрязнения.
На стенках камеры закреплены шиберные устройства 24, 25, 26 для загрузки боеприпаса, выгрузки осколков и установки системы видеонаблюдения, соответственно.
Шиберные устройства 24 и 25 (фиг. 3) имеют аналогичную конструкцию и содержат корпус 27, внутри которого установлены две подвижные заслонки 28 и 29 с упорами 30 клиновидной формы. Заслонки соединены с двумя пневмоцилиндрами 31 и 32, обеспечивающими их перемещение.
Шиберное устройство 25 дополнительно оборудовано подпружиненным кольцевым скребком 33 для очистки заслонки от мелких осколков. Скребок препятствует попаданию мелких осколков на уплотнительную поверхности и тем самым обеспечивает герметичность камеры.
К локализатору со стороны загрузочного шиберного устройства примыкает трубчатый канал 34 для подачи боеприпасов, а с другой стороны воронка 35 для сбора осколков.
Камера дополнительно оборудована отсечным клапаном 36 с пневматическим приводом, который служит для перекрытия патрубка 22 выхода газообразных продуктов и защищает систему очистки (не показана) от воздействия ударной волны при уничтожении боеприпаса.
Система управления камерой (фиг. 4) включает блок регулирования температуры 37, блок управления исполнительными механизмами 38, блок контроля уничтожения 39, блок видеонаблюдения 40, соединенные с программируемым контроллером 41 и рабочей станцией оператора 42 на основе ПЭВМ.
Поддержание заданной температуры локализатора 5 осуществляется при помощи регулятора мощности 43, соединенного с двухканальным регулятором температуры 44, который оснащен устройством задания температуры. Измерение температуры локализатора и обмотки нагревателя осуществляется при помощи датчиков температуры 12 и 13, соединенных с двухканальным регулятором 44. Значение температуры, измеренное датчиком 13, передается в двухканальный регулятор 44, в котором производится сравнение с заданной температурой. В результате сравнения выдается соответствующий сигнал в регулятор мощности 43, который изменяет электрические параметры в цепи питания нагревателем. При превышении обмоткой установленной в устройстве задания температуры регулятор мощности 43 ограничивает выходную мощность нагревателя, что предотвращает ее перегрев.
Управление исполнительными механизмами по заданному алгоритму осуществляется по сигналам с датчиков, установленных на исполнительных механизмах, которые поступают в контроллер 41, соединенный с блоком управления механизмами 38. В контроллере 41 заложен алгоритм работы механизмов с обеспечением блокировок взаимного перемещения для исключения аварийных ситуаций.
Блок контроля уничтожения 39 включает датчики давления 45 и вибрации 46, соединенные с блоком сравнения 47. При уничтожении боеприпаса зарегистрированные датчиками сигналы направляются в блок сравнения 47, соединенный с блоком задания 48. По результатам сравнения сигналов в контроллер проступает информация об уничтожении боеприпаса, который выдает команды на выполнение последующих операций.
Блок видеонаблюдения 40 включает видеокамеру 49 с регулируемым фокусным расстоянием и узел инфракрасной подсветки 50, которые соединены с пультом управления 51, видеорегистратором 52 и рабочей станцией оператора 48. При помощи пульта управления 51 производится настройка угла обзора видеокамеры, что позволяет производить осмотр как зоны подрыва в локализаторе, так и всей внутренней поверхности емкости. Видеокамера с блоком инфракрасной подсветки установлена внутри взрывостойкого корпуса 53, соединенного с системой воздушного охлаждения. На рабочей станции оператора отображается положение исполнительных механизмов, температура локализатора и обмотки нагревателя, информация об уничтожении боеприпаса, а также изображение с видеокамеры.
Взрывозащитная локализующая камера работает следующим образом.
Последовательное выполнение операций механизмами камеры, регулирование температуры локализатора, а также контроль за уничтожением боеприпасов осуществляется в автоматическом режиме при помощи системы управления.
Перед уничтожением боеприпасов с рабочей станции оператора 42 подается сигнал на нагрев локализатора, при этом включается регулятор мощности 43, соединенный с обмоткой нагревателя 9, который управляется по цепи управления от двухканального регулятора 44. Производится нагрев локализатора 5 до температуры 400-450°C, установленной в устройстве задания двухканального регулятора температуры 44. Регистрация температуры осуществляется по сигналам с датчиков температуры 13 и 12, установленных на локализаторе и обмотке нагревателя соответственно. После нагрева локализатора до рабочей температуры открывается загрузочное шиберное устройство 24 и отбойник 7 поднимается в верхнее положение. При помощи транспортной системы, конструкция которой не описывается, по трубчатому каналу 34 боеприпас загружается в локализатор. После загрузки боеприпаса заслонка 28 шиберного устройства перекрывает загрузочный проем и поджимается заслонкой 29 с упорами 30 клиновидной формы. При помощи привода 15 отбойник опускается в нижнее положение, тем самым перекрывая шиберами 17 канал в локализаторе, при этом создается изолированное пространство, в котором происходит нагрев и уничтожение боеприпаса. Фиксатор нижнего положения 16 фиксирует отбойник от перемещения при уничтожении боеприпаса. Производится вакуумирование внутреннего пространства камеры, после чего закрывается отсечной клапан 36. При достижении взрывчатым веществом внутри боеприпаса температуры разложения происходит тепловой взрыв, т.е. уничтожение боеприпаса. При этом газообразные продукты взрыва из локализатора выбрасываются во внутренний объем камеры, а осколки боеприпаса остаются внутри локализатора. Уничтожение боеприпаса регистрируется по сигналам датчиков давления 45 и вибрации 46 после сравнения показаний в блоке сравнения 47. Визуальная оценка полноты уничтожения боеприпаса осуществляется при помощи видеокамеры 49, направленной на локализатор. Для этого открывается шиберное устройство 26, поднимается отбойник и изображение с видеокамеры поступает на рабочую станцию оператора 41. По изображению с видеокамеры оператор принимает решение о продолжении операций или дополнительной выдержке боеприпаса в локализаторе. После подтверждения полноты уничтожения боеприпаса открывается отсечной клапан 36, который соединен с системой очистки (не показана), и газообразные продукты удаляются из камеры. Одновременно открываются шиберные устройства 24 и 25, при помощи транспортной системы осколки боеприпаса сбрасываются в воронку 35, а затем через открытую заслонку шиберного устройства 25 в контейнер сбора осколков (не показан). В локализатор загружается следующий боеприпас и цикл работы камеры повторяется.
Опытный образец камеры и ее составные части выдержали длительные взрывные испытания, при которых уничтожено более 2000 боеприпасов с массой взрывчатого вещества от 0,25 кг до 0,75 кг в тротиловом эквиваленте. Испытания подтвердили взрывобезопасность конструкции и работоспособность при многократном уничтожении боеприпасов. Герметичность камеры подтверждена газо-гидравлическими испытаниями при подрыве заряда с увеличенной в 1,5 раза массой взрывчатого вещества. Установлено, что происходит полное уничтожение боеприпасов, при котором отсутствуют остатки неразложившегося взрывчатого вещества. Результаты испытаний показали преимущество настоящей камеры перед известными образцами техники аналогичного назначения, что позволяет рекомендовать ее для серийного изготовления и оснащения объектов по уничтожению боеприпасов, в том числе химических.