УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ СНАРЯЖЕНИЯ БОЕЗАРЯДОВ
PLANT FOR RECYCLING OF MILITARY LOAD FITTINGS

Изобретение относится к области уничтожения твердых отходов сжиганием, а более конкретно к конструкциям, содержащим печь с отдельной камерой сгорания, имеющей электронагрев, и средства фильтрации отходящих газов. Может быть использовано при утилизации снарядов, мин, гранат, взрывателей, капсюлей и т.п., включающих детонационное, пороховое и пиротехническое снаряжение.
Уровень данной области техники характеризует установка для утилизации снаряжения боезарядов, оснащенная модулем очистки отходящих газов, генерируемых при сжигании, описанная в патенте RU №102092, F23G 5/16, 2010 г., которая по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрана в качестве наиболее близкого аналога предложенной установке.
Известная установка для утилизации сжиганием снаряжения боезарядов содержит печь, включающую камеру, внутри которой на электромагнитном индукторе закреплен бронированный разъемный трубчатый локализатор для размещения кассеты с обрабатываемыми изделиями.
Соосно локализатору снаружи камеры установлен механизм поштучной подачи кассет через шлюз загрузки.
С противоположной стороны локализатора смонтирован шлюз выгрузки отходов сжигания в мусоросборник.
Трубчатый локализатор укреплен броневым бандажом и закрыт торцевыми бронеотбойниками, закрепленными на подвижно смонтированной крышке.
Камера установки трубопроводом коммутируется с модулем газоочистки, который содержит устройства мембранной и сорбционной фильтрации отходящих газов, принудительно перемещаемых посредством вытяжного вентилятора.
Недостатком этой комплексной установки очистки отходящих газов является неудовлетворительное качество фильтрации вредных и отравляющих веществ, которые содержатся в структуре снаряжения или образуются при его сжигании, что не исключает недопустимый частичный их выброс в атмосферу. Этот недостаток ограничивает объем практического использования комплексной производительной установки для утилизации боезарядов широкой номенклатуры с разнообразным снаряжением.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование известной установки для утилизации снаряжения боезарядов, обеспечив улучшение качества очистки генерируемых при сжигании газов от вредных примесей и повышение функциональной надежности при расширении ее технологических возможностей.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной установке для утилизации снаряжения боезарядов, содержащей смонтированные в технологической последовательности сообщающиеся между собой камеру, где смонтирован разъемный бронированный локализатор, связанный с индукционным нагревателем, и устройства мембранной и сорбционной фильтрации отходящих газов из камеры, оснащенной шлюзами штучной автоматической загрузки кассет, несущих обрабатываемые изделия, и выгрузки отходов сжигания, которые примыкают к трубчатому локализатору, отличающаяся тем, что устройство мембранной фильтрации выполнено в форме лабиринтной диафрагмы из сблокированных металлических сеток разной ячеистости, а между двумя устройствами сорбционных фильтров, оснащенных насыпным активным углем, установлен каталитический реактор, включающий газоразрядный блок и каталитическую решетчатую панель, причем устройство сорбционной фильтрации, расположенное между лабиринтной диафрагмой и каталитическим реактором, выполнено из набора сменных поперечных секций, выходной конфузор которого сообщается с трубопроводом подачи технологического воздуха, а каждое устройство сорбционных фильтров финишного каскада смонтировано между мембранными фильтрами.
Отличительные признаки обеспечили возможность проведения более эффективной очистки отходящих из камеры локализированного сжигания снаряжения боезарядов, содержащего вредные и отравляющие вещества, за счет использования комплексных средств фильтрации и комбинированного физико-химического воздействия при активном контроле качества работ.
Выполнение устройства мембранной фильтрации в форме лабиринтной диафрагмы из сблокированных металлических сеток разной ячеистости обеспечивает пламягашение раскаленных твердых частиц, которые адгезионно налипают на проволоке сеток, и торможение газового потока, распределенного в лабиринтных каналах, образованных смещением ячеек примыкающих сеток, тонкими струями, которые более эффективно охлаждаются и перемешиваются для осаждения твердых включений в диффузоре на входе сорбционного фильтра.
Оснащение установки двумя устройствами сорбционной фильтрации с размещением между ними каталитического реактора направлено на повышение качества комплексной очистки газов от вредных примесей путем поэтапного их сорбирования на развитой поверхности гранулированного активного угля с промежуточным структурированием и трансформацией загрязняющих веществ путем физико-химических воздействий в присутствии катализатора.
Каталитический реактор позволяет высокочастотными электродуговыми импульсами в газоразрядном блоке раздробить молекулы вредных включений на реакционно активные кластеры, находящиеся в возбужденном состоянии, которые активно окисляются генерируемым при этом из кислорода воздуха озоном до нейтральных продуктов на его каталитической газопроницаемой панели.
Выполнение первого устройства сорбционной фильтрации в виде сменных поперечных секций, наполненных насыпным активным углем, позволяет повысить эффективность очистки газов за счет контролируемого обновления и ротации сорбента в съемных секциях, где концентрация вредных веществ максимальна.
Связь выходного конфузора с трубопроводом подачи технологического воздуха обеспечивает насыщение, если это требуется, предварительно очищенного отходящего газа кислородом, необходимым для окисления продуктов дробления молекул вредных веществ при физико-химическом воздействии высокочастотными импульсами в газодуговом электрическом разряднике, снабженном реакционной каталитической панелью.
Размещение каждого устройства сорбционных фильтров финишного каскада между мембранными (бумажными) фильтрами обеспечивает тонкую очистку газов на выходе из установки, задерживая остатки твердых включений, в том числе и угольного сорбента.
Предложенная установка представляет собой комплексную автоматическую линию полного цикла утилизации сжиганием различного снаряжения боезарядов при нейтрализации и локализации структурных и генерируемых вредных веществ.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность изобретения поясняется чертежами, которые имеют чисто иллюстративную цель и не ограничивают объема притязаний формулы.
На фиг.1 изображен общий вид установки, схема;
на фиг.2 - камера, вертикальный разрез;
на фиг.3 - разрез по А-А на фиг.2;
на фиг.4 - локализатор;
на фиг.5 - крышка локализатора;
на фиг.6 - модуль очистки отходящих газов;
на фиг.7 - шаговый транспортер подачи кассет.
В предложенной поточной линии уничтожается сжиганием снаряжение малокалиберных артиллерийских снарядов, мин, гранат, капсюлей, запалов, взрывателей, пиротехнические заряды и т.п., уложенных в сгорающей кассете, которая является сборочной штучной единицей, обрабатываемой в технологическом потоке полного цикла утилизации боезарядов, сопровождающегося очисткой отходящих газов.
Технологический поток (фиг.1) включает камеру 1 с бронированным разъемным локализатором 2, установленным внутри на электромагнитном нагревателе - индукторе 3, подключенном к сетевому источнику 4 тока.
Камера 1 трубопроводом 5 сообщается с последовательно смонтированными устройствами 6 - мембранного лабиринта, 7 - секционного адсорбера, 8 - каталитического реактора и 9 - финишного фильтрующего каскада, связанными между собой, и с вытяжным вентилятором 10.
К торцам трубчатого локализатора 2 (фиг.1, 2, 3) примыкают шлюз 11 загрузки технологических кассет и шлюз 12 выгрузки отходов сжигания, установленные в люках 13, 14, которые перекрыты шиберными заслонками 15 и 16 соответственно.
Шиберные заслонки 15, 16 смонтированы на штоках 17, 18 соответствующих пневмоцилиндров 19, 20.
Трубчатый локализатор 2 (фиг.4) усилен бандажом 21, который выполнен из жестко скрепленных между собой броневых листов 22 с центральными отверстиями диаметром под размещение локализатора 2. Бронелисты 22 в сборе плотно обжимают трубчатый локализатор 2, формируя силовой туннель, где размещается кассета с обрабатываемыми изделиями.
К наклонным торцам локализатора 2 примыкают клиновые бронеотбойники 23, закрепленные на подвижной крышке 24, которая смонтирована на штоке 25 пневмоцилиндра 26 ее возвратно-поступательного перемещения внутри камеры 1 (фиг.1, 2, 3).
Крышка 24 (фиг.5) выполнена перфорированной посредством распределенных по периметру сквозных отверстий 27, причем эти отверстия 27 на торцах крышки 24 сопряжены с наклонными каналами 28 в бронеотбойниках 23, которые закреплены на торцах крышки 24 с возможностью съема и замены по мере динамического износа от действия осколков, ударной и детонационной волн, возникающих при срабатывании уничтожаемых боезарядов.
Таким образом, внутренний объем локализатора 2, закрытого примыкающей крышкой 24, коммутируется с кратно большим объемом камеры 1, что позволяет стравливать резко растущее давление генерируемых при сжигании снаряжения газообразных продуктов, демпфируя динамическую нагрузку, чем предотвращается возникновение критических разрушающих напряжений в локализаторе 2.
На корпусе камеры 1 установлен пневмоцилиндр 29, шток 30 которого выполняет функции стопора, кинематически замыкая шток 25 пневмоцилиндра 26, чем фиксируется рабочее положение крышки 24 на локализаторе 2.
К люку 13 примыкает шаговый питатель 31 кассет, последовательно позиционирующий их соосно шлюзу 13 для штучной подачи в локализатор 2 посредством толкателя 32 - штока пневмоцилиндра 33, который имеет три позиции: исходную (правую по чертежу) и две рабочие разного хода для подачи кассеты в локализатор 2 и (после реверса) дальнейшего выталкивания из него отходов предыдущего сжигания соответственно.
На конце штока-толкателя 32 закреплен дисковый ерш 34 из радиально расположенных упругих проволок.
Шаговый питатель 31 (фиг.7) выполнен в виде грейферного перекладчика, подающая рейка 35 которого через кривошипно-шатунные механизмы 36 связана с приводом 37. На рейке 35, размещенной в продольном пазу опорной платформы питателя 31, распределены с равным шагом подачи призмы 38 под укладку кассет.
Под воронкой-шлюзом 12 с внешней стороны камеры 1 установлен соосный контейнер 39 сбора твердых отходов утилизации.
Модуль очистки отходящих из камеры 1 газов (фиг.6, 1), который коммутируется посредством трубопровода 5, характеризуется наличием многофункциональных и многоступенчатых устройств 6-9 фильтрации, связанных между собой в единый комплекс, оснащенный общим вытяжным вентилятором 10.
Устройство 6 мембранной фильтрации включает несколько последовательных блоков 40, собранных из металлических сеток переменной ячеистости, что формирует лабиринтные каналы, распределенные по всему проходному сечению диафрагменного фильтра с повышенным газодинамическим сопротивлением.
В устройстве 6 происходит пламягашение конденсированной фазы фильтрующегося газового потока, который, разделяясь в ячейках металлических сеток на тонкие струи, активно охлаждается за счет конвективного теплообмена, а также при торможении и развороте струй в лабиринтах. При этом твердые взвешенные частички оседают и адгезионно налипают на проволоках сеток.
В секционном устройстве 7 сорбционной фильтрации происходит поглощение вредных веществ из газового потока на развитой поверхности гранулированного активного угля 41 (насыпного адсорбента). В связи с высокой фильтрующей нагрузкой это устройство 7 выполнено из автономных секций 42, газопроницаемых и съемных поперек потока для замены по мере загрязнения новыми секциями 42 с чистым активным углем 41.
На выходном конфузоре устройства 7 фильтрации смонтирован трубопровод 43 подачи дополнительного воздуха, поставщика окисляющего кислорода в каталитический реактор 8.
На входе реактора 8 установлен бумажный патронный фильтр 44, механически очищающий газовый поток перед подачей в газоразрядный блок 45, где под действием высокочастотных барьерно-стриммерных электрических импульсных разрядов происходит механическое дробление молекул загрязняющих веществ на кластеры, которые находятся в возбужденном состоянии, и образуется из кислорода воздуха озон.
2
2
Далее на газопроницаемой решетчатой каталитической панели 46 активно происходит окисление кислородом и озоном образовавшихся в реакторе 8 кластеров до конечных нейтральных веществ (CO, HO).
Очищенный газ далее по трубопроводу 47 подается в устройство 9 каскада сорбционных фильтров, каждый из которых включает насыпной слой активного угля 41, размещенный между мембранными фильтрами 48, что обеспечивает тонкую очистку газов от остатков включений и предотвращает унос частиц сорбента 41.
Последовательность операций и технологические режимы работы поточной линии осуществляются автоматически от устройства 49 управления от сигналов с датчиков положения структурных элементов по программе, взаимодействующей с показаниями активного контроля.
Температура нагрева индуктора 3, инициирующая воспламенение снаряжения внутри локализатора 2, регулируется устройством 49 управления посредством интенсивности обдува холодным воздухом от внешнего компрессора по трубопроводу 50 (фиг.3).
Функционирует установка следующим образом.
При нажатии кнопки «Пуск» устройства 49 управления включается источник 4 тока, питающий обмотку индуктора 3 и вытяжной вентилятор 10 модуля газоочистки, сообщающийся посредством трубопровода 5 с камерой 1.
Толкателем 32 пневмоцилиндра 33 кассета с уложенными изделиями подается из соосных призм 38 рейки 35 грейферного перекладчика, через трубчатый люк 11 камеры 1, в открытый локализатор 2 (когда крышка 24 расположена в крайнем верхнем положении).
После этого толкатель 32 возвращается в исходное положение по команде концевого выключателя путевой системы управления (условно не показано).
Далее шиберные заслонки 15 и 16 перекрывают люки 13 и 14, изолируя камеру 1, а крышка 24 рабочим ходом штока 25 пневмоцилиндра 26 опускается в крайнее нижнее положение, где ее клиновые бронеотбойники 23 примыкают к наклонным торцам локализатора 2 и перекрывают его центральный туннельный канал, где расположена обрабатываемая кассета.
При этом шток 30 пневмоцилиндра 29 кинематически замыкает шток 25, устанавливаясь в его пазу, и фиксирует положение крышки 24, когда ее бронеотбойники 23 перекрывают локализатор 2, совокупно с бандажом 21, образуя силовую броневую оболочку.
При достижении температуры 400-600°С внутри локализатора 2, нагреваемого конвективной теплопередачей от индуктора 3, происходит воспламенение и/или детонация снаряжения в кассете, в результате чего они сгорают. О завершении процесса горения судят по показаниям датчиков давления и вибрации, которые регистрируются в электронных носителях устройства 49 управления.
Генерируемые газообразные продукты горения снаряжения боезарядов в кассете под давлением через сквозные отверстия 27 крышки 24 выбрасываются в камеру 1, из которой отсасываются вытяжным вентилятором 10 по трубопроводу 5 в модуль газоочистки.
Осколки, образующиеся при детонации бризантного снаряжения боезарядов, отражаются отбойниками 23 и остаются внутри локализатора 2, так как их разлету препятствует наклон каналов 28 коммуникации с выходными отверстиями 27.
Через заданное время выдержки стопор 30 освобождает шток 25 и крышка 24 возвращается в исходное положение, отбойники 23 которой открывают центральный канал локализатора 2.
Газообразные продукты горения снаряжения боезарядов в локализаторе 2 принудительно удаляются из камеры 1 и последовательно проходят многоступенчатую многофакторную очистку.
В лабиринтных распределенных каналах диафрагм, образованных в ряду последовательных блоков 40 из набора металлических сеток с переменными размерами ячеек, происходит основной отбор твердой фазы отходящего аэрозоля, механическое фильтрование газообразных продуктов горения снаряжения.
Мелкодисперсные и газообразные включения в газовом потоке адсорбирует активный уголь 41, заполняющий сменные секции 42 фильтрующего устройства 7.
В устройстве 8, содержащем газоразрядный блок 45 и каталитическую решетчатую панель 46, осуществляется физико-химическое воздействие на вредные включения, в результате чего они трансформируются в нейтральные продукты полного окисления.
Далее очищенные газы поступают в каскадное устройство 9 финишной сорбционной обработки отходящих газов в последовательных прослойках активного угля 41, помещенных между мембранными фильтрами 48 каждая, которые механически задерживают мелкие твердые частички, включая пылинки сорбента 41.
Полностью очищенный технологический воздух, со следами включений, по содержанию значительно ниже установленных нормативов ПДК, вытяжным вентилятором 10 выбрасывается в атмосферу.
После этого шиберные заслонки 15, 16 открывают люки 13, 14 соответственно, а следом толкатель 32 пневмоцилиндром 33 перемещается в камеру 1, в крайнее левое по чертежу положение, где он из локализатора 2 выталкивает твердые остатки после сжигания в воронку-шлюз 12 и далее в контейнер 39. При этом дисковым ершом 34 туннельный канал локализатора 2 очищается от нагара, налипших твердых частиц и фрагментов для продолжения работы.
После реверса толкателя 32 в исходное положение включается привод 37 шагового питателя 31, в результате чего кривошипно-шатунными механизмами 36 рейка 35 с уложенными на призмах 38 кассетами, несущими боезаряды, поднимается над опорной платформой и на шаг перемещается вправо по чертежу, где опускается на исходный уровень.
В результате этих пространственных перемещений кассеты смещаются на шаг и укладываются на опоре в следующей позиции, причем первая из кассет занимает соосное положение с линией центров камеры 1.
Рейка 35 возвращается под платформой в исходное положение.
Далее цикл работы повторяется.
Таким образом, в описанной установке обеспечивается полная автоматизация процесса уничтожения сжиганием в бронированном локализаторе проходного типа снаряжения боезарядов, обеспеченного комплексной ступенчатой и многофункциональной очисткой отходящих из рабочей камеры газов в автономном модуле фильтрации, при сопутствующем физико-химическом воздействии на вредные включения, что значительно повысило эффективность очистки газов.
Предложенная комплексная установка, простой взрывобезопасной конструкции, является технологичной в изготовлении и обслуживании, функционально надежная по назначению.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретения явным образом не следует для специалиста по утилизации боеприпасов, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности практического серийного изготовления установки на действующем производстве можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.