pdf.php@id=6178

Рис. 119а. Схема установки определения уделыюго внешнего трсиия и на­ пряжения среза влажных масс:

1 матрица; 2 — стакан; 3 — ложное дно; 4 — стержень; 5 — поршень; 6 - рычаг; 7 - тяги; 8 - датчик ДЦ-10

на на базе датчика ДЦ-10, усилителя ИД-2И с КСУ-4. Давле­ ние в образце задается рычажной системой нагружения.

Порядок работы: пороховая масса с влажностью, соответст­ вующей концу зоны фильтровальной решетки отжимного пресса, загружается в кольцевую полость между стержнем и цилиндром. Набором грузов задается требуемый уровень давления. Перемещая стержень относительно образца, датчи­ ком фиксируют усилие, которое в пересчете на поверхность контакта имеет значение тр и тср на гладком и рифленом стержнях соответственно. Относительная погрешность при из­

мерении тц — 8...12%, тср — 10...15%.

На рис. 1196 представлены результаты экспериментальных исследований реологических характеристик тр, тср влажных масс некоторых составов баллиститных топлив. Надо отме­ тить, что корректное определение функций тр, тср = АЩ при повышенных давлениях представляет исключительную труд-

241

ность в силу отжима воды и изменения влажности в процессе

в исследованном диапазоне давлений оно аппроксимируется линейной функцией;

— напряжение среза с увеличением давления также воз­ растает линейно.

С точки зрения качественной оценки технологичности раз­ личных составов топлив может быть определено отношение тср/тц Так, для топлива БП-10 и инертного состава ИМ-98 эти отношения имеют значения 3,8 и 1,9, что хорошо согласу­ ется с поведением указанных составов в процессе отжима.

С использованием полученных экспериментальных данных по реологии влажных масс и их фильтрационным свойствам выражение (4.51) с определенной погрешностью может быть представлено как функция осевой координаты. Надо сразу оговориться, что, по-видимому, не может быть получено еди-

zc dQv

242

dQv/dZ - J[Z), тм, tcp = J[Z), r0 = J{Z) как функции существен­ но отличаются и изменяют конечный вид вышеуказанных вы­ ражений.

Впроцессе инженерной проработки конструкции отжим­ ной зоны пресса использовано несколько составов, наиболее представительных по диапазону изменения исследуемых свойств: типа БП-10 (наполнение около 50%), ИМ-98 (наибо­ лее трудноотжимаемый) и ВИК-2Д (штатный).

Ввыражении (4.51) применительно к этим топливам изме­ няющиеся по оси канала винта параметры могут быть пред­ ставлены:

dQy/dZ = AP„7C„-Z (так как тми тср — линейные функции),

где ДР„ и S„ — градиент давления и площадь сечения канала винта в начальной зоне отжима; к,„ 1/ксж — коэффициенты пропорциональности в линейных зависимостях (ксж — коэф­ фициент сжатия — конструктивный параметр пресса).

Удельное сопротивление массы фильтрованию воды в кана­ ле винта имеет нелинейную зависимость от давления. Доста­ точно корректно оно может быть представлено степенной функцией. Тогда:

где к0 — коэффициент в выражении r0 (Z) = K0-roll-Z"\ г ои — начальное удельное сопротивление массы (вход в отжимную зону).

Интегрируя (4.55) по оси пресса Z, получаем производи­ тельность по отжимной воде:

Экспериментальные исследования показали, что удельное сопротивление массы как функция давления во всем диапазо­ не давлений не может корректно характеризоваться одним по-

243

казателем степени. На начальном участке 0,1...1,0 МПа эта за­ висимость менее ярко выражена. Так, для состава ВИК-2Д в этом диапазоне п ~ 0,5, а при давлениях более 1 МПа п ~ 2,5.

Выражение 4.56 можно записать в следующем виде:

в следующем. В начальный период отжима вследствие значи­ тельного количества воды, находящейся в массе, во всем слое массы имеются сообщающиеся каналы, по которым вода под действием градиента давления отжимается в зону фильтрова­ ния. При снижении влаги ниже определенного значения (при­ мерно при P ~ 1 МПа) сквозные каналы начинают исчезать, перегораживаются пленкой слипающейся массы. Для этого участка характерно и более высокое удельное сопротивление, ибо воде приходится преодолевать за счет направленной диф­ фузии слои топливной массы. Очевидно, что давление для различных составов и условий фильтрования различно.

Итак, выявленные закономерности фильтрования и отжима позволяют обосновать требования к конструкции пресса. По первой зоне (фильтрование) задача достаточно ясная: для обеспечения гарантированной производительности необходимо исключить замазывание щелей фильтровальной решетки. Что же касается зоны отжима, решение поставленной задачи ус­ ложняется.

На основании полученных экспериментальных данных сле­ дует два важных с конструктивной точки зрения вывода:

—учитывая низкую эффективность удаления влаги в ка­ нале вследствие высокого удельного сопротивления массы, це­ лесообразно ввести зону вакуумной сушки сразу же за зоной отжима. В этом случае диссипативная энергия может быть ис­ пользована с максимальным КПД;

—поскольку наибольшая эффективность отжима имеет место на начальном участке (до момента исчезновения сквоз­ ных каналов), в конструкции пресса за вакуумной зоной суш­ ки предусмотреть вторую напорную зону, которая бы выпол­ няла две функции: отжим в начальной зоне и пластификацию на всей длине в условиях сравнительно низкой влажности.

244

— режущее устройство, обеспечивающее срезание порохо­ вых шнуров непосредственно у фильеры и исключающее не­ обходимость протирочного барабана;

— раскрывающийся в вертикальной плоскости корпус с втулкой для удобства в эксплуатации. Раскрытие осуществ­ ляется пневмоцилиндром;

— устройство очистки фильтровальной решетки (изменяю­ щаяся ширина щелей).

Техническая характеристика пресса в сравнении с про­ мышленным прессом ПО-125 приведена в табл. 22.

Т а б л и ц а 2 2

Техническая характеристика отжимного пластифицирующего пресса ПО-ЗОО в сравнении с прессом ПО-125

246

Результаты отработки пресса представлены в табл. 23.

В результате промышленных испытаний пресс подтвердил проектные данные и показал возможность работы в 2-х режи-

247

мах: в классической технологической схеме (отжим — вальце­ вание — сушка) с более высокой выходной влажностью (6... 12%) и в новой схеме в режиме низкой влажности с обес­ печением предварительной пластификации топливной массы.

4.3.2Пластификация и сушка пороховой массы

4.3.2.1Определение температурных режимов переработки на основе термомеханических исследований

втрех физических состояниях: стеклообразном, высокоэласти­ ческом и вязкотекучем. Переработка таких полимеров осуще­ ствляется в вязкотекучем состоянии. Поэтому определение ин­ тервала перехода из высокоэластического состояния в вязкоте­ кучее является непременным условием определения температурных режимов переработки.

Температурная область переработки термопластичных баллиститных пороховых масс ограничивается верхним темпера­ турным пределом эксплуатации заряда (323...333 К) и крити­ ческой температурой разложения пороха, выше которой газовыделение приводит к недопустимому снижению долговечности пороха (383...393 К). Эта область отличается не­ сколькими особенностями физического и реологического по­ ведения термопласта:

—высокой необратимой деформацией сдвига при сравни­ тельно малом уровне обратимой высокоэластической деформа­ ции;

—сравнительно низкой вязкостью массы при ее течении

втехнологических аппаратах с высокими скоростями сдвига и, следовательно, ограниченным уровнем диссипативного разо­ грева, не приводящего к превышению критического уровня температуры.

На рис. 121 представлены в виде графиков деформация,

вязкость и газовыделение как функции температуры: у, т|,

W la3 = А Т ) .

По оси абсцисс отмечены области эксплуатации заряда, переходная область и область переработки термопласта. Каж­ дая из этих областей характеризуется определенными величи­ нами указанных функций. Область эксплуатации заряда отли­ чается высокоэластичным состоянием термопласта, имеющего высокую вязкость и практически отсутствие необратимой де­ формации. В области переработки вязкость массы резко сни-

248

n

толчее

Рис. 121.3ависимость вязкости, предельной деформации сдвига, скорости газовьщелепия от температуры

жается, а превалирующей становится необратимая деформа­ ция. Между этими двумя областями находится переходный температурный диапазон, который характеризуется интенсив­ ным падением вязкости, наличием как необратимой, так и сравнительно высокого уровня обратимой высокоэластиче­ ской деформации.

Расширение температурных диапазонов эксплуатации заря­ да или переработки за счет переходной области из высокоэла­ стического в вязкотекучее состояние приводит к нежелатель­ ным результатам:

— эксплуатация заряда в этой области связана с появле­ нием необратимой деформации, низким модулем упругости и приводит к существенному снижению надежности его функ­ ционирования;

— переработка массы в переходной температурной области приводит к повышению вероятности воспламенения вследст­ вие значительного диссипативного разогрева, существенной деструкции с потерей механических свойств и нестабильному течению в технологических аппаратах из-за высокой обрати­ мой деформации.

Таким образом, переходная область из одного физического состояния термопласта в другое сужает как область эксплуата-

249

ции готовых изделий, так и допустимый температурный диа­ пазон их изготовления.

Верхняя температура области переработки ограничивается термохимической стойкостью топливной композиции и опре­ деляется, в основном, природой нитратов глицерина и целлю­ лозы. Она может быть лишь незначительно увеличена за счет подбора более эффективных стабилизаторов химической стой­ кости.

Из вышесказанного следует, что знание точных границ до­ пустимого температурного диапазона, в котором может прово­ диться переработка пороха, весьма важно, ибо он определяет как безопасность процесса, так и качество получаемых изде­ лий. Актуальность исследований физических свойств баллиститных пороховых масс возрастает в связи с тем, что эмпи­ рические поиски температурного диапазона переработки на промышленных аппаратах весьма трудоемки, небезопасны и ненадежны.

Итак, необходим метод исследования термомеханических свойств полимерной композиции, который бы позволил уста­ новить температурные границы трех областей: эксплуатации, переходной и переработки. Из многочисленных методов, клас­ сифицируемых по виду деформации (сдвиг, сжатие, растяже­ ние) или по режиму механического воздействия (постоянное, периодическое, импульсное нагружение), целесообразно при­ менить для лабораторных исследований наименее трудоемкий экспрессный способ периодического нагружения, позволяю­ щий определить общую, обратимую и необратимую деформа­ цию для условий деформирования, максимально приближен­ ных к реальным.

На всех технологических аппаратах, где имеет место необ­ ратимое течение пороховой массы (шнек-пресс, вальцы), ос­ новным механизмом деформирования является сдавливание массы и течение ее под действием перпендикулярных нор­ мальным касательных напряжений. Поэтому выбран режим периодического нагружения нормальными сжимающими на­ пряжениями со свободным растеканием массы под действием касательных напряжений (рис. 122 б). На рис. 122 а представ­ лена схема универсального измерительного прибора УИП-70, разработанного ЦКБ уникального приборостроения АН СССР.

Подвижный рабочий орган (пуансон) выполнен в виде стержня меньшего сечения, чем торцевая поверхность образца. На протяжении всего эксперимента удельное давление, рас-

250