pdf.php@id=6178

Рис. 142. Зависимость конечной влажности от плотности полуфабриката (состав РБФ, T = 383К, Рост = 5,3 КПа, 5 = 3,0...3,4 мм) для времени сушки:

1 - 15 с; 2 - 30 с; 3 - 60 с; 4 - 120с

291

Рис. 144. Влияние температуры на кинетику сушки (состав РБФ, Р ^

Рис. 145. Влияние температуры на скорость сушки (состав РБФ, Росг 5,3 КПа, р = 1,53 г/см3, 5 = 1,3мм):

1 - 15 с; 2 - 30 с; 3 - 60 с; 4 - 120с

292

w , %

Рис. 147. Влияние остаточного давления на скорость сушки (состав БП, T = 378К, р = 1,6 г/см3, 5 = 5,0 мм):

1 - 15 с; 2 - 30 с; 3 - 60 с; 4 - 120 с

293

тивные факторы: резкое увеличение сопротивления фильеры при уменьшении размера полуфабриката, а также значитель­ ный рост градиента давления во времени продуктов сгорания топлива при повышении пористости массы.

На рис. 144—147 представлены кинетические кривые суш­ ки для различных начальных температур и степени разреже­ ния, показывающие большое влияние того и другого парамет­ ра на скорость процесса.

4.3.2.4 Аутогезия

При формовании зарядов шнековыми прессами с исполь­ зованием раструбного диффузорно-конфузорного пресс-инст­ румента необходимо решить две задачи:

Под аутогезией понимается когезионное взаимодействие на границе спрессовываемых в монолитную массу пороховых эле­ ментов. Аутогезия, определяемая конкретными условиями гра­ ничного взаимодействия, в идеальном случае достигает значе­ ния когезии; при неоптимальных условиях она, как правило, ниже, и это отличие может быть существенным.

При организации технологического процесса формования пороховых шашек баллиститного типа возникают две взаимопереплетающиеся задачи, имеющие целью повышение прочно­ сти пороха: увеличение сил когезии за счет оптимизации структуры массы при ее течении и аутогезии за счет реализа­ ции наилучших условий формирования аутогезионного шва.

Когезионное взаимодействие определяется химической природой композиции (тип пластификатора и его количество, тип и количество наполнителя) и технологическими условия­ ми формирования микроструктуры. В последнем случае имеет значение соотношение параметров течения (скорость сдвига и интегральная величина деформации) и релаксационных па­ раметров (времен запаздывания деформаций). Для каждого пороха имеется критическое значение скорости сдвига, зави­ сящее от температуры, выше которого структура пороха «раз­ рыхляется» вследствие недостаточности времени для рекомби­ нации межмакромолекулярных связей.

Это явление имеет особое значение при переработке высо­ копрочных порохов с густой сеткой физических (водородных) межмакромолекулярных связей.

294

Разработанная методика формования пороховых элементов в широком диапазоне скоростей сдвига и определения крити­ ческого значения последних позволяет обосновать требования к оборудованию и технологическим параметрам переработки топливных масс.

Разумеется, такая постановка исследований вызывается не полнотой и завершенностью изучения когезии, а, исключи­ тельно, причинами конструктивного плана:

— в производственном процессе качество продукции с точки зрения физико-механических свойств в первую оче­ редь зависит от аутогезии как макропроцесса, определяющего «сшивку» по наиболее слабым местам;

— более детальное изучение когезии, чем это было выпол­ нено ранее [131], связано с организацией тонких инструмен­ тальных исследований микроструктуры и не может, очевидно, дать быстрого практического результата.

Когезия является предметом самостоятельных исследова­ ний, не связанных непосредственно с производственным про­ цессом.

Аутогезия изучалась на двух экспериментальных установ­ ках, представленных на рис. 148а, б.

Первая установка ротационного типа основана на создании при вращении друг относительно друга двух кольцеобразных пороховых элементов определенного «теплосилового» поля, за­ даваемого четырьмя параметрами: скоростью сдвига, величи­ ной сдвига (перемещение одного кольца относительно друго­ го), давлением и температурой.

Экспериментальный диапазон изменения параметров: у =

Ю^-.ЛО1 с 1; у — неограничена; P — 0...12 МПа; Т — 323...373 К (относительная погрешность измерения — 7...10%).

Второй метод основан на прессовании пороховой массы из цилиндрической изложницы через конические элементы с из­ меняемой геометрией, формируемой из набора круглых пла­ стинок, вырезанных из порохового полотна. Как и в первой установке, меняются параметры: у = 10~2...102 с 1, у = 21nR/r,

Р < 50 МПа, Т = 323...373 К (относительная погрешность из­ мерения — 10...15%). Следовательно, возможности данной ус­ тановки по диапазону изменения параметров силового поля существенно большие. Кроме того, условия течения в данной установке ближе к реальным.

Однако в первом приборе влияние простого сдвига и дав­ ления может быть учтено в более чистом виде. Поэтому оба

295

метода дополняют друг друга и в комбинации дают более кор­ ректную информацию.

Аутогезия в том и другом случаях определяется по величи­ не разрывного напряжения пороховых элементов в направле­ нии, перпендикулярном аутогезионному шву (при T = 293К).

На рис. 149 в виде графиков представлены эксперимен­ тальные результаты определения аутогезии как функции ско­ рости сдвига, интегральной величины деформации, давления и температуры.

Выполненные исследования не ставили целью получение комплекса оптимальных параметров, обеспечивающих наи­ большую аутогезию при переработке всех составов топлив.

Основная задача — дать экспериментальную методику по­ иска оптимальных условий течения. Тем не менее, на основе незначительного объема экспериментальных данных удалось установить некоторые важные закономерности, определяющие аутогезию:

—при увеличении параметров давления, температуры, ве­ личины необратимой деформации в проверенном диапазоне изменения аутогезия возрастает;

—функция аутогезия — скорость сдвига имеет экстре­ мальное значение;

1 - Т=363К; 2 - Т=353К

Рис.149. Аугогезиоиная прочность как функция скорости сдвига (а)

297

оа, МПа'

12,0

п,о

10,0

9.0

8.0

7.0

6.0

5,0

б

1- Т=363К; 2 - Т-353К; 3 - Т=043К

в

1-Р=№ МПа; 2- Р=8 МПа; 3 - Р-6 МПа; 4 - Р-Ю МПа

Рис.149. Аутогезионная прочность как функция давления (б), температуры

(в)

298

— влияние давления проявляется по-разному для топлив различного химического состава и зависит, кроме того, от скорости сдвига, температуры и деформации.

Уровень давления, выше которого его влияние на аутогезию становится несущественным, для различных составов ко­

При увеличении скорости сдвига производная функции daJdP несколько возрастает до определенного значения скорости сдвига (у = 10°...101 с-1), являющегося критическим. Выше этой величины daJdP стремительно падает;

— увеличение температуры при прочих равных условиях приводит к возрастанию аутогезионной прочности. Функция doa/dP при этом изменяется слабо. Возрастание оа для пороха ВИК-2Д (рис. 149в) при увеличении температуры от 333 до 363 К значительно и достигает около 5...6 МПа.

— весьма важным технологическим параметром является скорость сдвига. Ее критическое значение для различных со­ ставов топлив неодинаково и снижается при возрастании прочности последних, т. е. при увеличении энергии межмакромолекулярного взаимодействия (густоты сетки физических связей). Для штатных составов типа ВИК-2Д это значение на­ ходится около 101 с-1 (рис. 149а).

4.4 Формующие шнековые пресса. Закономерности течения пороховой массы в канале винта шнековых

прессов

4.4.1 Общие представления о процессе прессования

Для более четкого понимания доводов, которые будут по­ ложены в основу последующих расчетов, рассмотрим физиче­ скую картину процесса прессования баллиститного пороха. Она в значительной мере отличается от экструзии термопла­ стов вследствие более аномальных реологических свойств по­ роха и жестких ограничений процесса, связанных с его опас­ ностью.

Прессование в шнековом прессе определяется работой че­ тырех взаимосвязанных и влияющих друг на друга зон: загру­ зочной, транспортирующей, зоны уплотнения и напорной или прессующей зоны. Параметры течения массы определяются двумя зонами: загрузочной и прессующей. Две другие зоны

299

могут влиять на работу только зоны загрузки и только как промежуточные при критических условиях в напорной зоне.

В зоне загрузки происходит заполнение межвиткового объ­ ема винта пороховым полуфабрикатом («таблетка», «верми­ шель» и пр.). Степень заполнения является важным техноло­ гическим параметром и зависит от насыпного веса полуфабри­ ката, его сыпучести, определяемой трением между частицами, и конструктивных параметров пресса в зоне загрузки. Очевид­ но, чем меньше глубина нарезки и отношение наружного диа­ метра винта к внутреннему (диаметру сердечника) в зоне за­ грузки, тем хуже условия заполнения межвиткового объема. Кроме того, вращение винта, увеличивающее степень заполне­ ния, создает одновременно условия неравномерной его запит­ ки: с одной стороны, набегающие реборды винта увлекают полуфабрикат внутрь, с другой стороны, напротив, выталкива­ ют его наружу.

Эта неравномерность, в основном, является функцией тех же параметров, что и абсолютная величина степени заполне­ ния: глубины, соотношения диаметров, качества полуфабрика­ та. Однако на нее в большей степени сказывается угол накло­ на винтовой линии и глубины нарезки.

Работа загрузочной зоны колебаниями производительности и неравномерностью заполнения винта существенно сказыва­ ется на основных параметрах процесса прессования: градиенте давления в напорной зоне, тепловом разогреве пороха и удельных энергозатратах.

Тем не менее, зоной, определяющей процесс прессования по всем наиболее важным факторам, является напорная зона винта. Закономерности течения пороха в этой зоне, зависящие от реологических свойств массы и конструктивных особенно­ стей пресса, влияют на качество изделий и характеризуют без­ опасность процесса. Без знания этих закономерностей невоз­ можно разработать новый пресс или создать новый состав баллиститного пороха.

Рассматривая течение массы в этой зоне, целесообразно условно расчленить общий поток на три его составляющих:

—прямой поток Qd;

—противоток Qp,

—утечки в зазоре Qb. Производительность пресса равна

300