Методы утилизации непригодных боеприпасов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Боеприпасы времен Второй мировой войны, затопленные в воде или находящиеся в земле, являются опасными отходами и представляют большую угрозу для окружающей среды, жизни и здоровья населения. Имеются также непригодные боеприпасы, которые образуются в армейских соединениях и хранятся на военных складах в условиях, часто неприемлемых с точки зрения безопасности. Коррозия металлических элементов и химическое разложение высокоэнергетических взрывчатых компонентов создают опасность возникновения взрывов. Согласно оценкам, в Польше накоплено около 50 000 т боеприпасов, подлежащих утилизации.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ УТИЛИЗАЦИИ НЕПРИГОДНЫХ БОЕПРИПАСОВ

В настоящее время их ликвидация путем контролированных взрывов запрещена правилами защиты окружающей среды. Согласно соглашению с Европейским Союзом, Польша должна утилизировать непригодные боеприпасы к концу 2013 г.

В законе от 22 июня 2001 г. о деятельности в сфере производства и использования взрывчатых веществ (ВВ), оружия, боеприпасов и др. сказано, что при обезвреживании этой продукции в случае прихода ее в негодность необходимо следовать правилам обращения с опасными отходами (Вестник законов, № 67, ст. 679). Одна из статей этого закона гласит:

1. Просроченные или непригодные к употреблению взрывчатые вещества, боеприпасы, оружие, а также изделия военного и полицейского назначения подлежат обезвреживанию или рециклингу.

2. Обезвреживание или рециклинг осуществляется безопасным для окружающей среды, имущества, жизни и здоровья населения способом.

В соответствии с постановлением Министерства окружающей среды от 27 сентября 2001 г. о каталоге отходов (Вестник законов, № 112, ст. 1206) отходы боеприпасов имеют код 16 04 01* и входят в список опасных.

Не взрывая, ликвидировать боеприпасы можно методом термического разложения путем контролированного сжигания в специальной установке или методом разборки на отдельные элементы.

В октябре 2007 г. в Польше на заводе «Меско» в Skarzyskо-Kamiennа начало функционировать одно из самых современных в Европе производств по утилизации непригодных боеприпасов, отвечающее требованиям директивы 94/67/ВЕ от 16 декабря 1994 г. Процесс предусматривает уничтожение боеприпасов и получение металлов, которые используют в качестве вторичного сырья. На заводе работают две линии. Первая предназначена для утилизации артиллерийских боеприпасов большого калибра -- свыше 57 мм, вторая -- для меньшего калибра. Установлена печь для сжигания взрывчатых веществ и печь для детонации. Системы вытапливания взрывчатых веществ и демонтажа мин представлены на рис. 1-4.

Рис. 1. Установка для сжигания взрывчатых и метательных взрывчатых веществ

Рис. 2. Линия для вытапливания из снарядов бризантных веществ бесконтактным методом

Рис. 3. Оборудование для демонтажа ведущих поясков снарядов Рис. 4. Оборудование для демонтажа мин

Кроме того, имеется пила для разрезания под водой больших снарядов и нетипичных головок. С помощью специального оборудования (например, пилы) можно получить ценные вторичные ресурсы (цветные металлы, а также некоторые взрывчатые вещества) в количестве 85-90 % от материала снаряда.

Установка фирмы Entsorgungsanlagen-Betriebsgesellschaft mbH Steinbach (рис. 5) предназначена для ликвидации просроченных боеприпасов методом контролированного сжигания.

Рис. 5. Схема установки для сжигания изъятых из обращения взрывчатых веществ и боеприпасов

Одна из вращающихся печей предназначена для сжигания взрывчатых веществ. В состав установки входит также вторая печь для сжигания боеприпасов и их частей.

Остатки от сжигания (зола и бой) собирают в контейнеры. Зола хранится на складе, а бой идет на переплавку. Газ из камеры дожигания (после охлаждения) направляется в систему очистки. Угольный фильтр задерживает образовавшиеся в небольшом количестве тяжелые металлы.

Наиболее эффективный метод ликвидации боеприпасов - использование их компонентов в производстве бризантных взрывчатых веществ. Для этого требуется разборка снаряда (рис. 6) и изъятие пороха из корпуса.

Рис. 6. Взрывчатые компоненты в отдельных частях снаряда

Порох из корпуса снарядов можно использовать в производстве промышленных взрывчатых веществ (рис. 7).

Рис. 7. Порох с эмульсией в эмульсионном взрывчатом веществе

Применение бездымных порохов (нитроглицериновых или нитроцеллюлозных) как высокоэнергетического компонента эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ) позволяет исключить из их состава алюминий. Разрабатываемые ЭВВ должны иметь потребительские и технологические свойства, близкие к веществам, содержащим алюминий. Такие взрывчатые вещества применяют в горной промышленности. Для приготовления нитроглицериновых (ЭВВ-НГЦ) или нитроцеллюлозных (ЭВВ-НЦ) эмульсионных взрывчатых веществ со свойствами, близкими к применяемым ЭВВ, рассчитаны термохимические параметры. Учитывая различия в составе бездымных порохов (НГЦ и НЦ), приняты разные кислородные балансы Б: для ЭВВ-НГЦ Б = -53 % и для ЭВВ-НЦ Б = -36 %.

Составы ЭВВ представлены в табл. 1.

Таблица 1

Составы ЭВВ

Термодинамические параметры ЭВВ приведены в табл. 2. Для сравнения даны характеристики ВВ, состоящего из смеси аммиачной селитры и дизельного топлива (АСДТ).

Таблица 2 Термодинамические параметры ВВ

Таблица 3 содержит эксплуатационные параметры ВВ различных составов.

Таблица 3

Эксплуатационные параметры ВВ

Выводы

1. Бездымный порох, полученный при разборке боеприпасов, может быть использован при производстве эмульсионных взрывчатых веществ.

2. Эмульсионные взрывчатые вещества с примесью бездымных порохов имеют термодинамические и эксплуатационные параметры, близкие к эмульсионным взрывчатым веществам, содержащим алюминий.

3. Нитроглицериновые (ЭВВ-НГЦ) и нитроцеллюлозные (ЭВВ-НЦ) эмульсионные взрывчатые вещества вполне могут заменить эмульсионные взрывчатые вещества, содержащие алюминий.

боеприпас демонтаж инерционный утилизация

ГЛАВА 2. Экспериментальные исследования параметров инерционного процесса демонтажа элементов снаряжения авиационных боеприпасов

В настоящее время на базах и арсеналах различных видов Вооруженных сил и родов войск скопились миллионы единиц различных боеприпасов, списанных или подлежащих списанию. По некоторым данным подлежат списанию и последующей утилизации или уничтожению 320 тыс. т боеприпасов, непригодных для дальнейшего использования. Значительную часть из этого количества составляют авиационные боеприпасы. Из-за переполнения баз и арсеналов (в 1,5-2 раза) не обеспечиваются надлежащие условия для сохранения боеприпасов, что приводит к реальной опасности аварийной ситуации, которая может привести к значительным экологическим и материальным убыткам, а также человеческим жертвам.

Оптимальным путем решения данной проблемы является полная или частичная утилизация, основанная на демонтаже элементов снаряжения боевых припасов, которая обеспечивает как повторное использование самих элементов снаряжения, так и материалов, из которых они изготовлены, что имеет актуальное значение для обеспечения техногенной безопасности производственных процессов оборонного комплекса Украины и может быть на практике реализовано в виде специального технологического процесса.

Для разработки рациональной технологии утилизации унитарных мелкокалиберных авиационных боеприпасов ствольных систем вооружения летательных аппаратов необходимо учесть и установить факторы, оказывающие значительное влияние на процесс демонтажа элементов снаряжения боеприпасов.

Каждый из методов утилизации обладает рядом преимуществ и недостатков по сравнению с другими методами при решении определенных задач.

Для принятия окончательного решения о выборе метода демонтажа необходимо проанализировать особенности изучаемого процесса и учесть их при проведении экспериментальных исследований возникающих физических явлений.

При этом выбранный метод исследования должен обеспечивать такие условия проведения экспериментов, которые в наибольшей степени соответствуют реальным условиям протекания процесса демонтажа изучаемого метода утилизации с целью получения о нем наиболее достоверной информации.

Проведенный ранее обзор и анализ методов утилизации унитарных патронов показывает, что наиболее рациональным методом является метод, основанный на создании инерционных перегрузок в узлах крепления элементов снаряжения.

Сущность этого метода состоит в создании во время удара контейнера с закрепленным в нем боевым припасом о препятствие силы инерции, величина которой превосходит значение извлекающего снаряд (пулю) усилия. Благодаря этому создаются условия, при которых сами элементы снаряжения боевых припасов получают минимальные деформации, что делает их пригодным для повторного применения. Для изучения протекающих во время этого процесса физических явлений наиболее приемлем прямой динамический метод. Он обеспечивает получение наиболее достоверной информации о происходящем процессе демонтажа.

При проведении экспериментов по исследованию параметров инерционного процесса демонтажа элементов снаряжения мелкокалиберных авиационных боевых припасов особое значение имеет воспроизведение условий, характерных для разрабатываемого технологического процесса утилизации.

Для него характерно линейное перемещение одного объекта (контейнера с жестко закрепленным в нем боевым припасом) и последующее его соударение с другим объектом (плитой).

При действии на контейнер линейного ускорения на все его элементы, в том числе и на снаряд (пулю) закрепленный в гильзе, будут действовать инерционные силы, направленные в сторону, обратную ускорению.

Величина такой силы, действующая на снаряд (пулю), будет равна:

(1)

где: - линейная скорость контейнера, м/с,

- масса снаряда (пули), кг.

Из этого уравнения, очевидно, что при фиксированном значении массы основного элемента снаряжения боевого припаса существенное значение для создания условия гарантированного демонтажа имеет ускорение. При этом необходимо установить пороговое значение этого параметра и пороговое значение извлекающего усилия, которое будет эквивалентно величине силы инерции, что для каждого образца боеприпаса индивидуально.

Для проведения эксперимента по исследованию параметров инерционного процесса демонтажа была разработана специальная импульсная газодинамическая установка. Ее основой является трубчатая направляющая для контейнера и пусковое устройство для импульсного газодинамического генератора.

В качестве рабочего тела в генераторе используются пороховые газы, образующие во время горения заряда, воспламенение которого происходит при инициировании специального пиротехнического состава под действием внешней динамической нагрузки со стороны соответствующих деталей механизма пускового устройства.

Под действием давления пороховых газов контейнер с жестко закрепленным в нем боевым припасом (патроном) разгоняется по трубчатой направляющей и после вылета из нее ударяется о вертикально расположенную массивную металлическую плиту. Благодаря варьированию массой порохового заряда, стало возможным добиться скоростей соударения в пределах 6…100 м/с.

Во время торможения движения системы «контейнер-боеприпас» жестко закрепленная гильза останавливается вместе с контейнером, но под действием силы инерции пуля продолжает двигаться вперед и ее движению препятствует только суммарная сила, являющая результатом действия сил трения между соприкасающимися поверхностями пули и дульца гильзы и силы обжатия дульца гильзы.

Исследования проводились на образцах пистолетных патронов калибра 9Ч18ПМ, 9Ч19 «Parabellum» и промежуточного патрона калибра 7,62Ч39.

Полученные в ходе экспериментов данные были использованы для построения соответствующих графиков зависимости извлекающего пулю усилия Fизв. и перемещения пули в гильзе ДL от скорости соударения Vk, а также зависимости ДL от Fизв.. Помимо этого, на основе аппроксимирования результатов исследований были получены эмпирические выражения для описания этих процессов. Графики представлены на рис. 1.

а) б) в)

Рис. 1 Графики: а) зависимость величины перемещения пули от скорости соударения; б) зависимость величины извлекающего пулю усилия от скорости соударения; в) зависимость величины извлекающего пулю усилия от перемещения пули в гильзе.

Для описания зависимости величины выхода пули из гильзы (перемещения пули в гильзе) от скорости соударения используется функция, которая имеет вид:

(2)

Эмпирическое выражение для описания зависимости извлекающего усилия от скорости записывается как:

(3)

Непосредственная зависимость величины перемещения пули от значения извлекающего усилия имеет вид:

(4)

Заключение

В ходе проведения экспериментов было установлено следующее.

Полученная информация о характере изменения параметров инерционного процесса демонтажа элементов снаряжения боеприпасов позволила с помощью аппроксимирования получить для них эмпирические зависимости, которые имеют практическое применение для проектирования специального технологического оборудования. Для патронов, у которых крепление пули в гильзе осуществляется с помощью тугой посадки, с натягом, (патроны калибров 9Ч18ПМ, 9Ч19 «Parabellum») величина порогового значения скорости соударения составляет 6…7 м/с. При этом полное извлечение пули из гильзы происходит при скоростях соударения порядка 34…43 м/с, что для этих случаев связано с габаритно-массовыми характеристиками самих пуль. Установлены факторы, оказывающие заметное влияние на процесс инерционного демонтажа элементов снаряжения боеприпасов. К ним относятся: масса снаряда (пули), величина площади контакта соприкасающихся участков на наружной поверхности пули и внутренней поверхности снаряда, характер фиксации пули в гильзе, скорость соударения и продолжительность процесса.

4. С помощью инерционного метода демонтажа возможна утилизация только унитарных патронов, снаряженных пулями со свинцовым или стальным сердечником (суррогатированных, бронебойных).

Утилизация патронов специального назначения, в конструкциях пуль которых имеется пиротехнические компоненты (зажигательные составы) или они снаряжены ВВ, таким методом невозможна, так как может привести к катастрофическим последствиям в условиях широкомасштабной утилизации боеприпасов такого вида. Однако для трассирующих пуль этот метод может быть применен, так как воспламенение пиротехнического состава трассера происходит не под действием инерционных нагрузок.

Размещено на Allbest.ru