CC BY
67
З. И. Сафина, И. А. Абдуллин, Г. И. Сафина,
С. А. Арутюнян, Д. В. Фадеев
ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРА РАССЕИВАНИЯ ТЕПЛА ИЗ ЗОНЫ ГОРЕНИЯ МАЛОГАЗОВОГО СОСТАВА НА ВРЕМЯ ЗАМЕДЛЕНИЯ
Ключевые слова: замедлительный состав, дисперсия времени замедления, теплопроводность состава, водоэмульсионная технология.
Приведены результаты исследований гранулированного замедлительно-го состава. Показана возможность повышения стабильности его специальных характеристик путём уменьшения количества рассеянного тепла из зоны горения в окружающую среду за счёт использования эмульсионной технологии приготовления и отработки технологии формования образцов.
Keywords: delay mechanism structure, a dispersion of time of delay, heat conductivity of structure, water-emulsion technology.
Results of researches granulated delay mechanism structure are resulted. Possibility of increase of stability of its special characteristics by reduction of quantity of absent-minded heat from a burning zone in environment at the expense of use an emulsion of technology of preparation and working off of technology of formation of samples is shown
Основными требованиями к пиротехническим замедлительным устройствам являются надёжность их действия и воспроизводимость времени срабатывания в различных условиях эксплуатации. Горение используемых в них замедлительных составов происходит в условиях больших тепловых потерь в окружающую среду и сохранение большего количества тепла во фронте горения способствует повышению стабильности работы устройств в целом.
В данной работе повышение стабильности специальных характеристик замедлительных составов (время горения и дисперсия по времени горения) путём уменьшения количества рассеянного тепла из зоны горения в окружающую среду осуществлялось за счёт использования водно-эмульсионной технологии приготовления гранулированных составов и отработки технологии формования образцов.
В качестве объекта исследований был выбран штатный замедлительный состав (ЗС), содержащий свинцовый сурик, хромат бария, ферросилиций марки ФС 75 и этилцел-люлозу. По технологическим требованиям отклонение по времени горения (замедления) данного состава, используемого в электродетонаторах замедленного действия, должно быть не более 6 %.
Приготовление данного состава проводили по традиционной (протиранием через сито) и водно-эмульсионной технологиям гранулирования. Независимо от способа получения в исследованиях использовали (с учетом ранее полученных результатов) состав с размером гранул от 160 до 1000 мкм. Формование опытных образцов из состава массой 1 г в три засыпки осуществляли методом глухого прессования при различных давлениях (от 50 до 250МПа) на гидравлическом прессе ПСУ-50А в стальные втулки с внутренним диаметром 5,25 мм и высотой 14,9 мм. Результаты исследований представлены на рис. 1.
Рис. 1 - Зависимость среднего времени горения состава (а) и дисперсии по времени горения состава (б) от коэффициента уплотнения
Было получено, что с увеличением давления прессования (рпрес) от 50 до 250 МПа коэффициент уплотнения (Ку) составов, приготовленных по разным технологиям, возрастает от 0,57 до 0,71.
Независимо от способа получения составов характер изменения среднего времени их горения и дисперсии по времени горения от Ку одинаков (рис. 1а и 1б): с увеличением Ку среднее время горения увеличивается, а дисперсия по времени горения уменьшается. Причём, у традиционно приготовленного состава среднее время горения меньше (на 33 %), а средний разброс по времени горения больше (на 75 %), чем у состава, гранулированного по водно-эмульсионной технологии.
В работе было сделано допущение, что способ гранулирования состава будет влиять только на кондуктивную и конвективную составляющие теплопереноса. Количество тепла, передаваемого излучением, принимали постоянным из-за одинаковой температуры их горения Тгор (2308 К).
Получили, что состав, приготовленный по водно-эмульсионной технологии, при сгорании в среднем нагревал поверхность втулки до меньшей (Тнагр) температуры, чем традиционно приготовленный состав (например, при рпрес = 200МПа Тнагр составляла 454,04 и 474,17 0С соответственно). Это означает, что меньше тепла передаётся в оболочку и затем теряется в окружающую среду. Похожие закономерности были обнаружены при сжигании составов, приготовленных по водно-эмульсионной и традиционной технологиям, на плоском дифференциальном калориметре [1 - 4]: Тнагр были равны 197 и 2290С, а плотности тепловых потоков - 84,29 и 165,88 Вт/см2 соответственно.
Гранулированный по водно - эмульсионной технологии состав обладает меньшей теплопроводностью (почти в семь раз), чем традиционно приготовленный состав (1,68 и 14,33 Вт/мК соответственно), что объясняется образованием в нём равномерного теплоизоляционного слоя связующего между частицами окислителя и горючего, являющегося дополнительным барьером для передачи тепла кондуктивной составляющей теплопереноса.
Технология приготовления составов также оказывает влияние на газопроницаемость (Кф) пироэлементов и, следовательно, на конвективную составляющую теплопереноса. Использование водно-эмульсионной технологии приготовления позволяет получить более плотные гранулы и пироэлементы, обладающие вдвое меньшей газопроницаемостью
13 2
(Кф при рпрес=200 МПа равен 0,246-10" м ). Это приводит к снижению количества тепла, передаваемого конвективной составляющей теплопереноса.
Таким образом, применение водно-эмульсионной технологии гранулирования составов позволяет регулировать специальные характеристики за счёт уменьшения теплопо-терь при горении, что способствует повышению стабильности времени горения и надежности срабатывания изделия в целом.
Заключение
1 Повышение стабильности специальных характеристик замедлительных составов путём уменьшения количества рассеянного тепла из зоны горения возможно за счёт использования водно-эмульсионной технологии приготовления гранулированных составов.
2 Выявлено, что использование водно-эмульсионной технологии гранулирования составов позволяет снизить интенсивность потерь тепла по составу, шлакам, в оболочку и в окружающую среду при горении и, тем самым, повысить стабильность времени замедления на 75 %.
3 Установлено, что наименьшая дисперсия по времени замедления (0,84 %) обеспечивается при условии формования пироэлементов из состава в три засыпки при давлении 200 МПа.
Литература
1. Абдуллин, И.А. Тепловые пиротехнические составы. Свойства, технология, применение / И.А. Абдуллин, О.И. Белобородова. - Казань: Казанский Государственный Технологический Университет, 2005. - 128 с.
2. Абдуллин, И. А. Определение энергетических параметров процесса горения гетерогенных конденсированных веществ / И.А. Абдуллин [и др.] // Вестник Казан. технол. ун-та. - 1998. - № 1. -С. 95-100.
3. Абдуллин, И. А. Компьютерное моделирование процесса теплообмена продуктов сгорания пиротехнических составов при различных граничных условиях / И.А. Абдуллин [и др.] // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2000. - С. 69-74.
4. Абдуллин, И. А. Автоматизированная установка для определения температуры горения пиротехнических составов / И. А. Абдуллин [и др.] // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2006. - №6, Ч. 2.- С. 164-168.
© З. И. Сафина - канд. техн. наук, асс. каф. химии и технологии гетерогенных систем КГТУ; И. А. Абдуллин - д-р техн. наук, проф. каф. химии и технологии гетерогенных систем КГТУ, проректор КГТУ, ilnur@cnit.ksu.ras.ru; Г. И. Сафина - начальник ОЗИ; С. А. Арутюнян - асп. каф. химии и технологии гетерогенных систем КГТУ; Д. В. Фадеев - асп. каф. химии и технологии гетерогенных систем КГТУ, зам. начальника цеха ФГУП «МПЗ».
