книги / Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 2 Технология

Созданные на основе приведенных выше разработок мате­ матические модели процессов заложили необходимую основу автоматического управления блоком переработки. Краткое описание нового технологического процесса с автоматическим управлением приведено ниже.

Создание данной технологической схемы позволило сде­ лать шаг вперед практически по всем технико-экономическим показателям производства переработки; с точки зрения безо­ пасности производства она представляет собой качественный скачок, ибо обеспечивает возможность переработки высоко­ энергетических гетерогенных топлив и порохов для современ­ ных ракетных и артиллерийских систем.

Принципиально новая технологическая схема переработки представляет собой дальнейший шаг вперед в направлении повышения безопасности процесса и качества выпускаемой продукции (рис. 205).

В организации производственного процесса в сравнении

ссуществующим достигаются значительные преимущества:

—простота и мобильность за счет исключения аппаратов: вальцев, сушилки, таблетирующего пресса;

—легкость управления и синхронизация в работе трех прессов: отжимного, пластифицирующего и формующего;

—меньшая загрузка помещений взрывоопасным продук­

том;

— снижение на 30...40% производственных площадей

икапитальных затрат при строительстве нового объекта.

Втехническом плане, как отмечалось выше, безвальцевый технологический процесс переработки имеет два кардинальных преимущества в сравнении с классическим:

— снижение на несколько порядков скорости сдвига и удельных тепловыделений, что существенно уменьшает веро­ ятность загораний;

— повышение однообразия по влажности полуфабриката, поступающего в формующий пресс, что улучшает условия для аутогезии и увеличивает уровень и однообразие физико-меха­ нических и баллистических характеристик.

На рис. 206 в виде гистограмм приведена сравнительная технико-экономическая характеристика трех технологических схем переработки, показывающая значительные преимущества новых разработок по всем наиболее важным показателям.

411

влагомерами, устройством измерения и управления геометри­ ческими размерами и т. д.

Система автоматического управления построена по прин­ ципу достижения максимальной производительности с пара­ метрами оптимизации, которыми являются безопасность про­ цесса и качество продукции.

Система в целом разбита на три основных подсистемы (пуска блока в работу, стабильной работы, окончания работы), включающих гамму частных подсистем. Кроме того, имеется подсистема подготовки блока к работе, которая, собственно,

иоткрывает любой плановый запуск блока в работу. Программа «Подготовка блока к работе»

Для подготовки оборудования к запуску в автоматическом режиме выполняются следующие команды:

—включаются тепловые станции обогрева всех технологи­ ческих аппаратов и задаются температурные режимы;

—на холостом ходу запускается основное и вспомогатель­ ное оборудование, датчики, измерительные и регулирующие устройства и проверяется работоспособность включением электродвигателей и приборов.

После достижения заданных температурных режимов обог­ рева аппаратов при нормальной работоспособности основного

ивспомогательного технологического оборудования на инфор­ мационной табло высвечивается: «Блок к работе готов».

Программа «Пуск блока в работу» Программа начинает реализовываться после команды, вы­

даваемой оператором: «Начало работы». Она включает в себя подпрограммы: «Пуск отжимного пресса», «Пуск вальцев», «Пуск сушилки», «Пуск ПКТ», «Пуск формующего пресса». С целью исключения обслуживающего персонала при запусках аппаратов разработано несколько специальных устройств: бун­ кер-синхронизатор, устройство автоматического пуска в работу формующего пресса, установка ввода ВТО и др.

Бункер-синхронизатор представляет собой бункер-накопи­ тель (50...70 кг) с дозирующим шнековым разгрузителем. Бун­ кер оснащен двумя уровнемерами, устанавливаемыми на про­ тивоположных стенках и весовым устройством. Назначение — синхронизация работы вальцев и отжимного пресса. Принцип

рость изменения уровня в бункере — подаются управляющие сигналы на изменение производительности отжимного пресса,

414

которая корректируется до момента достижения заданного уровня в бункере и величины производной, близкой к нулю.

Устройство автоматического пуска в работу формующего

пресса включает в себя исполнительный механизм металлоотсекателя, бункер с дозирующим шнеком, оснащенный уровне­ мером и температурным датчиком, и пневмотранспорт. Прин­ цип работы: течка металлоотсекателя в начальный момент до достижения заданной температуры полуфабрикатом находится в положении «отбор». В бункере с помощью уровнемера и шнека-дозера (периодически включаемого) поддерживается определенный уровень, необходимый для измерения темпера­ туры. Весь отбираемый полуфабрикат возвращается в сборник текущих ВТО. При достижении заданной температуры течка металлоотсекателя переключается в положение «Загрузка прес­ са». Полуфабрикат из бункера-измерителя полностью выраба­ тывается и транспортируется в сборник текущих ВТО.

Установка ВТО предназначена для возврата с фаз и ввода в процесс текущих возвратно-технологических отходов. Она включает в себя: пневмотранспорт с фаз вальцевания и фор­ мования, бункер-накопитель емкостью около 1 тонны полу­ фабриката со шнеком-разгрузителем, весовое дозирующее уст­ ройство с пневмоили шнековым транспортом (на вальцы). В целях безопасности полуфабрикат в бункере-накопителе на­ ходится под водой.

Принцип работы: полуфабрикат, отбираемый в начале ра­ боты или при внеплановых остановках, собирается в бунке­ ре-накопителе и вводится автоматически на вальцы по специ­ альной программе, учитывающей количество имеющегося ВТО, объем выполняемого заказа и предельно допустимое зна­ чение вводимого ВТО. Устройство ввода представляет собой расходный бункер с дозирующим шнеком, оснащенный уров­ немером, и транспорт (пневматический или шнековый) для подачи полуфабриката на вальцы.

Особенности запуска основных технологических аппаратов Отжимной пресс включается в работу на малых оборотах

винта (до 0,5 мин-1) с циклической подачей суспензии (3—4 раза) для набора «бабки», т. е. заполнения сгущенной топлив­ ной массой прессующей зоны пресса.

При повышении нагрузок и давления, свидетельствующих о заполнении прессующей зоны, производительность пресса повышается ориентировочно (1,5...2, 0 мин-1) до уровня, не­ обходимого для работы одних вальцев.

4 1 5

с после включения дозирующего шнека питателя. Набор «чул­ ка» производится на малых оборотах. После набора (1,5...2 мин) производительность вальцев увеличивается до 70...80% от максимальной.

Производительность отжимного пресса регулируется в ав­ томатическом режиме (см. выше) бункером-синхронизатором по производительности вальцев. Число оборотов дозирующего шнека-питателя устанавливается из расчета небольшой «недо­ питой» вальцев.

В случае переработки штатных составов с хорошо отрабо­ танными процессами сразу же после стабилизации работы первых вальцев включаются вторые. Производительность от­ жимного пресса в момент их пуска в работу увеличивается на ожидаемую величину с расчетом последующей корректировки через бункер-синхронизатор.

Сушилка начинает работать одновременно с вальцами и не требует каких-либо специальных приемов по выходу на рабо­ чий режим.

ПКТ .включается в работу (до набора «чулка») на малых оборотах. После повышения нагрузок на электродвигателе привода число оборотов увеличивается до значения, соответст­ вующего производительности одних вальцев, а при подходе питания с 2-х вальцев (время разрыва между пуском 2-х валь­ цев и повышением нагрузки) еще раз увеличивается из расче­ та фактической производительности.

Шнек-пресс запускается на холостом ходу на оборотах, не­ сколько меньших требуемых для обеспечения фактической производительности, в момент поступления полуфабриката

вбункер-измеритель температуры. После поступления питания

вбункер пресса уровень полуфабриката в нем поддерживается числом оборотов винта, регулируемых по величине и знаку

dG

производной — , определяемой по показаниям (усредненным) dt

двух уровнемеров.

Программа «Стабильная работа блока с оптимальными пара­ метрами»

Сразу же после пуска в работу блока вступает в действие программа стабилизации его работы, которая является наибо­ лее сложной, базирующейся на последних достижениях в об­ ласти технологии.

416

Она состоит из нескольких частных программ:

—синхронизация работы блока и оптимизация параметров;

—качество;

—безопасность.

Программа «Синхронизация работы блока и оптимизация тех­ нологических параметров»

Данная программа предусматривает порядок вывода на ра­ бочий режим оборудования блока и оптимизацию его работы с учетом необходимых качества и безопасности. С учетом по­ следнего в рамках общей программы стабильной работы блока данная подпрограмма непрерывно взаимодействует с подпро­ граммами «Качество» и «Безопасность». Она предусматривает следующий порядок вывода блока на оптимальный режим ра­ боты и его стабилизации:

— после загрузки пресса и анализа параметров безопасно­ сти (нагрузки, давления, энергозатрат) дается команда на включение вторых вальцев. Для часто перерабатываемых штат­ ных составов программа пуска блока в работу может преду­ сматривать пуск в работу вторых вальцев вслед за первыми

снебольшим разрывом;

—на каждой из фаз производства осуществляется «внут­ ренняя» оптимизация процесса с доведением технологических параметров до рекомендуемых (влажность, нагрузки и пр.) без учета пока еще отсутствующих данных по качеству готовых изделий^

—после получения первых изделий и оценки их качества (геометрические параметры, внешний вид, монолитность, плотность) могут быть приняты три возможных варианта про­ должения работы: увеличение производительности, если каче­ ство нормальное; оптимизация режимов предыдущих фаз, если

качество изделий не удовлетворяет требованиям, и работа в режиме выжидания, если корректировка режимов предыду­ щих фаз была проведена ранее, а полуфабрикат, соответствую­ щий скорректированным режимам, еще не вошел в состав данного изделия;

— реализация команды «Увеличение производительности» осуществляется в несколько ступеней с шагом AQ = 50... 100 кг/час, зависящим от габаритов изделия и предполагаемой максимальной производительности. После каждого шага про­ изводится анализ качества изделий и, если требуется, коррек­ тировка технологических режимов в соответствии с подпро­ граммой «Качество». Параллельно производится оценка безо-

4 1 7

пасности процесса переработки на каждом из аппаратов и в случае необходимости корректировка режимов, предусмотрен­ ная подпрограммой «Безопасность»;

— производительность блока последовательно увеличива­ ется до максимальной, ограничиваемой или максимально воз­ можной производительностью какого-либо из аппаратов, или критериями безопасности и качества.

Подпрограмма «Качество»

Включает серию частных подпрограмм, определяющих по­ рядок анализа и обеспечения качества на каждой фазе перера­ ботки: отжиме, вальцевании, сушке, таблетировании и формо­ вании. Определяющими качественными критериями являются параметры готовых изделий. К ним относятся:

—геометрические размеры;

—плотность;

—монолитность (дефекты: нарушение сплошности, посто­ ронние включения);

—внешний вид («серизна», «мраморность», «волнистость», «бугристость» и пр.);

—физико-механические характеристики.

С целью управления качеством разработан целый ряд но­ вых контрольно-измерительных приборов и устройств, матема­ тических моделей процесса и управляющих средств. Среди них наиболее важные следующие:

—устройство контроля и управления геометрическими размерами, включающее фоторегистрационные или тиристор­ ные датчики для замера наружного диаметра, устройство обра­ ботки информации и подачи команд на регулировку размеров;

—механизм регулирования наружного диаметра изделия (регулируемая втулка пресс-инструмента);

—математическая модель качества при формовании изде­

лий;

—математические модели процессов отжима, вальцева­ ния, сушки, прессования;

—прибор для определения физико-механических характе­ ристик методом пенетрации и т. д.

Подпрограмма «Качество» имеет банк исходных данных, включающий математические модели качества, эксперимен­ тальные данные по реологии, аутогезии, физико-механике, термохимической стойкости и пр.:

418

Структура программы построена по принципу соподчинен­ ное™ частных подпрограмм всех предыдущих фаз переработки фазе формования. Собственно, на современном этапе разви­ тия технологии арсенал качественных показателей, которыми оперирует производство на этих фазах (кроме фазы формова­ ния), довольно ограничен: влажность массы, насыпная плот­ ность и температура полуфабриката. Основным управляемым критерием качества на фазах отжима, вальцевания, сушки яв­ ляется влажность.

Разработанные математические модели процессов взаимо­ связывают влажность с технологическими параметрами и по­ зволяют изменять ее в необходимых пределах. Она наравне с параметрами, характеризующими безопасность процесса, яв­ ляется одним из основных оптимизируемых параметров, опре­ деляющих механизм и структуру всей программы автоматиче­ ского управления блоком в режиме стабильной работы.

Поскольку большинство выходных критериев качества из­ делий зависит от влажности топливной массы, поступающей в пресс (физико-механические характеристики, параметры си­ лового поля, внешний вид — «мраморность», «серизна» и пр., монолитность и т. д.), их улучшение осуществляется за счет изменения влажности полуфабриката на той или иной фазе переработки.

Причем, модель качества вследствие отсутствия в произ­ водстве информации по некоторым важным качественным по­ казателям (степень пластификации, плотность и др.) учитыва­ ет их по косвенным данным, в частности, по величине энер­ гозатрат на фазах переработки.

Так, при большой выходной влажности на вальцах степень пластификации уменьшается, так как снижаются параметры «теплосилового» поля. Это приводит к большей пористости полуфабриката, меньшей аутогезионной прочности и сниже­ нию в целом физико-механических характеристик. Низкая влажность на вальцах при высокой плотности массы может привести в случае неоптимальных режимов сушки к появле­ нию «мраморности».

В связи с этим на каждой фазе переработки устанавлива­ ются рекомендуемые границы по влажности полуфабриката для начального этапа работы.

419

В последующем после детального анализа режимов формо­ вания (давление, энергозатраты, качество и пр.) эти границы могут быть расширены как в ту, так и в другую сторону. Структура программы предусматривает следующий порядок корректировки режимов: анализ качества изделий — команда на улучшение качества в аналитический и управляющий центр — анализ влажности и параметров безопасности по фа­ зам и обоснование решения на корректировку параметров на той или иной фазе — команда на корректировку режимов — ис­ полнение команды в соответствии с частными программами — оценка параметров на конкретных фазах — ожидание анализа качества изделий — анализ качества и принятие решения.

Частные программы по качеству базируются на математи­ ческих моделях процессов и экспериментальном банке данных и имеют определенные рычаги управления влажностью.

Так, на фазе отжима параметрами, влияющими на конеч­ ную влажность отжатой массы, являются: исходная концентра­ ция массы, сопротивление фильеры (температура, диаметр от­ верстий), производительность пресса, нагрузка на приводе (длина запрессованной зоны, т. е. время отжима);

— на фазе вальцевания: начальная влажность «крошки», температура обогрева, удельные энергозатраты, производитель­ ность, количество и температура воздуха для обдува «чулка», величина роздвига валков и т. д.;

— на фазе сушки: производительность, температура тепло­ носителя (обогревающей воды), температура и относительная влажность воздуха, исходная влажность, размер и плотность полуфабриката с вальцев и т. д.

Частные программы с учетом параметров безопасности предусматривают определенный порядок введения в действие управляющих рычагов, обеспечивающих достижение конечной цели: безопасного изготовления качественной продукции с максимальной производительностью.

Подпрограмма «Безопасность» Параметры безопасности постоянно контролируются на тех

фазах переработки, где имеет место интенсивный диссипатив­ ный разогрев: отжиме, вальцевании, таблетировании, прессо­ вании.

Основным критерием безопасности является температура массы внутри аппарата и на выходе из него, оцениваемая не­ посредственно температурными датчиками и, косвенно, удель­ ными энергозатратами. Учитывая трудность непосредственного

420