羅同杰，張保良，寧靈生

(1.豫西集團有限公司銷毀中心河南云陽474678;2.豫西集團有限公司軍品分公司，河南云陽474678)

0 引言

在彈藥制造以及廢舊彈藥拆分、銷毀的過程中，經(jīng)常需要對各種類型的裝藥彈體進(jìn)行倒空裝藥處理［1］.隨著彈藥生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，各種類型的戰(zhàn)斗部越來越多地把PBX炸藥、溫壓炸藥、CL-20炸藥和鈍黑鋁高能炸藥等高級炸藥作為主裝藥.對裝有這些類型炸藥的廢棄彈藥和彈藥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的殘次品的裝藥彈體［2］，以及要二次使用的裝有澆鑄推進(jìn)劑的火箭發(fā)動機殼體等，如何倒空其裝藥的問題已經(jīng)非常突出［3-4］.

目前，國內(nèi)許多彈藥生產(chǎn)企業(yè)、廢舊彈藥處理單位的炸藥取出方法一般有三種:①蒸氣或熱水沖洗法;②熔化取出法;③溶劑溶解沖洗法［5］.但對于裝填不含熱熔基的受熱不軟化或不熔融的高能炸藥裝藥彈體，無法采用溶解法和加熱法進(jìn)行彈藥倒空的處理.

在國外，已廣泛采用高壓水射流技術(shù)處理高能炸藥裝藥彈體.俄羅斯、美國還采用渦流水噴射法對各種類型的裝藥彈體進(jìn)行倒空裝藥處理［6］.

鑒于高壓水射流沖洗法清理出的廢炸藥經(jīng)技術(shù)處理后可進(jìn)行回收和再利用，或轉(zhuǎn)為民用炸藥使用［7-11］，而且倒空裝藥的彈體還可以重復(fù)使用(如預(yù)制破片裝藥，其空彈體價值約占裝藥成品彈體的30% ～50%)，可減少企業(yè)的廢品損失，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟效益及連帶效益巨大，所以研究和應(yīng)用高壓水射流倒空裝藥彈體技術(shù)具有現(xiàn)實意義.

1 美國高壓水射流倒藥技術(shù)

如圖1所示，美國的高壓水射流裝置主要由高壓水射流系統(tǒng)、倒藥執(zhí)行機構(gòu)、液壓系統(tǒng)、彈丸裝卸、炸藥回收與水的循環(huán)利用、監(jiān)視與控制等6個部分組成.

圖1 高壓水射流倒空裝藥系統(tǒng)Fig.1 Emptying charge system with high pressure water jet

2 倒藥方法及原理

對于裝填有受熱不軟化或不熔融高能炸藥的裝藥彈體的倒空，是采用由高壓泵產(chǎn)生的高壓水經(jīng)噴嘴形成高速水射流噴射到炸藥表面，在高壓水射流的沖蝕作用下，使藥柱一層一層由外及里產(chǎn)生剝離，并從彈腔中脫落下來.脫落下來的炸藥隨回流水流出彈腔，從而完成倒空作業(yè).

3 高壓水射流倒空裝藥彈體的關(guān)鍵技術(shù)

通過上述高壓水倒空裝藥原理可以看出，裝藥彈體高壓水射流倒空法需要解決以下關(guān)鍵技術(shù)問題.

3.1 確定最佳的工藝參數(shù)

3.1.1 水壓

高壓泵產(chǎn)生高壓水射流，其壓力在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào).高壓水射流的研究和應(yīng)用實踐證明，水射流壓力在不大于350 MPa時，對高爆炸藥的沖擊是安全的［12-13］.上述所提及的那些高能炸藥裝藥的門限破碎壓力一般在30～100 MPa的范圍內(nèi)，即在水壓達(dá)到或大于其門限破碎壓力時，即可將該炸藥從殼體中剝離沖出.并且，壓力愈大，水射流速度愈大，沖蝕能力愈強.但綜合技術(shù)、安全、設(shè)備諸因素，選擇合理的水壓力的大小是非常關(guān)鍵的.

高壓泵系統(tǒng)的工作可靠性及參數(shù)設(shè)計的合理性是整個倒藥裝置的技術(shù)關(guān)鍵，目前多數(shù)使用由變頻器控制的高壓泵.倒藥時，高壓泵以額定流量設(shè)定壓力運轉(zhuǎn)，高壓水流經(jīng)噴射系統(tǒng)噴出全部進(jìn)入彈腔內(nèi)，在非倒藥期間變頻器控制高壓泵低速運轉(zhuǎn)，同時換向閥動作使水流回水箱，高壓泵實現(xiàn)以零壓運轉(zhuǎn)，以便節(jié)約能耗［14］.

3.1.2 噴射系統(tǒng)

由高壓泵產(chǎn)生的高壓水射流需通過噴射系統(tǒng)發(fā)生作用.噴射系統(tǒng)主要有噴頭的孔數(shù)、噴嘴的孔徑、噴頭的進(jìn)給速度等參數(shù)，這些參數(shù)與倒空效率、均勻性、干凈度有密切關(guān)系［15］.

1)由于炸藥屬粘脆性材料，所以倒藥時使用的噴頭噴嘴的布局須考慮以下三個方面:

①噴頭的最前端必須有噴嘴，以保證能在藥柱中心部打開一條通道，避免噴頭與藥柱產(chǎn)生碰撞;

②噴嘴的布置要考慮水射流反力的平衡，避免噴頭工作時產(chǎn)生橫向振動，以保證倒藥過程的安全性;

③除前端的頂孔外，其余孔應(yīng)是成對、對稱地以一定的角度斜向前方，目的是又快而又干凈地倒空彈丸內(nèi)的炸藥.

2)當(dāng)壓力一定時，噴嘴直徑越大，則水射流流量越大，若功率足夠，則沖蝕能力就強;若功率不足，則沖蝕能力下降.孔徑一般為0.6 ～1.8 mm.

3.2 確定倒藥執(zhí)行機構(gòu)

1)為了快速而干凈地倒空彈丸內(nèi)的裝藥，不僅要有強勁的水射流，噴頭與彈丸之間還需有相對的旋轉(zhuǎn)和直線移動(在同一條軸線上)，以保證合理的射距和適度的加壓時間.彈丸與噴頭相互之間的旋轉(zhuǎn)與直線移動有三種組合方式:

①彈丸不動，噴頭既繞其軸線旋轉(zhuǎn)又沿其軸線作直線移動;

②噴頭靜止，彈丸既繞其軸線旋轉(zhuǎn)又沿其軸線作直線運動;

③彈丸繞其軸線旋轉(zhuǎn)，噴頭沿其軸線作直線運動.

三者相比較，第①種方式存在對高壓旋轉(zhuǎn)密封要求太高的問題;第②種方式會使水、藥回收罩的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜;第③種方式則避免了前兩種的缺點，可取.

2)直線進(jìn)給速度小，射流與裝藥作用時間長，水楔作用明顯，沖蝕容易進(jìn)行，但作業(yè)效率低，不能充分利用水射流的能量;直線進(jìn)給速度過大，射流與裝藥作用時間短，沖蝕質(zhì)量下降.因此，水射流倒空裝藥時存在一個最佳的旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給速度配合的問題.

3.3 藥水分離技術(shù)

為保證安全并節(jié)約水資源，需要完成炸藥和水的分離、回收.高能炸藥裝藥均不溶于水，也不與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng).一般采用真空過濾機進(jìn)行水、藥分離，過濾精度10～15 μm，并配以適當(dāng)?shù)某恋沓剡M(jìn)一步凈化水質(zhì)，達(dá)到使水循環(huán)使用的目的［16］.藥水分離系統(tǒng)應(yīng)適合高壓泵的流量以及倒出的炸藥的數(shù)量，其過濾網(wǎng)上的炸藥收集應(yīng)考慮連續(xù)倒空裝藥的需要.

4 試驗校驗

本文根據(jù)上述的關(guān)鍵技術(shù)分析，設(shè)計了試驗裝置，如圖2所示.

圖2 彈體固定系統(tǒng)Fig.2 Fixing system of projectile body

三柱塞高壓水泵，功率180 kW，其最大水壓為100 MPa，流量為4.8 m3/h;使用的噴頭為5孔，孔徑 0.75 mm，噴頭直線前進(jìn)速度為0.1 m/min;彈體旋轉(zhuǎn)速度為65 r/min.

用該裝置對130 mm TNT裝藥彈體(TNT裝藥平均密度為1.50 g/cm3，螺旋裝藥)和122 mm鈍黑鋁裝藥彈體(鈍黑鋁裝藥平均密度為1.70 g/cm3，分步壓裝藥)這兩種裝藥產(chǎn)品進(jìn)行了倒藥對比試驗.

試驗重點探索了在噴頭轉(zhuǎn)速、噴頭步進(jìn)速度、噴頭狀態(tài)、水流量恒定的情況下，壓力因素對倒藥的影響.

4.1 兩種裝藥的倒空情況

4.1.1 TNT裝藥彈體(130口徑)倒藥試驗

TNT裝藥彈體倒藥為3發(fā)產(chǎn)品，其結(jié)果如表1所示.

表1 TNT裝藥彈體倒藥試驗Tab.1 Emptying test of projectile charging with TNT explosive

4.1.2 鈍黑鋁裝藥彈體(122口徑)倒藥試驗

鈍黑鋁裝藥彈體倒藥為2發(fā)產(chǎn)品，其結(jié)果如表2所示.

表2 鈍黑鋁裝藥彈體倒藥試驗Tab.2 Emptying test of projectile charging with aluminum AⅨ－Ⅱ explosive

4.2 試驗結(jié)果討論

1)裝藥平均密度越大，其門限破碎壓力越大，所需水射流的壓力和流量就越高.

2)在噴頭轉(zhuǎn)速、相對步進(jìn)速度、水流量恒定的情況下，系統(tǒng)工作壓力是影響倒藥質(zhì)量和效率的主要因素.工作壓力的大小取決于裝藥藥體的門限破碎壓力，不同裝藥種類有不同的門限破碎壓力.當(dāng)系統(tǒng)壓力低于藥柱極限破碎壓力時，不能完成倒藥作業(yè);當(dāng)系統(tǒng)壓力高于藥柱極限破碎壓力時，方可倒出炸藥.

3)倒出的炸藥大多數(shù)為塊狀.噴射系統(tǒng)的噴頭、噴頭的孔數(shù)、噴嘴、噴嘴的孔徑、噴頭的進(jìn)給速度等參數(shù)的合理選擇，以及與彈體旋轉(zhuǎn)速度的合理配合，直接決定倒出的炸藥的塊形大小，也影響倒藥效率和效果，還對后續(xù)藥水分離技術(shù)起到一定制約作用.

4)倒空裝藥時產(chǎn)生的大量密集的泡沫難以處理.

5)由于系統(tǒng)工作時經(jīng)常處于高壓狀態(tài)，因此需經(jīng)常調(diào)整和更換噴嘴，頻繁地更換密封件以及泵的襯件，故高壓水射流倒空裝藥的前期投入和后期維護(hù)維修成本較大.

5 結(jié)束語

由于高壓水射流倒藥技術(shù)在我國尚屬起步階段，有關(guān)關(guān)鍵技術(shù)還處于研究階段，因此有很多問題還尚待進(jìn)一步研究.例如:

1)高壓水射流倒藥技術(shù)所包含的各子系統(tǒng)的優(yōu)化，以及各子系統(tǒng)的安全、高效集成等.

2)針對各類型彈體的不同裝藥類型，應(yīng)選用的系統(tǒng)諸參數(shù)尚需進(jìn)行大量的理論推演、計算和試驗，以探得最佳組合，形成可實際應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，以推動裝藥彈體高壓水射流倒空技術(shù)方法在國內(nèi)的廣泛使用.

［1］夏福君，宋桂飛，肖東勝，等.報廢彈藥綠色無害化處理技術(shù)發(fā)展思路探討［J］.兵工自動化，2011，30(5):94-96.Xia Fujun，Song Guifei，Xiao Dongsheng，et al.Research on development thoughts of green harmless disposal technology for condemned ammunition［J］.Ordnance Industry Automation，2011，30(5):94-96.(in Chinese)

［2］高玉龍，易建政，王海丹.彈體技術(shù)壽命評價研究［J］.裝備環(huán)境工程，2011，8(1):73-75.Gao Yulong，Yi Jianzheng，Wang Haidan.Analysis of ammunition technical life evaluation［J］.Equipment Envisonmental Engineering，2011，8(1):73-75.(in Chinese)

［3］儀建華，趙鳳起，李上文，等.美俄廢棄火箭發(fā)動機裝藥綠色銷毀與回收技術(shù)研究進(jìn)展［J］.化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2006，4(6):25-28.Yi Jianhua，Zhao Fengqi，Li Shangwen，et al.Research progress of green destruction and reclamation technology of obsolete rocket motor charge in America and Russia［J］.Chemical Propellants＆ Polymeric Materials，2006，4(6):25-28.(in Chinese)

［4］韓啟龍，王煊軍，蔣大勇.報廢固體推進(jìn)劑處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］.化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2008，6(6):13-17.Han Qilong，Wang Xuanjun，Jiang Dayong.Research progress in treatment technology of obsolete solid propellant［J］.Chemical Propellants ＆ Polymeric Materials，2008，6(6):13-17.(in Chinese)

［5］王澤山.廢棄含能材料的處理與再利用［J］.化工時刊，1996，10(6):3-5.Wang Zeshan.The reclamation of waste energetic materials［J］.Chemical Industry Times，1996，10(6):3-5.(in Chinese)

［6］陳大清，羅瑞平.廢彈藥的回收［J］.現(xiàn)代兵器，1989(9):42-45.Chen Daqing，Luo Ruiping.Recycling of waste ammunition［J］.Modern Weaponry，1989(9):42-45.(in Chinese)

［7］王昕.綠色火炸藥及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用［J］.火炸藥學(xué)報，2006，29(5):67-71.Wang Xin.Development and application of green propellants and explosives and related technologies［J］.Chinese Journal of Explosives＆ Propellants，2006，29(5):67-71.(in Chinese)

［8］顧建良.廢棄含能材料的資源化利用［J］.江蘇大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2004，25(2):27-31.Gu Jianliang.Recycle of obsolete energetic materials as resources［J］.Journal of Jiangsu University(National Science Edition)，2004，25(2):27-31.(in Chinese)

［9］顧建良，王澤山.廢棄含能材料的再利用研究［J］.爆破器材，2004，33(4):4-7.Gu Jianliang，Wang Zeshan.Study on recycle and reuse of obsolete energetic materials［J］.Explosive Materials，2004，33(4):4-7.(in Chinese)

［10］李嫻，霍冀川，王忠祥，等.廢棄含能材料處理技術(shù)的現(xiàn)狀［J］.化工時刊，2008，22(1):47-51.Li Xian，Huo Jichuan，Wang Zhongxiang，et al.The progress on obsolete energetic materials disposal［J］.Chemical Industry Times，2008，22(1):47-51.(in Chinese)

［11］夏福君，宋桂飛，肖東勝，等.報廢彈藥綠色無害化處理技術(shù)發(fā)展思路探討［J］.兵工自動化，2011，30(5):94-96.Xia Fujun，Song Guifei，Xiao Dongsheng，et al.Research on development thoughts of green harmless disposal technology for condemned ammunition［J］.Ordnance Industry Automation，2011，30(5):94-96.(in Chinese)

［12］李金明，雷彬，丁玉奎.通用彈藥銷毀處理技術(shù)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2012.

［13］曹宏安，張懷智，郭勝強，等.報廢彈藥處理本質(zhì)安全化研究［J］.四川兵工學(xué)報，2011，32(4):44-46.Cao Hongan，Zhang Huaizhi，Guo Shengqiang，et al.Study on essential safety in disposal of abandoned ammunition［J］.Journal of Sichuan Ordnance，2011，32(4):44-46.(in Chinese)

［14］成鵬飛，劉壽華，張正學(xué)，等.高壓水噴砂除鱗技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2006(10):25-28.Cheng Pengfei，Liu Shouhua，Zhang Zhengxue，et al.Research and application of high-pressure water jet-sand blasting descaling technology［J］.Mining Research and Development，2006(10):25-28.(in Chinese)

［15］王磊，王旭永.高壓水射流去毛刺技術(shù)的特征及應(yīng)用［J］.機械制造，2001，39(7):35-37.Wang Lei，Wang Xuyong.Features and applications of high-pressure water jet deburring［J］. Machinery，2001，39(7):35-37.(in Chinese)

［16］李羽中，李文倩.炮彈倒藥生產(chǎn)線中水循環(huán)系統(tǒng)問題探討［J］.采礦技術(shù)，2008，8(4):103-104.Li Chong，Li Wenqian.Discussion on shell powder production line for water circulation system［J］.Mining Technology，2008，8(4):103-104.(in Chinese)