Оптимальное проектирование электротермической установки для утилизации взрывателей

• Автор: Довбыш, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 141 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Проблема оптимизации процессов непрерывного индукционного нагрева в конверсионных технологиях
1.1 Установка непрерывного индукционного нагрева
для утилизации взрывателей как объект исследования
1.2 Обзор методов идентификации и оптимизации параметров
и режимов работы индукционных нагревателей
1.3 Содержательная постановка задачи оптимизации
2 Идентификация процесса непрерывного нагрева взрывателей
2.1. Постановка задачи и выбор метода решения.
2.2. Расчет электромагнитных источников тепла
2.3 Расчет температурных полей в изделии
2.4 Аналитическая модель температурного поля объекта
2.5 Нагрев изделий в зоне термостатирования
3 Оптимизация параметров системы "индуктор-источник питания"
3.1 Выбор оптимальной частоты источника питания
3.2 Проектирование виброустойчивой индукционной системы
3.2.1 Расчет параметров упругой деформации индукционной системы
3.2.2 Исследование собственных частот колебаний индуктора
4 Оптимизация нестационарных режимов работы индукционного нагревателя при смене номенклатуры изделий
4.1 Постановка задачи и метод исследования ,
4.2 Оптимальный алгоритм управления процессом непрерывного индукционного нагрева при смене номенклатуры изделий
4.3 Оптимальный алгоритм управления с учетом ограничения на температуру изделия
4.4 Реализация оптимальных алгоритмов и систем управления
Выводы
Библиографический список
Приложения.
Введение
Диссертация посвящена разработке оптимальной конструкции и режимов работы индукционных нагревателей непрерывного действия для специализированных установок утилизации артиллерийских взрывателей.
Важным приоритетом перестройки промышленности России в последние годы является конверсия военного производства. Конверсия преследует ряд целей:
- при сохранении наиболее важных стратегических производств перепрофилировать другие таким образом, чтобы через использование их потенциала повысить технологический уровень гражданских отраслей;
- адаптировать сугубо специализированное и монопольное производство оборонных отраслей к рынку гражданской продукции;
- утилизировать накопленные за многие годы обычные виды боеприпасов, попавших в класс сокращаемых вооружений или боеприпасов с истекшим сроком хранения.
Особенно остро проблема утилизации встала в связи с принятыми международными соглашениями о сокращении обычных вооружений. Начиная с 1991 года- года распада Варшавского договора, СССР, Россия встала перед проблемой утилизации десятков тысяч вагонов боеприпасов. Технологии утилизации боеприпасов не было. После принятия «Федеральной программы промышленной утилизации вооружений и военной техники на период до 2000 г», в том числе и программы утилизации обычных вооружений, появились первые предложения по технологии утилизации боеприпасов, в том числе взрывателей различного типа. Так как взрывные устройства содержат до нескольких десятков различных элементов и узлов, собранных с помощью герметизирующих и уплотняющих полимеризующихся мастик, разборка их с извлечением взрывчатых веществ опасна и нецелесообразна. Применяемые ранее способы ликвидации взрывателей как изделий повышенной опасности, такие, как захоронение и потопление в открытом море, с экологической точки зрения в настоящее время неприемлемы, так как разрушение корпусов взрывателей приводит к загрязне-

нию окружающей среды токсичными веществами. Единственно возможный способ вторичного использования металла корпусов взрывателей состоит в предварительном уничтожении огневой цепи взрывателя на специальном оборудовании с обязательной системой поглощения вредных твердых и газообразных выбросов. В настоящее время на предприятиях оборонной промышленности в зависимости от типа и конструктивных особенностей взрывателей избирательно используют тепловой, механический или взрывной методы уничтожения огневой цепи, а так же метод уничтожения прострелом из стрелкового оружия. Тепловой метод предполагает применение для нагрева корпуса взрывателя внешних источников тепла, таких, как электрические печи сопротивления, воздействие электрической дугой, электроконтактный нагрев за счет подвода энергии непосредственно к корпусу взрывателя кондуктивным способом и др. Механические методы уничтожения огневой цепи предполагают использование механизмов и устройств, наносящих по взрывателю интенсивные удары большой мощности, приводящие к деформации корпуса и инициированию взрывчатых материалов. При уничтожении стрельбой из стрелкового оружия бронебойно-зажигательные пули, пробивая корпус взрывателя, вызывают инициирование взрывчатых материалов. Эффективность всех перечисленных выше методов чрезвычайно низка, так как при значительном расходе энергии они не обеспечивают требуемой производительности. Групповой нагрев в бронекамерах с печами сопротивления, кроме низкой производительности в силу большой инерционности процесса передачи тепла, не гарантирует к тому же полного уничтожения всех взрывателей.
Общеизвестно, что технология утилизации является затратной, поскольку расходы на создание специальных установок для уничтожения огневой цепи с последующей утилизацией корпусов изделий и эксплуатацию превышают стоимость полученного металла, причем, большая часть затрат приходится на энергетическую составляющую. В связи с этим наряду с требованиями к безопасности и надежности технологической линии по утилизации взрывателей стоит вопрос создания установок с минимальными капитальными и эксплуата-

У/'г|о}= р (2.4)
с. (т, Ь, (/; )~ = Мк (г, кгайГ,) - с, (Г, )у, (г, У,ХгаЛ] - Лу[1я] (2.5)
)-£- = Л4'(ХгС/,)йгш//;)-сг(Т^г{ТгУг8^Т2 (2.6)
Здесь {Я/, {В}, {Я} - векторы напряженности магнитного поля, магнитной и электрической индукции, {У^} - вектор плотности приложенного тока, {у,}-вектор плотности индуцированного тока, р- плотность электрических зарядов, (-время, с,, сг, у,, у2 - удельные значения теплоемкости и плотности материалов цилиндров, V, и V, - векторы скоростей перемещения внешнего тепловыделяющего цилиндра и обрабатываемого материала соответственно, Т1, Тг - температурные поля внешнего и внутреннего цилиндров. Объемная плотность внутренних источников тепла, индуцируемых в тепловыделяющем цилиндре, определяется дивергенцией вектора Пойтинга П = -{Иу[.£Я] [12]. Так как внутренний цилиндр представляет собой диэлектрическую навеску взрывчатого вещества, источники тепла в нем отсутствуют.
Решение системы (2.1 )..(2.6) относительно температурных полей Г, и Г2, описывающих тепловое состояние объекта, в общем случае возможно только численными методами для каждой конкретной технологической ситуации.
Алгоритм расчета электротепловых процессов в модели при известном начальном распределении температур заключается в следующем:
1. Исходя из температурного поля загрузки находится удельное сопротивление и магнитная проницаемость каждого элемента дискретизации области загрузки.
2. Проводится расчет параметров электромагнитного поля.
3. В интерполяционном блоке происходит формирование массива внутренних источников теплоты для решения тепловой задачи из массива, найденного после решения электрической задачи. Если