活塞泵在包裝型乳化炸藥生產(chǎn)上的應(yīng)用分析①

彭 寧， 顏柏樺

（1.湖南金能科技股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410013； 2.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙410000）

乳化炸藥為一種乳狀液體系，是在外界能量下由一種分散相均勻分散在另一種連續(xù)液體相而形成的熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)［1-2］。 乳化炸藥的穩(wěn)定性系指在儲(chǔ)存和輸送過(guò)程中不分層、不破乳、物理狀態(tài)和爆轟性能不發(fā)生變化。 乳化炸藥的不穩(wěn)定性系指它本身在熱力學(xué)意義上是一個(gè)不穩(wěn)定體系，在外界攪拌式或擠壓式輸送中有效氣泡丟失，影響炸藥爆炸性能。 因此，它的穩(wěn)定性與不穩(wěn)定性決定著乳化炸藥的生產(chǎn)規(guī)模、應(yīng)用條件和范圍。 乳化炸藥產(chǎn)品在生產(chǎn)裝藥、包裝、成品運(yùn)輸中熱聚、火焰、針刺、撞擊、摩擦、振動(dòng)、靜電等一定外界能量作用下，均具有一定感度特性，有可能發(fā)生意外燃爆事故，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。 乳化炸藥在輸送中因設(shè)備不安定性，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)某些廠裝藥機(jī)、裝藥車(chē)的爆炸。 因此，選擇一種安全穩(wěn)定的輸送設(shè)備對(duì)民爆物品生產(chǎn)安全有著極其重要的意義。

隨著國(guó)內(nèi)乳化炸藥生產(chǎn)線不斷進(jìn)行技術(shù)改革和創(chuàng)新，炸藥生產(chǎn)越來(lái)越朝著節(jié)約、環(huán)保、安全、高效的方向發(fā)展。 本文將湖南金能科技股份有限公司自主研發(fā)的DKJ 型裝藥機(jī)和萍鄉(xiāng)金源恒業(yè)火工科技有限公司研發(fā)的RPP-12 型旋轉(zhuǎn)活塞泵應(yīng)用在乳化炸藥生產(chǎn)線上，探討了活塞泵在乳化炸藥裝藥、輸送過(guò)程中的優(yōu)越性。

1 活塞泵特點(diǎn)與機(jī)理

1.1 活塞泵、轉(zhuǎn)子泵和葉片泵的主要特點(diǎn)對(duì)比

活塞泵、轉(zhuǎn)子泵和葉片泵的共同點(diǎn)為：它們都是通過(guò)容積改變來(lái)對(duì)液體產(chǎn)生壓力的；其區(qū)別為：容積和位置不同［3］。 活塞泵、轉(zhuǎn)子泵和葉片泵的主要特點(diǎn)對(duì)比如表1 所示。

表1 活塞泵、轉(zhuǎn)子泵和葉片泵的特點(diǎn)對(duì)比

1.2 活塞泵在乳化炸藥裝藥機(jī)上的工作機(jī)理

1.2.1 活塞泵結(jié)構(gòu)、元件作用

活塞泵的核心部分（如圖1 所示）由缸體、活塞、導(dǎo)向軸、凸輪、轉(zhuǎn)子、定子、主軸、底座、蓋板組成。 活塞安裝在缸體里面，能使膠體自吸自排；凸輪和導(dǎo)向軸能控制活塞做上下運(yùn)動(dòng)；轉(zhuǎn)子和缸體安裝在主軸上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；定子、蓋板起密封作用，并且與藥體接觸的部分都有易損板，當(dāng)出現(xiàn)磨損時(shí)不需要換整個(gè)泵體，只要更換易損板即可［4］。

圖1 活塞泵核心部分結(jié)構(gòu)

1.2.2 活塞泵在乳化炸藥裝藥機(jī)上的工作機(jī)理

活塞泵是液壓系統(tǒng)的一個(gè)重要裝置。 它依靠活塞在缸體中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使密封工作腔的容積發(fā)生變化來(lái)實(shí)現(xiàn)裝藥［5］。

活塞泵應(yīng)用在乳化炸藥生產(chǎn)線上的工作流程：乳化炸藥膠體在其負(fù)壓作用力下，同步灌入活塞缸體中。當(dāng)某個(gè)升降軸下端導(dǎo)軌軸承由凸輪導(dǎo)軌低端區(qū)段進(jìn)入凸輪導(dǎo)軌的上升區(qū)段時(shí)，其導(dǎo)軌軸承、升降軸、活塞桿在凸輪導(dǎo)軌的作用力下，使活塞在缸體內(nèi)從低端向上推到高端，此時(shí)段缸體活塞剛好處于同圓設(shè)置的出料口處，從而使缸體內(nèi)乳化炸藥膠體同步擠出。 環(huán)形均布的若干個(gè)活塞缸、活塞、活塞桿、升降軸、導(dǎo)軌軸承，均布在同圓凸輪導(dǎo)軌的高端區(qū)段、下降區(qū)段、低端區(qū)段、上升區(qū)段，在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，活塞就會(huì)在活塞缸體內(nèi)隨凸輪導(dǎo)軌在各個(gè)區(qū)段上產(chǎn)生環(huán)形平移及軸向位置變化，乳化炸藥膠體就會(huì)從進(jìn)料口處連續(xù)不間斷地輸送到出料口處及管道中，從而灌裝到成形塑筒中。

2 活塞泵應(yīng)用在乳化炸藥裝藥機(jī)上的安全性驗(yàn)證

2.1 安全性特點(diǎn)

乳化炸藥輸送泵的最大危險(xiǎn)來(lái)自泵腔內(nèi)危險(xiǎn)物料被運(yùn)動(dòng)部件碾磨、擠壓、撞擊發(fā)生熱積累、熱分解，以及外來(lái)硬質(zhì)異物或敏感物體在機(jī)械作用下瞬間引爆炸藥。 活塞泵從設(shè)計(jì)上采取了如下技術(shù)措施，可有效降低和控制上述事件的發(fā)生概率：

1） 金屬活塞體與金屬缸體之間留有一定間隙，活塞體上鑲嵌了非金屬密封件，可防止金屬缸體與活塞體間的摩擦。

2） 活塞上端面與金屬泵體蓋板之間留有一定間隙，可防止活塞上端面與泵體蓋板之間的摩擦。

3） 主軸帶動(dòng)的轉(zhuǎn)子與外定子之間留有一定間隙，轉(zhuǎn)子的圓柱外側(cè)面上設(shè)有螺旋密封，外定子內(nèi)腔設(shè)有自潤(rùn)滑系統(tǒng)，能有效防止泄漏和減少摩擦。

4） 凸輪導(dǎo)軌上升高度限制了活塞上升行程，確保不與泵體蓋板產(chǎn)生撞擊和摩擦。

5） 物料進(jìn)入缸體后，在轉(zhuǎn)子的帶動(dòng)下僅產(chǎn)生圓周位移，不會(huì)產(chǎn)生碾磨、攪拌、剪切等作用力。

6） 泵體蓋板上的物料入口和活塞缸腔體空間較大，對(duì)尺寸小于30 mm 的硬質(zhì)異物、結(jié)晶硝酸銨等具有較大的容錯(cuò)能力。

2.2 安全保護(hù)控制裝置驗(yàn)證

安全連鎖保護(hù)裝置包括壓力、電機(jī)、物料溫度等保護(hù)措施，出現(xiàn)如表2 所示的安全保護(hù)設(shè)置時(shí)，達(dá)到其設(shè)定上限值時(shí)會(huì)報(bào)警及自動(dòng)停機(jī)，安全保護(hù)設(shè)置及有效性驗(yàn)證如圖2 所示，安全性驗(yàn)證見(jiàn)表3。

表2 安全保護(hù)設(shè)置及有效性驗(yàn)證

圖2 活塞泵安全操作面板

2.3 活塞泵優(yōu)越性

活塞泵應(yīng)用在乳化炸藥生產(chǎn)線上優(yōu)越性主要體現(xiàn)在以下3 點(diǎn)：

1） 活塞泵安全系數(shù)高。 由于從機(jī)械角度限制金屬與金屬直接接觸，并且活塞采用橡膠材質(zhì)，另外轉(zhuǎn)速低（最高只有45 r／min），并且多處有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制，帶水冷輔助冷卻，大大提高了本質(zhì)安全性。 物料無(wú)死角、無(wú)金屬件之間的相互摩擦、腔體內(nèi)結(jié)存物料少，易于清掃，采用定子氣缸托起人性化設(shè)計(jì)。

2） 活塞泵與乳化炸藥生產(chǎn)匹配性強(qiáng)。 該裝藥機(jī)活塞泵處于滿負(fù)荷用電量低，耗氣量少。 活塞泵產(chǎn)能為0 ～4 500 kg／h，而生產(chǎn)小藥卷的轉(zhuǎn)盤(pán)最大產(chǎn)能為4 000 kg，所以能夠滿足生產(chǎn)需要，并且能與生產(chǎn)線匹配。

3） 活塞泵對(duì)乳化炸藥體系的穩(wěn)定性不產(chǎn)生破壞，能夠廣泛應(yīng)用于物理敏化、化學(xué)敏化多樣品種商品的生產(chǎn)。 通過(guò)機(jī)械構(gòu)件控制形成炸藥連續(xù)吸入、排出，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)高效、安全、輸送計(jì)量含水炸藥的目的。 活塞結(jié)構(gòu)對(duì)乳化炸藥膠體不產(chǎn)生剪切、碾壓、攪拌等破壞作用力，只產(chǎn)生軸向吸力和推力，活塞結(jié)構(gòu)輸出壓力大，很好地解決了現(xiàn)有物理敏化膠體大流量輸送難題。

2.4 可靠性、產(chǎn)能匹配性驗(yàn)證

湖南金能科技研發(fā)該裝藥機(jī)設(shè)備可穩(wěn)定運(yùn)行300支／min，最大350 支／min，最高轉(zhuǎn)速不超過(guò)60 r／min，物料輸送壓力不大于0.6 MPa；旋轉(zhuǎn)卡扣機(jī)端面封口并分切，以Φ32 mm×200 g 計(jì)算，最高可達(dá)350 支／min，產(chǎn)能為4.2 t／h 左右，以Φ70 mm × 2 000 g 計(jì)算最高可達(dá)60 支／min，產(chǎn)能可達(dá)7.2 t／h。

表3 安全性驗(yàn)證表

生產(chǎn)性匹配性適應(yīng)生產(chǎn)規(guī)格：直徑25 ～130 mm；生產(chǎn)長(zhǎng)度185～580 mm；前后工序聯(lián)動(dòng)，在總控室可以監(jiān)控和操作，并在上位機(jī)系統(tǒng)中保存記錄裝藥機(jī)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。 DKJ 型裝藥機(jī)設(shè)計(jì)灌裝產(chǎn)能，灌裝Φ32 mm 小藥卷時(shí)，速度為60～350 支／min（以Φ32 mm ×200 mm ×200 g計(jì)算），最大產(chǎn)能為4.2 t／h 左右；灌裝Φ70 mm 藥卷時(shí)，速度為5～60 支／min（以Φ70 mm × 2 000 g 計(jì)算），最大產(chǎn)能可達(dá)7.2 t／h，與生產(chǎn)線產(chǎn)能相匹配。

3 結(jié) 論

活塞泵應(yīng)用在乳化炸藥生產(chǎn)線上，安全系數(shù)高，與乳化炸藥生產(chǎn)匹配性強(qiáng)，不破壞乳化炸藥體系的穩(wěn)定性，能夠廣泛應(yīng)用于物理敏化、化學(xué)敏化多種商品乳化炸藥的生產(chǎn)。