一种复合推进剂混合扭矩的风险判定方法与流程

本发明属于复合推进剂领域，更具体地，涉及一种复合推进剂混合扭矩的风险判定方法。

背景技术：

复合推进剂的主要组分是高聚物黏合剂、无机氧化剂和燃烧剂，另外还有高能添加剂、增塑剂、固化剂、固化催化剂、防老剂、燃烧催化剂以及工艺附加物等。制备复合推进剂的过程为以高聚物黏合剂为弹性基体，掺加大量氧化剂和金属燃料粉末，并经机械混合将黏流体挤压在多相混合物表面。其中机械混合是易燃易爆粉末受机械力涂胶钝化降感的过程，是火爆药生产中不可缺少的非常危险的工序。

立式混合机是完成复合推进剂混合工艺的关键设备，其混合安全性(即药浆爆炸与否)与推进剂的感度、药浆容量、固体含量、药浆状态、混合转速、药浆黏度和混合机结构参数等因素相关，而混合扭矩值表征着药浆受到外力作用的大小，是安全性的重要量化指标。有关混合复合推进剂的安全性研究方面的文献报导较少，目前还没有针对混合安全性尤其是扭矩安全值形成完善的风险判定方法。然而，随着复合推进剂不断向高能、高燃速发展，其各种感度不断增加，危险程度也随之提高，对混合的安全性、稳定性和混合质量要求相应增加。近几年国内混合机爆炸事故几乎是一年一次，给推进剂制造方面带来了极大的损失。

如何结合以往事故记录、混合结构参数、工艺参数及药浆配方特性，建立复合推进剂混合扭矩的风险判定方法，以防止爆炸事件的发生，具有重大而深远的意义。

技术实现要素：

针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种复合推进剂混合扭矩的风险判定方法，其中采用摩擦感度数作为评判指标，通过计算获得混合扭矩预警值和混合扭矩安全值，以此对复合推进剂混合扭矩的风险进行判定，因而尤其适用于复合推进剂制备之类的应用场合。

为实现上述目的，本发明提出了一种复合推进剂混合扭矩的风险判定方法，该方法包括如下步骤：

s1根据混合事故的扭矩历史数据，确定配方a的扭矩爆炸值、扭矩预警值和扭矩安全值，以此获得配方a的扭矩预警系数和扭矩安全系数；

s2根据药桨受力增量和药桨速度增量计算配方a混合爆炸的摩擦感度数、配方a爆炸临界点的摩擦感度数和配方b爆炸临界点的摩擦感度数；

s3利用所述步骤s1获得的配方a的扭矩预警系数、扭矩安全系数以及所述步骤s2获得的配方a混合爆炸的摩擦感度数、配方a爆炸临界点的摩擦感度数和配方b爆炸临界点的摩擦感度数计算扭矩预警值修正系数和扭矩安全值修正系数；

s4根据所述步骤s3获得的扭矩预警值修正系数和扭矩安全值修正系数确定混合扭矩预警值和混合扭矩安全值，判断实际混合扭矩是否小于混合扭矩安全值，若是，则混合过程安全，若否，则混合过程不安全，并设定当所述实际混合扭矩大于所述混合扭矩预警值时停机。

作为进一步优选地，所述步骤s1中，利用下式计算配方a扭矩预警系数，

式中k1为配方a的扭矩预警系数，ta-混合爆炸为配方a的扭矩爆炸值，ta-预警为配方a的扭矩预警值；

利用下式计算配方a扭矩安全系数，

式中k2为配方a的扭矩安全系数，ta-安全为配方a的扭矩安全值。

作为进一步优选地，所述步骤s2中，计算配方a混合爆炸的摩擦感度数包括如下子步骤：

s21利用下式计算配方a混合爆炸前药浆的受力增量δp浆-混合爆炸，

式中，d桨叶为桨叶直径，s面积为桨叶的有效受力面积；

s22利用下式计算药浆速度增量δv合，

δv合＝(πn公d公+πn自d桨叶)

式中，n公为桨叶公转转速，d公为桨叶公转直径，n自为桨叶自转转速；

s23利用所述步骤s21获得的δp浆-混合爆炸和所述步骤s22获得的δv合，根据下式计算配方a混合爆炸的摩擦感度数ea-混合爆炸，

作为进一步优选地，所述步骤s2中，计算配方a爆炸临界点的摩擦感度数包括如下子步骤：

s24测试配方a在爆炸临界点即爆炸概率为17％时药浆的受力增量δpa-临界和药浆的速度增量δva-临界；

s25根据下式计算配方a爆炸临界点的摩擦感度数ea-临界，

作为进一步优选地，所述步骤s2中，计算配方b爆炸临界点的摩擦感度数包括如下子步骤：

s26测试配方b在爆炸临界点即爆炸概率为17％时药浆的受力增量δpb-临界和药浆的速度增量δvb-临界；

s27根据下式计算配方b爆炸临界点的摩擦感度数eb-临界，

作为进一步优选地，所述步骤s3包括如下子步骤：

s31根据下式计算配方a的摩擦感度数修正系数k3，

s32判断配方b混合爆炸的摩擦感度数eb-临界是否小于等于配方a爆炸临界点的摩擦感度数ea-临界，若是，则转入步骤s33，若否，则转入步骤s34；

s33设定扭矩预警值修正系数k预警＝k1k3，同时设定扭矩安全值修正系数k安全＝k2k3；

s34设定扭矩预警值修正系数k预警＝nk1k3，同时设定扭矩安全值修正系数k安全＝nk2k3，n＞1。

作为进一步优选地，所述步骤s34中n的取值优选为1.5～2。

作为进一步优选地，所述步骤s4包括如下子步骤：

s41利用所述步骤s2获得的eb-临界，根据下式计算配方b的扭矩临界值tb-临界，

s42利用所述tb-临界、k预警和k安全，分别根据下式、计算混合扭矩预警值t混合预警和混合扭矩安全值t混合安全，

s43判断实际混合扭矩t实际混合扭矩是否小于混合扭矩安全值t混合安全，若是，则混合过程安全，若否，则混合过程不安全，并设定当所述实际混合扭矩t实际混合扭矩大于所述混合扭矩预警值t混合预警时停机。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明采用摩擦感度数作为安全性评判指标，针对表征混合安全性的扭矩制定了完整的风险判定方法，从而为确定混合扭矩预警值和混合扭矩安全值提供了指导，并且能够适用于所有立式混合机的各种工况，如不同结构参数、工艺参数及配方特性，进而有效消除混合过程中的安全隐患，防止爆炸事故的发生，并且经过多套立式混合系统多种配方的工程验证，具有较高的可靠性；

2.尤其是，本发明通过对比配方a和配方b的临界摩擦感度数确定配方b是否比配方a更危险，从而确定扭矩预警修正系数和扭矩安全值修正系数，进而能够对混合扭矩预警值和混合扭矩安全值进行准确优化，使得风险判定更加准确可靠。

附图说明

图1是本发明优选实施例提供的复合推进剂混合扭矩的风险评定方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供了一种复合推进剂混合扭矩的风险判定方法，该方法包括如下步骤：

s1根据混合事故的扭矩历史数据，确定配方a的扭矩爆炸值ta-混合爆炸、扭矩预警值ta-预警和扭矩安全值ta-安全，分别利用式(1)和式(2)计算配方a扭矩预警系数k1和配方a扭矩安全系数k2，

s2利用式(3)计算配方a混合爆炸的摩擦感度数ea-混合爆炸、配方a爆炸临界点的摩擦感度数ea-临界和配方b爆炸临界点的摩擦感度数eb-临界，

式中e摩感为摩擦感度数，δp桨为药浆受力增量(取浆叶对药浆的平均压强)，δv合为药浆速度增量(取桨叶尖端最大线速度)，该公式能够综合考虑混合设备的结构参数、工艺参数和药浆配方特性的影响；

s3利用步骤s1获得的配方a的扭矩预警系数k1、扭矩安全系数k2和步骤s2获得的配方a混合爆炸的摩擦感度数ea-混合爆炸、配方a爆炸临界点的摩擦感度数ea-临界和配方b爆炸临界点的摩擦感度数eb-临界计算扭矩预警值修正系数k预警和扭矩安全值修正系数k安全；

s4利用步骤s3获得的扭矩预警值修正系数k预警和扭矩安全值修正系数k安全确定混合扭矩预警值t混合预警和混合扭矩安全值t混合安全，判断实际混合扭矩t实际混合扭矩是否小于混合扭矩安全值t混合安全，若是，则混合过程安全，若否，则混合过程不安全，并设定当实际混合扭矩t实际混合扭矩大于混合扭矩预警值t混合预警时停机。

进一步，步骤s2包括如下子步骤：

s21根据式(4)计算配方a混合爆炸前药浆的受力增量δp浆-混合爆炸，

式中，d桨叶为桨叶直径，s面积为桨叶的有效受力面积，s面积可以采用式(5)进行计算，也可以通过三维模型进行模拟测量获得，

式中，h为物料高度函数，其表达式如式(6)所示，δ为锅底间隙高度，f(x)为桨叶高度函数，g(y)为桨叶宽展开线函数，

式中，w药为混合药浆重量，ρ为药浆密度(ρ＝100/∑(mi/di)，mi为配方组分质量百分数，di为配方中组分密度值)，v有效桨叶为桨叶浸入药浆的总体积，r桨为桨叶半径(r桨＝d桨/2)；

s22根据式(7)计算药浆速度增量δv合，

δv合＝(πn公d公+πn自d桨叶)(7)

式中n公为桨叶公转转速，d公为桨叶公转直径，n自为桨叶自转转速；

s23利用步骤s21获得的δp浆-混合爆炸和步骤s22获得的δv合，根据式(8)计算配方a混合爆炸的摩擦感度数ea-混合爆炸，

s24通过摩擦感度仪，测试配方a在爆炸临界点即爆炸概率为17％时药浆的受力增量δpa-临界和药浆的速度增量δva-临界；

s25根据式(9)计算配方a爆炸临界点的摩擦感度数ea-临界，

s26通过摩擦感度仪，测试其他配方，如配方b在爆炸临界点即爆炸概率为17％时药浆的受力增量δpb-临界和药浆的速度增量δvb-临界；

s27根据公式计算配方b爆炸临界点的摩擦感度数eb-临界。

进一步，步骤s3包括如下子步骤：

s31根据公式计算配方a的摩擦感度数修正系数k3；

s32判断配方b是否比配方a更敏感(危险)，即是否满足eb-临界≤ea-临界，若是，则配方b比配方a安全，转入步骤s33，若否，则配方b比配方a危险，转入步骤s34；

s33设定扭矩预警值修正系数k预警＝k1k3，同时设定扭矩安全值修正系数k安全＝k2k3；

s34设定扭矩预警值修正系数k预警＝nk1k3，同时设定扭矩安全值修正系数k安全＝nk2k3，n＞1，并进一步优选为1.5～2。

进一步，步骤s4包括如下子步骤：

s41利用步骤s2获得的eb-临界，根据公式计算配方b的扭矩临界值tb-临界，该计算公式适用于所有的立式混合机；

s42利用tb-临界、k预警和k安全，分别根据公式计算混合扭矩预警值t混合预警和混合扭矩安全值t混合安全；

s43判断实际混合扭矩t实际混合扭矩是否小于混合扭矩安全值t混合安全，若是，则混合过程安全，若否，则混合过程不安全，并设定当实际混合扭矩t实际混合扭矩大于混合扭矩预警值t混合预警时停机。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。