活塞泵在包裝型乳化炸藥生產上的應用分析①

彭 寧， 顏柏樺

（1.湖南金能科技股份有限公司，湖南 長沙410013； 2.國防科學技術大學，湖南 長沙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液體相而形成的熱力學不穩定系統［1-2］。 乳化炸藥的穩定性系指在儲存和輸送過程中不分層、不破乳、物理狀態和爆轟性能不發生變化。 乳化炸藥的不穩定性系指它本身在熱力學意義上是一個不穩定體系，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，它的穩定性與不穩定性決定著乳化炸藥的生產規模、應用條件和范圍。 乳化炸藥產品在生產裝藥、包裝、成品運輸中熱聚、火焰、針刺、撞擊、摩擦、振動、靜電等一定外界能量作用下，均具有一定感度特性，有可能發生意外燃爆事故，造成人員傷亡和財產損失。 乳化炸藥在輸送中因設備不安定性，導致國內某些廠裝藥機、裝藥車的爆炸。 因此，選擇一種安全穩定的輸送設備對民爆物品生產安全有著極其重要的意義。

隨著國內乳化炸藥生產線不斷進行技術改革和創新，炸藥生產越來越朝著節約、環保、安全、高效的方向發展。 本文將湖南金能科技股份有限公司自主研發的DKJ 型裝藥機和萍鄉金源恒業火工科技有限公司研發的RPP-12 型旋轉活塞泵應用在乳化炸藥生產線上，探討了活塞泵在乳化炸藥裝藥、輸送過程中的優越性。

1 活塞泵特點與機理

1.1 活塞泵、轉子泵和葉片泵的主要特點對比

活塞泵、轉子泵和葉片泵的共同點為：它們都是通過容積改變來對液體產生壓力的；其區別為：容積和位置不同［3］。 活塞泵、轉子泵和葉片泵的主要特點對比如表1 所示。

表1 活塞泵、轉子泵和葉片泵的特點對比

1.2 活塞泵在乳化炸藥裝藥機上的工作機理

1.2.1 活塞泵結構、元件作用

活塞泵的核心部分（如圖1 所示）由缸體、活塞、導向軸、凸輪、轉子、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；凸輪和導向軸能控制活塞做上下運動；轉子和缸體安裝在主軸上做旋轉運動；定子、蓋板起密封作用，并且與藥體接觸的部分都有易損板，當出現磨損時不需要換整個泵體，只要更換易損板即可［4］。

圖1 活塞泵核心部分結構

1.2.2 活塞泵在乳化炸藥裝藥機上的工作機理

活塞泵是液壓系統的一個重要裝置。 它依靠活塞在缸體中往復運動，使密封工作腔的容積發生變化來實現裝藥［5］。

活塞泵應用在乳化炸藥生產線上的工作流程：乳化炸藥膠體在其負壓作用力下，同步灌入活塞缸體中。當某個升降軸下端導軌軸承由凸輪導軌低端區段進入凸輪導軌的上升區段時，其導軌軸承、升降軸、活塞桿在凸輪導軌的作用力下，使活塞在缸體內從低端向上推到高端，此時段缸體活塞剛好處于同圓設置的出料口處，從而使缸體內乳化炸藥膠體同步擠出。 環形均布的若干個活塞缸、活塞、活塞桿、升降軸、導軌軸承，均布在同圓凸輪導軌的高端區段、下降區段、低端區段、上升區段，在伺服電機驅動下產生旋轉時，活塞就會在活塞缸體內隨凸輪導軌在各個區段上產生環形平移及軸向位置變化，乳化炸藥膠體就會從進料口處連續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 活塞泵應用在乳化炸藥裝藥機上的安全性驗證

2.1 安全性特點

乳化炸藥輸送泵的最大危險來自泵腔內危險物料被運動部件碾磨、擠壓、撞擊發生熱積累、熱分解，以及外來硬質異物或敏感物體在機械作用下瞬間引爆炸藥。 活塞泵從設計上采取了如下技術措施，可有效降低和控制上述事件的發生概率：

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） 主軸帶動的轉子與外定子之間留有一定間隙，轉子的圓柱外側面上設有螺旋密封，外定子內腔設有自潤滑系統，能有效防止泄漏和減少摩擦。

4） 凸輪導軌上升高度限制了活塞上升行程，確保不與泵體蓋板產生撞擊和摩擦。

5） 物料進入缸體后，在轉子的帶動下僅產生圓周位移，不會產生碾磨、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，對尺寸小于30 mm 的硬質異物、結晶硝酸銨等具有較大的容錯能力。

2.2 安全保護控制裝置驗證

安全連鎖保護裝置包括壓力、電機、物料溫度等保護措施，出現如表2 所示的安全保護設置時，達到其設定上限值時會報警及自動停機，安全保護設置及有效性驗證如圖2 所示，安全性驗證見表3。

表2 安全保護設置及有效性驗證

圖2 活塞泵安全操作面板

2.3 活塞泵優越性

活塞泵應用在乳化炸藥生產線上優越性主要體現在以下3 點：

1） 活塞泵安全系數高。 由于從機械角度限制金屬與金屬直接接觸，并且活塞采用橡膠材質，另外轉速低（最高只有45 r／min），并且多處有監測系統控制，帶水冷輔助冷卻，大大提高了本質安全性。 物料無死角、無金屬件之間的相互摩擦、腔體內結存物料少，易于清掃，采用定子氣缸托起人性化設計。

2） 活塞泵與乳化炸藥生產匹配性強。 該裝藥機活塞泵處于滿負荷用電量低，耗氣量少。 活塞泵產能為0 ～4 500 kg／h，而生產小藥卷的轉盤最大產能為4 000 kg，所以能夠滿足生產需要，并且能與生產線匹配。

3） 活塞泵對乳化炸藥體系的穩定性不產生破壞，能夠廣泛應用于物理敏化、化學敏化多樣品種商品的生產。 通過機械構件控制形成炸藥連續吸入、排出，實現了連續高效、安全、輸送計量含水炸藥的目的。 活塞結構對乳化炸藥膠體不產生剪切、碾壓、攪拌等破壞作用力，只產生軸向吸力和推力，活塞結構輸出壓力大，很好地解決了現有物理敏化膠體大流量輸送難題。

2.4 可靠性、產能匹配性驗證

湖南金能科技研發該裝藥機設備可穩定運行300支／min，最大350 支／min，最高轉速不超過60 r／min，物料輸送壓力不大于0.6 MPa；旋轉卡扣機端面封口并分切，以Φ32 mm×200 g 計算，最高可達350 支／min，產能為4.2 t／h 左右，以Φ70 mm × 2 000 g 計算最高可達60 支／min，產能可達7.2 t／h。

表3 安全性驗證表

生產性匹配性適應生產規格：直徑25 ～130 mm；生產長度185～580 mm；前后工序聯動，在總控室可以監控和操作，并在上位機系統中保存記錄裝藥機的關鍵數據。 DKJ 型裝藥機設計灌裝產能，灌裝Φ32 mm 小藥卷時，速度為60～350 支／min（以Φ32 mm ×200 mm ×200 g計算），最大產能為4.2 t／h 左右；灌裝Φ70 mm 藥卷時，速度為5～60 支／min（以Φ70 mm × 2 000 g 計算），最大產能可達7.2 t／h，與生產線產能相匹配。

3 結 論

活塞泵應用在乳化炸藥生產線上，安全系數高，與乳化炸藥生產匹配性強，不破壞乳化炸藥體系的穩定性，能夠廣泛應用于物理敏化、化學敏化多種商品乳化炸藥的生產。