научная статья по теме АВАРИИ ПРЕДОТВРАЩАЕТ «КОМПЛЕКС» Науковедение

Текст научной статьи на тему «АВАРИИ ПРЕДОТВРАЩАЕТ «КОМПЛЕКС»»

АВАРИИ ПРЕДОТВРАЩАЕТ

«КОМПЛЕКС»

Новые методы и приборы для оптической диагностики процессов в различных отраслях промышленности, на транспорте и в энергетике разрабатывают новосибирские ученые. О том, чего уже удалось добиться, корреспонденту газеты «Поиск» Фирюзе Янчилиной рассказал заместитель директора по научной работе Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН член-корреспондент РАН Дмитрий Маркович. Он подчеркнул, что в этих исследованиях помимо его группы участвуют коллективы, возглавляемые главным научным сотрудником того же института Владимиром Мелединым, заместителем директора по научной работе Института автоматики и электрометрии СО РАН Олегом Потатуркиным, директором Конструкторско-технологического института научного приборостроения СО РАН Юрием Чугуем (последние трое — доктора технических наук). Благодаря созданной ими аппаратуре теперь стало возможным эффективно контролировать многофазные

и реагирующие потоки жидкостей и газов в научных и промышленных установках, параметры горячего и холодного проката в металлургии и даже осуществлять мониторинг вагонных колесных пар на железнодорожном транспорте в режиме реального времени. Что же представляют собой предлагаемые разработки и какими возможностями они обладают?

«Оптические приборы, которыми мы занимаемся, используют электромагнитное излучение в разных диапазонах — от инфракрасного до ультрафиолетового и даже рентгеновского — для определения параметров исследуемого объекта, — пояснил Маркович.— В качестве основных физических принципов применяются законы рассеяния, «работающие» либо на искусственно введенных в поток, либо на естественных трассерах. Нам удалось создать томографические

Элементы системы «Комплекс».

Высокоскоростной программно-алгоритмический комплекс цифровой трассерной визуализации для исследования кавитационных течений.

измерительные системы, с помощью которых можно получать пространственные распределения скоростей и структур потоков жидкостей и газов с высоким разрешением. Обработка изображений с помощью программно-алгоритмических комплексов цифровой трассерной визуализации требует огромных массивов данных, применения технологий параллельных вычислений и суперкомпьютеров, но зато получаемая экспериментальная физическая информация значима и уникальна».

Другой класс предложенных оптических методов использует молекулярные трассеры. Благодаря им определяется широкий набор величин, включая химический состав и распределение температур в потоках жидкостей и газов, что важно как в научных исследованиях, так и в промышленном производстве.

Все эти подходы реализованы объединенным коллективом в виде разнообразных приборов для бесконтактной и точной оптической диагностики. Измерительные системы серий «ПОЛИС», «ЛАД-0», «Корвет» для диагностики кинематики и структуры потоков используются при создании новых технологий в энергетике, аэрокосмической отрасли, для нужд фундаментальной метрологии в Государственном первичном эталоне единицы скорости воздушного потока. Они внедрены на нескольких десятках предприятий, в научно-исследовательских институтах и университетах.

Что касается энергетики, то диагностируя процессы сжигания углеводородного топлива, удается обеспечить его экономию, уменьшить загрязняющие выбросы. Регистрация и анализ важных физических параметров позволили оперативно и выборочно управлять режимами горения, существенно повысив эффективность, экологичность и безопасность технологий.

«Совместно с Московским энергетическим институтом мы впервые в мире оснастили средствами контроля крупномасштабные лабораторные установки, моделирующие процессы в паровых турбинах. Сейчас обсуждается внедрение подобных диагностических систем на предприятиях, производящих такие турбины. Это крайне трудная задача в техническом плане, — подчеркнул ученый. — Для успешного ее решения нужно пройти длинную цепочку лабораторных исследований, математического моделирования, изготовления прототипов, испытаний в полупромышленных масштабах, за которыми следуют реализация и внедрение. Из этой цепочки нельзя изъять ни одно звено. Сложность и многомасштабность физических эффектов, лежащих в основе промышленных технологий, часто не допускают прямого переноса на них результатов лабораторных экспериментов.

Показательный пример — гидроэнергетика. С помощью лабораторных моделей гидротурбин, оснащенных новыми средствами диагностики, можно получить информацию о разных процессах, явлениях и закономерностях, таких, например, как зарождение кавитации, разрушающей турбины. Можно оценивать основные характеристики нестационарных турбулентных потоков, верифицировать математические модели и компьютерные коды».

Говоря о гидроэнергетике, Маркович поделился планами по восстановлению высоконапорной лаборатории на Красноярской гидроэлектростанции. Это уникальное сооружение, введенное в строй в 1970-е годы, представляет собой несколько гидродинамических каналов, в которых жидкость движется под действием естественного перепада воды (около 100 м). Возможности этой лаборатории огромны, и в случае ее

второго рождения начнется моделирование процессов в реальных масштабах для нужд не только гидроэнергетики, но и оборонных приложений.

Отдельная тема — транспорт. Оптические методы незаменимы для диагностики процессов в камерах сгорания двигателей — газотурбинных и внутреннего сгорания. Предлагаемые новосибирскими учеными способы контроля обтекания лопаток в энергетических и транспортных турбоустановках и оптимизация рабочих процессов с использованием математического моделирования позволяют повысить экономичность двигателей, существенно снизить уровень вредных выбросов и акустический шум турбин и самолетов.

Как упоминалось, важная часть разработок научного коллектива — диагностика колесных пар железнодорожных вагонов. Крупным достижением в сфере практического использования наукоемких оптико-информационных методов и технологий стал впервые реализованный специалистами Конструкторско-тех-нологического института научного приборостроения и Института теплофизики способ бесконтактной диагностики геометрии движущихся трехмерных объектов. Совместно с Западно-Сибирской железной дорогой на его основе создана и доведена до серийного производства всепогодная лазерная система «Комплекс» для автоматического контроля геометрических параметров колесных пар грузовых вагонов при движении поезда со скоростью до 60 км/ч. Нарушения указанных параметров — серьезный фактор риска схода поездов. Истирание даже одного колеса грозит катастрофой. До последнего времени для решения этой задачи использовали в основном ручные контрольно-измерительные средства контактного типа на основе шаблонов, скоб. Такой способ субъективен и непроизводителен,

требует много времени на настройку измерительного инструмента, не позволяет контролировать колеса поездов в движении. Коллективом созданы принципиально новые бесконтактные и автоматические средства размерного контроля, способные производить диагностику при движении поезда, причем с большой точностью: погрешность не более 0,5 мм.

Программное обеспечение регистрирует параметры каждого колеса, и на ближайшей же станции персонал получает четкие указания: в каком вагоне какую колесную пару требуется заменить. «Комплекс» адаптирован к жестким климатическим условиям России. В отличие от зарубежных аналогов он устойчив в жару и в мороз, при снежных заносах и дожде. Более 10 лет образцы этой системы успешно используются на всех железных дорогах России, предотвращая аварии и обеспечивая безопасность перевозок. Экономический эффект измеряется многими миллиардами рублей.

Если говорить о конкуренции на мировом рынке, то, конечно, аналогичные разработки на нем присутствуют. Но системы из Новосибирска, созданные на фундаментальной научной базе, ориентированные на специфику конкретных отраслей и климатические особенности России, по ряду параметров превосходят лучшие зарубежные аналоги.

Янчилина Ф. Происшествия отменяются? Оригинальные разработки сибирских ученых помогают предотвращать аварии. — Газета «Поиск», 2014, № 25

Фото предоставлено Д. Марковичем

Материал подготовил Сергей МАКАРОВ

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Науковедение»