научная статья по теме О СОВРЕМЕННОМ СОСТОЯНИИ И ПЕРСПЕКТИВАХ РАЗВИТИЯ ИМАШ РАН. ПРОБЛЕМЫ МЕХАНИКИ МАШИН И ПРОРЫВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Машиностроение

Текст научной статьи на тему «О СОВРЕМЕННОМ СОСТОЯНИИ И ПЕРСПЕКТИВАХ РАЗВИТИЯ ИМАШ РАН. ПРОБЛЕМЫ МЕХАНИКИ МАШИН И ПРОРЫВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

ПРОБЛЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ И НАДЕЖНОСТИ МАШИН

№ 3, 2014

УДК 531.3.532.5.534.1

© 2014 г. Ганиев Р.Ф.

О СОВРЕМЕННОМ СОСТОЯНИИ И ПЕРСПЕКТИВАХ РАЗВИТИЯ ИМАШ РАН.

ПРОБЛЕМЫ МЕХАНИКИ МАШИН И ПРОРЫВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Представлены материалы, которые были изложены на расширенном Ученом Совете, посвященном 75-летию Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН. Кратко приведены основные этапы научно-реорганизационной деятельности института, представлены как традиционные научные направления, так и новые наиболее перспективные проблемы и результаты их разработок (фрагменты), в том числе, волновых технологий в различных отраслях промышленности.

Затрагиваются вопросы разработки новых прорывных технологий и принципов создания перспективных машин и аппаратов, которые в настоящее время ведутся в Институте машиноведения им. А.А. Благонравова РАН (ИМАШ РАН).

1. Разработка волновых технологий получения новых материалов с уникальными свойствами, в том числе, композитов и нанокомпозитов. Создание машин, аппаратов и технологических линий на волновых принципах — новое направление машиностроения.

2. Повышение надежности, безопасности и бесшумности объектов современной техники: авиационно-космической техники, энергетики (в том числе ГЭС), плавающих объектов и трубопроводных систем (определение и исключение опасных ситуаций, приводящих к разрушениям и авариям).

3. Разработка перспективных технологий в топливно-энергетическом комплексе (ТЭК): многократное ускорение процессов бурения, повышение нефтеотдачи и газо-конденсатоотдачи пластов (как альтернативы современным методам нефтеотдачи пластов).

Применение волновых технологий позволяет на принципиально новом уровне решать технологические задачи для многих отраслей промышленности, например: в машиностроении, в материаловедении, пищевой, горнорудной, химической, нефтегазовой промышленности, в строительстве и ЖКХ, в фармакологии и медицине.

С этой целью целесообразна разработка машин и аппаратов на волновых принципах, реализующих прорывные технологии мирового уровня, либо превышающие их.

Научные направления и подразделения института; научно-организационные мероприятия, выполненные в 2009—2013 гг.

На рис. 1 представлена схема структуры института в настоящее время. При научно-организационной работе в приоритете директора и дирекции, прежде всего, было выявление новых перспективных и масштабных проблем наряду с сохранением традиционных направлений научно-исследовательских работ ИМАШ РАН. Именно такие новые крупные направления, идейно объединяя различные подразделения и лаборато-

Рис. 1

рии, составляют "лицо" института и определяют его эффективность. Это было главным в научно-организационной деятельности дирекции института. В связи с этим было создано три новых отдела. Кроме того, в 2009 г. добавился Научный центр нелинейной волновой механики и технологии РАН (НЦ НВМТ РАН), организованный в 1995 г. как самостоятельное научное учреждение РАН, и присоединенный к ИМАШ РАН Постановлением президиума РАН № 603 от 25.11.2008 г. "О реорганизации Учреждения Российской академии наук Института машиноведения им. А.А. Бла-гонравова РАН (представление Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления)" с целью реорганизации ИМАШ РАН.

Состав ИМАШ РАН в настоящее время выглядит следующим образом: 1. Научный центр нелинейной волновой механики и технологии РАН (научный руководитель, академик Ганиев Р.Ф.); 2. Отдел конструкционного материаловедения (д.т.н. Романов А.Н.); 3. Отдел виброакустики машин (д.т.н. Косарев О.И.); 4. Отдел теоретической и прикладной акустики (д.т.н. Бобровницкий Ю.И.); 5. Отдел теории механизмов и управления машинами (д.т.н. Асташев В.К.); 6. Отдел трибологии (д.т.н. Дроздов Ю.Н.). 7. Отдел прочности и безопасности (д.т.н. Матвиенко Ю.Г., научный руководитель член.-корр. РАН Махутов Н.А.); 8. Отдел вибробиомеханики (к.т.н. Соловьев В.О.); 9. Инновационный центр (д.т.н. Рототаев Д.А.). Подразделения 1—4 организованы в ИМАШ РАН в 2010 году.

В результате научно-организационных мероприятий укрупнена тематика отделов, сокращено число лабораторий. Определены наиболее перспективные научные направления в подразделениях (в отделах и лабораториях) как по традиционным, так и по новым крупным проблемам, в том числе, объединяющим ряд подразделений института.

Также произошло укрепление и обновление инженерно-хозяйственного персонала, планового отдела и бухгалтерии, отдела кадров; создан юридический отдел и начато возрождение опытного производства.

В последние годы произошло существенное обновление научного состава института, принят ряд известных и перспективных, в том числе молодых, ученых и специалистов (инженеров), из них многие по совместительству, особенно по редким (для института) специальностям, например, по управлению и автоматике, микроэлектронике и биомеханике. Если средний возраст научных сотрудников в 2009 году составлял 69 лет, то в результате этой работы в 2013 г. — 55 лет, а в отдельных подразделениях — 48-52 года.

Волновые технологии получения материалов, в том числе, новых материалов, композитов и нанокомпозитов. В этом разделе описаны результаты применения волновой технологии в области обработки и получения мелкодисперсных сыпучих материалов, а также высоковязких сред, полимеров, композитов и нанокомпозитов.

Рис. 2

Волновая обработка сыпучих сред и получение материалов. В современном производстве широко применяются технологические процессы перемешивания, измельчения, классификации, активации сыпучих материалов. Растущие требования к качеству продукции неизбежно приводят к применению принципиально новых методов обработки сыпучих сред и получения сухих смесей. К таким методам относятся методы, реализуемые за счет принципов нелинейной волновой механики.

В связи с развитием технологий производства композитных материалов, порошковой металлургии, нанотехнологий особый интерес в настоящее время проявляется к получению тонкодисперсных систем.

Применение волновых технологий позволяет на принципиально новом уровне решать технологические задачи измельчения, активации, смешения, дозирования, классификации сыпучих материалов. Один из результатов волновой технологии смешения по традиционной технологии (а) и на волновой установке (б) и активации порошка карбоната кальция с красителем показан на рис. 2: количество красителя в образцах одинаковое.

При проведении исследований было установлено, что проба, полученная в результате волновой обработки в течение 50 с, имеет значительно более интенсивную окраску, чем полученная в результате интенсивного традиционного перемешивания в течение 20 мин. Объяснением такому эффекту может послужить анализ гранулометрического состава, который показал, что количество крупных агломератов частиц смеси после волновой обработки в 30 раз меньше, чем после традиционного перемешивания. Отсюда следует, что волновое перемешивание позволяет успешно противостоять образованию агломератов, размеры которых превышают размеры исходных частиц, образующихся при традиционном перемешивании.

Одной из наиболее важных проблем является создание волновых машин и агрегатов, реализующих принципы волновой механики для волновой обработки сыпучих материалов: волновых измельчителей, смесителей-активаторов, дозаторов, классификаторов. Основные преимущества таких волновых машин перед существующими традиционными аппаратами можно перечислить следующим образом: тонкое и сверхтонкое измельчение (до уровня мкм и нм); механическая активация материалов (в том числе, тонкодисперсных); идеальное смешение сыпучих материалов; равномерное распределение малых добавок и их активация (в том числе, цемента и др.); сверхточное дозирование; низкое энергопотребление и т.д.

В зависимости от особенностей конкретных технологий и производственных комплексов возможны различные варианты внедрения волновых технологий — от полностью сформированных технологических комплексов до модернизации существующих

Рис. 3

линий путем встраивания в них волновых машин и аппаратов, коренным образом изменяющих характеристики производства в сторону повышения производительности и качества выпускаемой продукции, снижения энергетических затрат. Одна из таких типовых схем модернизации завода по производству цементов с минеральными добавками с применением волнового узла и волновая технологическая линия обработки сухих смесей показаны на рис. 3 и рис. 4 соответственно.

Также необходимым условием работоспособности всей системы является необходимость автоматизации технологических линий. Некоторые пилотные автоматизиро-

Рис. 5

ванные системы обработки показаны на рис. 5 (многофазные среды) и 6 (сыпучие материалы).

Автоматизированные технологические линии, включающие волновые машины и агрегаты, позволяют получать материалы с характеристиками, которые невозможно получить на современных традиционных аппаратах.

В частности, получены следующие результаты в области волнового измельчения сыпучих сред, которые не удается получить известными в настоящее время методами.

Высокая степень измельчения. Получены уникальные результаты при измельчении известняка и мрамора, каменного угля и доменного шлака. До 70% выхода продукта имеют дисперсность менее 5 мкм всего за один цикл измельчения. Причем для этого оказалась достаточной скорость поверхности ротора менее 80 м/с, хотя обычно для достижения таких результатов используют многостадийный процесс измельчения, а скорости поверхности ротора достигают 200 и даже 250 м/с.

Повышение тонкости помола до 5 мкм известняка и активация цемента. Использование роторно-волновых мельниц, эффективно решает технологическую проблему производства карбонатных цементов с заменой до 20% дорогостоящего клинкерного цемента на известняковую составляющую, что может обеспечить строительному комплексу России дополнительно 10 млн тонн высококачественного вяжущего без введения новых производственных мощностей по производству портландцемента.

Рис. 6

В целом, использование волновых машин и агрегатов в различных технологических процессах характериз

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