Голосования

В эпоху какого руководителя России Вы предпочли бы жить?




В российские магазины - и желудки - поступил пластиковый рис из Китая

Инновационная технология уплотнения сыпучих порошкообразный материалов

Наука и образование

03.02.2015 15:03  

cono

207

В России создана принципиально новая технология уплотнения сыпучих порошкообразных материалов (смесей частиц твёрдого вещества с воздухом и влагой), получившая название СПРИТ.Применение технологии позволяет:
достигать высокого качества изделий равномерной плотности и прочности по всему их объёму при значительном сокращении пористости структур;
снижать материалоёмкость оборудования в 1,5 – 3 раза, энергоёмкость – в 5 – 10 раз.

Более 30 лет назад вышло первое издание книги А.К.Сухотина «Парадоксы науки» (М.: «Молодая гвардия», 1978. – 240 с.). Главный посыл этой интересной книги заключается в том, что развитие науки и техники «двигают» парадоксальные, то есть, непривычные, оригинальные, невыводимые из уже признанных принципов, законов и положений, идеи.

В мировом хозяйстве наибольший объём перерабатываемого материала составляют разнообразные сыпучие порошкообразные материалы (порошки — смеси частиц твёрдого вещества с воздухом и влагой): грунт, щебень, песок, опилки, угольная и рудная мелочь, бетонные, асфальтобетонные, керамические, огнеупорные, металлические порошки и др. В целом это миллионы и миллионы тонн, которые необходимо перерабатывать ежегодно, в том числе превращая в их дороги, разнообразные строительные и другие изделия.

Даже незначительное повышение эффективности процессов обработки этих материалов позволяет получать существенный экономический эффект. А если возможно повышение эффективности «в разы»?

Традиционно для формования изделий из сыпучих порошкообразных материалов используются технологии (способы) прессования, укатки, трамбования и вибрирования (утряски). Эти четыре традиционные базовые технологии к настоящему времени достигли своего предела и совершенствование оборудования не устраняет присущих этим технологиям недостатков. В частности, они не обеспечивают получения предельной теоретически возможной (т.е. практически 100 %) плотности во всём объёме изделия. Из-за этого изделия получаются меньшей прочности и долговечности (зачастую в 2 – 5 раз). Кроме того, оборудование, которое реализует эти способы, излишне метало- и энергоёмко. Даже для достижения максимальной для этих технологий, но «в идеале» недостаточной плотности, требуются огромные по размерам и весу вибромашины, катки, прессы, неоправданно большие усилия и расход энергии.

К тому же существуют и некоторые чисто российские особенности, добавляющие проблемы. Например, в России 86 % дорог имеют земляное полотно из глин и суглинков, а эффективность даже самых современных и «навороченных» уплотняющих дорожно-строительных машин резко снижается при работе с грунтами с высоким содержанием глины.

Между тем в России создана инновационная технология обработки этих материалов, базирующаяся на искусственном воспроизведении природного эффекта самоорганизации сыпучих сред, открытого инженером Н.Е.Королёвым и названного им «текучим клином».

В природе этот эффект проявляется при определённых условиях и заключается в образовании локальной плотной текучей зоны коррелированно движущихся частиц сыпучей среды. В качестве примера можно привести образование прибойной волной на песчаном пляже у края воды плотной дорожки, именуемой «заплеском». Искусственно эффект воспроизводится особыми устройствами – нагнетателями «Русские качели», конструкция которых учитывает особенности уплотняемого материала, форму и размеры изделия, требуемый объём выпуска и ряд других факторов.

Эффект достигается за счёт постоянного вдавливания в ограниченную зону сыпучего материала посредством твёрдой поверхности нагнетателя. Каждая вновь поступающая в форму порция материала создаёт слой, который давит на образовавшийся ранее и вынуждает последний в свою очередь воздействовать на предыдущий. Уплотнённые слои вынужденно движутся друг за другом сверху вниз, вытесняя менее плотные слои. Когда плотность нижних слоёв сравняется с плотностью верхних, образуется «текучее» ядро  клиновидной формы с предельным уплотнением  обрабатываемого материала.

Момент полного образования этого клина под нагнетателя на всю глубину (до дна формы) характеризуется эффективным обратным волнообразным выдавливанием материала из-под нагнетателя в сторону незаполненной части формы и вверх. Происходит самоуплотнение порошка в результате индуцированного течения (сокращённо СПРИТ). Можно вывести образовавшуюся упорядоченную структуру (изделие) в сторону, противоположную выдавливаемому избытку материала, или переместить нагнетатель вслед за волной, но не опережая её. За счёт перемещения формы и нагнетателя относительно друг друга осуществляется изготовление («выращивание») изделия.

В СПРИТ дозирование, подача и уплотнение совмещены в одном действии, а усилия расходуются только на нагнетание очередной малой порции обрабатываемого материала, что позволяет создавать значительно менее ресурсоёмкое оборудование при доказанном на практике высоком качестве уплотнения, а «текучий клин» образуется только в том случае, если уплотняемая среда открыта хотя бы с одной стороны. Последнее позволяет вытеснять вместе с излишками материала воздух и влагу, достигая высокой однородной плотности по всей форме структуры изделия, что недостижимо в закрытых системах.

Принципиальные особенности технологии:

  • все уплотняющие машины действуют поверхностями своих рабочих органов (нагнетателей) и не опираются на уплотняемый материал;

  • изделие формуется постоянным нагнетанием из окружающей среды обрабатываемого материала малыми порциями;

  • усилия расходуются только на нагнетание очередной малой порции обрабатываемого материала;

  • обязательным условием является открытость системы

Применение технологии позволяет:

  • достигать высокого качества изделий равномерной плотности и прочности по всему их объёму при значительном сокращении пористости структур;

  • снижать материалоёмкость оборудования в 1,5 – 3 раза, энергоёмкость – в 5 – 10 раз.

В настоящее время оборудование, реализующее СПРИТ, применяется в основном при производстве строительных изделий, однако сферы применения значительно шире. Эксперименты позволяют утверждать, что СПРИТ может послужить основой технического перевооружения ряда других отраслей реальной экономики, связанных с обработкой сыпучих порошкообразных материалов, таких как дорожное строительство, производство огнеупоров, порошковая металлургия и т.д., включая утилизацию отходов производственной деятельности. Даже такой известный минус как изношенность основных производственных фондов можно перевести в плюс, заменяя изношенное оборудование оборудованием на новой технологической основе.

Я думал какой зрительный образ приложить к статье и остановился на фото результатов эксперимента, проведённого сотрудниками одной японской фирмы с использованием машины для формования строительных блоков, реализующей СПРИТ. Две обыкновенные электрические лампочки были помещены в форму, в которую нагнетался грунт. После того как блоки были отформованы, оказалось, что лампочки остались целыми, несмотря на высокую плотность самого блока.

Более подробно с технологией СПРИТ, которая также известна как "зонное нагнетание" и "Русские качели", можно ознакомиться на http://innocentre.ru и http://инноцентр.рф


Оцените статью