WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

Pages:   || 2 |

«НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ — ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ Новосибирск, 2013 г. УДК 62 ББК 30 Т38 Т38 «Технические науки — от теории к практике»: материалы XVIII ...»

-- [ Страница 1 ] --

МАТЕРИАЛЫ XVIII МЕЖДУНАРОДНОЙ ЗАОЧНОЙ

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ —

ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ

Новосибирск, 2013 г .

УДК 62

ББК 30

Т38

Т38 «Технические наук

и — от теории к практике»: материалы

XVIII международной заочной научно-практической конференции .

(20 февраля 2013 г.); Новосибирск: Изд. «СибАК», 2013. — 204 с .

ISBN 978-5-4379-0229-5 Сборник трудов XVIII международной заочной научнопрактической конференции «Технические науки — от теории к практике» отражает результаты научных исследований, проведенных представителями различных школ и направлений современных технических наук .

Данное издание будет полезно аспирантам, студентам, исследователям в области прикладной науки и всем интересующимся актуальным состоянием и тенденциями развития технических наук .

Рецензенты:

- кандидат технических наук, Ахмеднабиев Расул Магомедович, доцент Полтавского национального технического университета имени Юрия Кондратюка;

- доктор технических наук, профессор, Ахметов Сайранбек Махсутович, ректор Казахстанского университета инновационных и телекоммуникационных систем;

- кандидат технических наук, Елисеев Дмитрий Викторович, бизнес-консультант, Академия менеджмента и рынка .



ББК 30 ISBN 978-5-4379-0229-5 © НП «СибАК», 2013 г .

Оглавление Секция 1. Информатика, вычислительная техника 7 и управление

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ 7

ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА НА ОСНОВЕ

ПРОГРАММИРУЕМОГО ЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЛЕРА

Андреев Иван Александрович Андреев Владимир Александрович Кузичкин Алексей Анатольевич

ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ РЕКОМЕНДАЦИИ 13

КАНДИДАТОВ ДЛЯ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ

РЕШЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ КОМАНДООБРАЗОВАНИЯ

Бейльханов Дамир Кайржанович Квятковская Ирина Юрьевна

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ 19

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТП

Имаев Дамир Хабибович Шестопалов Михаил Юрьевич

МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ 26

РЕКОНФИГУРИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ

Шестопалов Михаил Юрьевич Секция 2. Машиностроение и машиноведение 31

ВЛИЯНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР 31

НА ТВЕРДОСТЬ И ДЕФОРМАЦИИ ПРЕССОВАННОЙ

ДРЕВЕСИНЫ Аксенов Алексей Александрович

ЗАДВИЖКА АВАРИЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 39

ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Олейников Андрей Владимирович Иванов Виктор Владимирович

ЦЕОЛИТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 46

ПРИ ОЧИСТКЕ БИОГАЗА

Друзьянова Варвара Петровна Петров Николай Вадимович

РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ОТРЕЗНОМ 57

ИНСТРУМЕНТЕ

Прохоров Александр Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА 62



ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ

Сазанов Максим Николаевич Прис Наталья Михайловна Секция 3. Энергетика и энергетические техника 71 и технологии

ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 71

С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ И АВТОНОМНЫМ

ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ НА ПРОХОДЧЕСКОМ

КОМБАЙНЕ Семёнов Александр Сергеевич

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 78

ФОРМИРОВАНИЯ И ВЫБОРА КЛАССА ЗАМЕЩЕНИЯ

ТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

В ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СЕТЯХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Тарасов Алексей Сергеевич Секция 4. Горная и строительная техника 85 и технологии

ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ АКТИВНОГО РАБОЧОГО ОРГАНА 85

ВИБРАЦИОННОЙ КАССЕТНОЙ УСТАНОВКИ

И ИХ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Нестеренко Николай Петрович Молчанов Петр Александрович Секция 5. Транспорт и связь, кораблестроение 93

ГАЛОПИРОВАНИЕ ЦИЛИНДРОВ С ПЛАВНЫМИ ОБВОДАМИ 93

Люсин Виталий Дмитриевич Секция 6. Строительство и архитектура 102

РАВНОМЕРНОСТЬ СМЕШИВАНИЯ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ 102

ВОЛОКОН С ЦЕМЕНТНОЙ МАТРИЦЕЙ

Ахмеднабиев Расул Магомедович Ахмеднабиев Расул Расулович МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ КОМПОЗИЦИИ 109 Мирюк Ольга Александровна Секция 7. Химическая техника и технология 115

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО 115

ПРОЦЕССА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ПОЛИСАХАРИДОВ

ИЗ КРАСНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ И МОРСКИХ ТРАВ

Кадникова Ирина Арнольдовна Секция 8. Технология продовольственных продуктов 124

ПОЛУЧЕНИЕ КОРМОВЫХ ЭКСТРУДАТОВ НА ОСНОВЕ 124

ПОДСОЛНЕЧНОЙ ЛУЗГИ

Коротков Владислав Ггеоргиевич Кишкилев Сергей Владимирович Соловых Сергей Юрьевич Антимонов Станислав Владиславович

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРОДУКТ ПИТАНИЯ 132

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЕРМЕНТАТИВНОМОДИФИЦИРОВАННОЙ КРЕВЕТОЧНОЙ БИОМАССЫ

Каленик Татьяна Кузьминична Грищенко Владимир Владимирович Кравченко Марина Владимировна

РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУР ДЛЯ КОЭКСТРУЗИОННЫХ 138

ПРОДУКТОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОГО

ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Седых Ольга Леонидовна Запотоцкая Елена Васильевна

БЕЗАЛКОГОЛЬНЫЕ НАПИТКИ НА ОСНОВЕ БАЛЬЗАМОВ 145

«АЛТАЙСКИЙ БУКЕТ»

Фищенко Евгения Сергеевна Макарова Елена Владимировна Текутьева Людмила Александровна Сон Оксана Михайловна Палагина Марина Всеволодовна Алексеев Николай Николаевич Секция 9. Технология материалов и изделий легкой 151 промышленности

РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЕЛКОВЫХ 151





ПРЕПАРАТОВ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МЕХОВОГО ПОЛУФАБРИКАТА

Бобылева Ольга Васильевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭСТЕТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЕРА СТРАУСА 156

ПУТЕМ КРАШЕНИЯ

Горбачева Мария Владимировна

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ЦВЕТОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК 161

ШКУРОК НОРКИ ЦВЕТОВОГО ТИПА САПФИР

Квашук Анна Николаевна

ВОЛОСЫ ЖИВОТНЫХ КАК ОБЪЕКТ ЭКСПЕРТИЗЫ 166

Стрепетова Оксана Алексеевна

КОНСЕРВИРОВАНИЕ КОЖЕВЕННОГО СЫРЬЯ 172

ПРЕПАРАТОМ «ТОКСИСПОРИН»

Ухорцева Наталья Вячеславовна Секция 10. Безопасность жизнедеятельности 178 человека, промышленная безопасность, охрана труда и экология

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ОПАСНОСТЬ ОТХОДА ПРОИЗВОДСТВА 178

ПИГМЕНТНОЙ ДВУОКИСИ ТИТАНА

И ПУТИ ЕГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ

Барсукова Анна Владимировна Вакал Сергей Васильевич

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АНАЛИЗА РИСКА В ОБЕСПЕЧЕНИИ 184

ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Тверигин Александр Александрович

ОБРАЗОВАНИЕ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ПЕРВИЧНЫХ 188

И ВТОРИЧНЫХ АТМОСФЕРНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИТЕЛЕЙ

НА ПРИМЕРЕ СОЕДИНЕНИЙ СЕРЫ И АЗОТА, КАК ВАЖНАЯ

ЗАДАЧА МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Чернявский Сергей Анатольевич

О ЗАДАЧАХ ДИФФУЗИИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ 199

В АТМОСФЕРЕ Янов Александр Юрьевич СЕКЦИЯ 1 .

ИНФОРМАТИКА,

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

И УПРАВЛЕНИЕ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА НА ОСНОВЕ

ПРОГРАММИРУЕМОГО ЛОГИЧЕСКОГО

КОНТРОЛЛЕРА

–  –  –

АННОТАЦИЯ В статье приводится краткое описание работы гидравлического пресса, обосновывается необходимость совершенствования системы управления и предлагается дискретная система управления гидравлическим прессом на основе программируемого логического контроллера -Серии фирмы Mitsubishi Electric .

ABSTRACT

In the paper there is given a short description of hydraulic press work .

Also a necessity of managerial improvement is justified there. Sample data system of hydraulic press management based on a programmable logic controller of -series by Mitsubishi Electric is being proposed as well .

Ключевые слова: пневматика; гидравлика; гидравлическое оборудование; прессы; программируемый логический контроллер;

объект управления; дискретная система; программирование; FBDпрограмма .

Keywords: pneumatics; hydraulics; hydraulic equipment; presses;

programmable logic controller (PLC); controlled objects; sampled data system; coding; FBD-programme .

Значительный парк тяжелого станочного оборудования в РФ до сих пор имеет устаревшие системы управления электроавтоматикой, что в значительной степени снижает надежность работы станков [2]. Поэтому, совершенствование механических и гидравлических узлов, разработка и применение новых систем управления тяжелых станков на основе программируемых логических контроллеров (ПЛК) является актуальной задачей. Это, во-первых, значительно повышает надежность работы станка и качество принятия решений при возникновении нештатных ситуаций (при попадании в рабочую зону пресса человека или посторонних предметов уменьшается зависимость в принятии решения от оператора пресса, что повышает безопасность работы); во-вторых, позволяет эффективно управлять процессом; в-третьих, даёт возможность внедрения в системы управления станками блоков динамической визуализации процессов в режиме реального времени .

Рассмотренная в статье модернизация гидравлического пресса упростит обслуживание системы и повысит экономическую эффективность процесса. Контроллер позволяет уменьшить время на формирование управляющих воздействий (исключаются из процесса операции управления главным распределителем и распределителем выталкивателя), что приводит к повышению производительности труда .

В состав системы управления прессом (рис. 1.) входят: главный распределитель 4, предназначенный для управления рабочим 5 и возвратными 6 цилиндрами; двухклапанный распределитель 7 — для управления гидравлическим выталкивателем 8; дроссель 9, предназначенный для регулирования скорости возвратного хода поперечины 10 пресса; обратный клапан 11 и манометр 12 .

Управление клапанами пресса и, соответственно, скоростью и положением подвижной поперечины пресса 10 осуществляется с помощью распредвала 13, приводимого в движение рукояткой управления прессом 14. Работу гидравлической схемы, показанной на рисунке 1, поясняет диаграмма открытия клапанов главного распределителя пресса. На этой диаграмме по оси абсцисс отложены углы поворота рукоятки управления, а по оси ординат — соответствующие высоты открытия клапанов .

Рисунок 1. Система управления прессом усилием 2000 кН 1 — насос; 2 — предохранительный клапан; 3 — сливной бак;

4 — главный распределитель; 5 — рабочий цилиндр;

6 — возвратный цилиндр; 7 — распределитель выталкивателя;

8 — выталкиватель; 9 — дроссель; 10 — подвижная поперечина;

11 — обратный клапан; 12 — манометр; 13 — распредвал;

14 — рукоятка управления В данной работе предложена дискретная система управления гидравлическим прессом (рис. 2.) с помощью программируемого логического контроллера -Серии фирмы Mitsubishi Electric [1, 5] .

Выбор логического контроллера обусловлен: во-первых, функциональным назначением, легкостью программирования с использованием функциональных блоков; во-вторых, открытым доступом к руководству по эксплуатации, LVS программному обеспечению;

в-третьих, сравнительно низкой стоимостью контроллера .

Рисунок 2. Система управления прессом с помощью программируемого логического контроллера Перед созданием системы управления было составлено словесное описание проектируемой системы: выявлено количество и технические характеристики входных элементов и исполнительных механизмов, опираясь на пожелания обслуживающего персонала, а также требования безопасности .

Задачи автоматизации реализованы с использованием языка функциональных блоков [3, 4]. Моделирование программы выполнено в автономном режиме .

Объект управления представлен измерительными преобразователями различных технологических параметров — давления, положения, температуры, а также исполнительными устройствами ИУ — регулирующими клапанами. С помощью этих технических средств осуществляется воздействие на объект управления (рабочий и возвратный цилиндры) в целях обеспечения заданных режимов его функционирования .

Контроллер выполняет следующие функции:

сбор и обработка информации о параметрах технологического процесса и состояния оборудования;

формирование управляющих воздействий — дискретное управление и регулирование в соответствии с алгоритмом управления .

Датчик контроля человека блокирует работу пресса в случае несанкционированного доступа в защитную зону. В системе предусмотрена тепловая защита насосного привода. Датчик контроля давления рабочей жидкости ограничивает верхний предел давления с помощью предохранительно-переливного клапана .

В состав системы управления входят два клапана для управления гидравлическим выталкивателем. Оператор управляет прессом с помощью двух переключателей нажимного действия с самовозвратом, то есть без фиксации включенного состояния. При отжатии любого из переключателей поперечина пресса совершает возвратный ход. Повторное нажатие на переключатели открывает клапаны рабочего цилиндра только из состояния покоя пресса .

Данные от датчиков и переключателей через устройство связи с объектом УСО поступают в контроллер. Эти данные обрабатываются программами, хранящимися в памяти программ, по заданным алгоритмам. Результаты обработки поступают на входы УСО. В УСО цифровой код преобразуется в физический сигнал (ток или напряжение). Далее сигнал поступает на исполнительное устройство ИУ .

В результате исполнения команды контроллера изменяется расход потока жидкости через регулирующие клапаны. Наряду с формированием управляющих команд ПЛК управляет средствами сигнализации .

Одной из задач при прохождении студентами производственной практики на предприятиях города является изучение принципов работы действующего оборудования и предложение решений по его модернизации. На приведенном в статье примере автоматизации пресса студенты получают первичные навыки программирования логических контроллеров .

Материал статьи может быть полезным для использования в учебном процессе для студентов по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств» .

Список литературы:

Микроконтроллеры ALPHA вместо множества компонентов .

1 .

[Электронный ресурс]. — Режим доступа. — URL: http://www.mitsubishiautomation.ru/products/microcontrollers.html .

Наземцев А.С. Пневматические и гидравлические приводы и системы .

2 .

Часть 2. Гидравлические приводы и системы .

Основы. Учебное пособие/ А.С. Наземцев, Д.Е. Рыбальченко. — М.: ФОРУМ, 2007 — 304 с. ил .

Петров И.В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки 3 .

и приёмы прикладного программирования / Под ред. В.П. Дьяконова. — М.: Солон-Пресс. — 2004. — 256 с .

Руководство по программному обеспечению. [Электронный ресурс] — 4 .

Режим доступа. — URL: http://ipc2u.ru/files/ipc2U/prcatal/ME/ alpha/programAlphaXL.pdf .

Электротехнические cистемы Петербург («ЭС Петербург»). Контроллеры 5 .

Альфа Mitsubishi Electric. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.esspb.ru/alpha_controllers.html .

ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ РЕКОМЕНДАЦИИ

КАНДИДАТОВ ДЛЯ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ

ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ

КОМАНДООБРАЗОВАНИЯ

–  –  –

АННОТАЦИЯ В данной статье рассматривается вероятностная модель рекомендаций, как отдельный модуль в системе поддержки принятия решений при отборе кандидатов для того, чтобы оценить скрытые аспекты модели предпочтений к работе, навыки и умения. Совместно с этим подходом формируется команда участников с аналогичными структурами в предпочтениях, основанные на скрытых аспектах, полученных из номинального профиля работы. Учитывая эти требования, на выходе получаем вычислительную модель надежности, позволяющая охватить как индивидуальные и другие навыки, выступающие в качестве входных параметров для системы поддержки принятий решений, обрабатывающая полученные данные .

ABSTRACT

This article discusses the probability model recommendations as a separate module in the decision support system for the selection of candidates to evaluate the hidden aspects of the model of preferences for work, skills and abilities. In conjunction with this approach, the participants formed a team with similar structures in preference based on hidden aspects derived from the nominal job profile. Considering these requirements, as a result is a reliable computational model extends the individual and other skills that serve as input criteria for a decision support system that processes the data .

Ключевые слова: командообразование, модель надежности, система поддержки принятия решений, скрытые навыки, отношение доверия, вычисление надежности на основе рекомендаций, вычисление надежности на основе доверия .

Keywords: teambuilding, reliability model, decision support system, latent skills, trust relation, the calculation of reliability based on the recommendations, the calculation of reliability based on trust .

На сегодняшний день сложность командообразования объясняет отсутствие коммерческих программных продуктов, так как большинство доступных систем основаны на применении обычного поиска ключевых слов и методов фильтрации посредством стандартных запросов к базе данных. Более инновационный подход был представлен Lang A. и Pigneur Y. в 1999 году, кто основал внутренний рынок рекрутмента для оценки компетенций кандидатов, представленный в виде деревьев способностей и навыков [2] .

Однако, фактическое соответствие кандидатов, по-прежнему базируется на формировании стандартных запросов к базе данных, чтобы найти кандидатов, которые удовлетворяют критериям поиска .

В данной работе рассматривается подход по применению вероятностной модели, которая предоставляет автоматизированный подход по рекомендации кандидатов в системе поддержки принятия решений (СППР) .

Автоматизированные системы рекомендаций были изначально разработаны с целью поиска информации. Большинство проблем связано с информационной перегрузкой, помогая клиентам с поиском товаров или услуг, которые удовлетворяют их предпочтениям .

Для таких случаев обычно использовались методы на основе поиска по контенту и/или общие методы фильтрации [4] .

Такая система рекомендаций изначально применялась для продвижения товаров (такие как фильмы или книги) пользователям .

Их вероятностная гибридная модель рекомендаций адаптирована под вероятностный скрытый семантический анализ, описанный Хофманном [5]. Данная модель интерпретирует предпочтения пользователей как выпуклая комбинация, лежащая в основе скрытых навыков .

На рисунке 1 показано графическое представление модели скрытых навыков, используемая для сравнения участников .

Параметры модели оцениваются, используя алгоритм максимальноожидаемого результата [3], где x представляет рекрутера с предлагаемой вакансией, и a представляющий навыки кандидата y, состоящий из четырёх частей, такие как например, a = («математические навыки», «степень диплома», «1.0», «Московский государственный университет»).

Скрытые навыки рассматриваются в модели используя скрытые переменные, в виде следующего выражения:

z Zz1,..., zk .

–  –  –

Модель окончательных результатов в рейтинговой матрице R r x,y,v включает вероятность того, что рекрутер X оценил ' ' кандидата Y с оценкой V [8]. Последний параметр может любым значением или в общем случае определен как: v V { 0,1}, где 0 — не подходит, 1 — подходит .

Этот вероятностный подход автоматически рекомендует кандидатов, которые лучше всего подходят на вакансию на основе прошлых результатов рейтинга и с учетом их основных навыков [7] .

Однако, модель имеет некоторые недостатки, так как она ориентирована только на индивидуальные навыки кандидатов, которые непосредственно связаны с ними и таким образом, позволяет только прогнозировать соответствие кандидата должности. Данный метод не учитывает дополнительную информацию для оценки навыка кандидата работать в команде .

Поэтому необходимо расширить данную модель, включив в нее подход, основанный на рекомендациях для оценки такого навыка, как умение работать в команде. Данный подход позволит повысить качество прогнозирования при подборе кандидатов для формирования эффективной команды .

Будем использовать более адаптированную модель вероятностного подхода для прогнозирования соответствия кандидата, таким же образом, как она используется в рекомендации кандидата для того, чтобы определить предпочтения к работе, на основе прошлых рабочих мест. Совместно с этим подходом образуются команда участников с аналогичными структурами в предпочтениях, основанные на скрытых навыках, полученных из номинального профиля работы .

Таким образом, важно знать, что один пользователь может состоять в нескольких группах, в отличии от методов кластеризации [6] .

Сходство между двумя пользователями может быть рассчитано следующим образом:

–  –  –

В первом случае, выражение справедливо при условии:

n( I A I B ) 0 и в противном случае, оно равно 0 .

P( A | z ) — схожесть к скрытому навыку z, nz — число переменных z, n( I A IB ) — количество оцененных профилей рабочих мест между кандидатами A и B .

Попросту говоря, осуществляется вычисление разности вероятности того, что два кандидата относятся к сегменту, который включает в себя скрытый навык z. Подытожим различия всех скрытых аспектов и разделим на количество сегментов. В случае, если у нас нет совместно-оцененного профиля работы между двумя кандидатами, то нет возможности рассчитать значение сходства, поскольку алгоритм максимально-ожидаемого результата не будет генерировать результаты, потому что он выполняется со случайными значениями, которые не могут быть правильно заданы, если схожие профили работы не найдены [6].

Предположим, что положительная корреляция между сходством пользователей и доверии присутствует, то мы получаем следующее:

–  –  –

По мере увеличения, число совместных по рейтингу профилей работы является индикатором точности значения прогнозируемого доверия, и мы можем использовать его в качестве весового коэффициента для расчета доверия на основе сходства. В качестве примера, рассмотрим сценарий с тремя отдельными профилями A, B и C, которые не имеют явных рейтингов доверия друг к другу .

Тем не менее, А и В, а также B и C имеют общую структуру предпочтения в отношении их совместного рейтинга в профиле работы. Эти сходства предпочтений структуры используются для расчета сходства значения на основе доверия.



Это позволяет нам оценить до сих пор неизвестные отношения доверия между кандидатами А и С следующим образом [8]:

–  –  –

оцененных профилей работы каждой прямой связи. Вычисленное значение лежит между значениями двух прямых отношений доверия .

Если сумма совместного рейтинга профилей работы меняется, значение доверия соответствующей связи изменяется таким же образом [1] .

Подход на основе сходства позволяет вычислить сценарий, где непосредственно сочетаются индивидуальные и реляционные характеристики. На основе имеющихся профилей кандидатов A, B, C и D вместе с действующим доверительным отношением, мы можем вычислить сходства между парами d(x,y). С учетом полученных данных, возможно, прогнозировать рейтинг доверия для неизвестной связи t CD [1] .

Используя данный подход предоставляется возможность интеграции данной модели в систему поддержки принятия решений для подбора кандидатов, где будет происходить обработка скрытых аспектов, предпочтений к работе, навыков и умений кандидатов .

Совместно с этим подходом формируется команда участников с аналогичными структурами в предпочтениях, основанные на скрытых аспектах, полученных из номинального профиля работы .

Прототип приложения будет выполнен в виде отдельного приложения, построенного на основе реляционной модели использующей профили кандидатов, а также последние рейтинги и результаты надежности .

На следующем этапе, необходимо проверить реализацию и вероятностную модель использующейся в этом приложении, и провести предварительное тестирование обобщенных данных полученных после обработки .

Список литературы:

Бейльханов Д.К., Квятковская И.Ю. «Использование подхода основанного 1 .

на рекомендациях в процессе командообразования». // Всероссийская научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов .

«Проблемы автоматизации. Региональное управление. Связь и автоматика» (ПАРУСА-2012). Сборник трудов, Южный федеральный университет, Геленджик, 2012, С. 16—20 .

Abdul-Rahman A., Hailes S. «Supporting trust in virtual communities» .

2 .

Proceedings of the 33rd Hawaii International Conference on System Sciences, Maui, Hawaii, USA, January 4—7, 2000. — 23 pages .

Dempster A.P., Laird N.M. and Rubin D.B. «Maximum likelihood from 3 .

incomplete data via the EM algorithm», J. Royal Statist. Soc., B 39, 1977, pp. 1—38 .

Guha R., Kumar R., Raghavan P. and Tomkins A. «Propagation of Trust and 4 .

Distrust». Proceedings of the World Wide Web, New York, USA, May 17—22, 2004. — pp. 403—412 .

Hofmann T. «Probabilistic latent semantic analysis», Proceedings of the 15th 5 .

Conference on Uncertainty in Artificial Intelligence (UAI), July 30 August 1, Stockholm, Sweden, 1999, pp. 289—296 .

Lang A. and Pigneur Y. «Digital trade of human competencies», Proceedings 6 .

of the 32nd Annual Hawaii International Conference on System Sciences, Hawaii, USA, 1999, pp. 165—173 .

Papagelis M., Plexousakis D. and Kutsuras T. «Alleviating the Sparsity 7 .

Problem of Collaborative Filtering Using Trust Inferences», to appear in the 3rd international conference on trust management, iTrust, 2005 .

Resnick P. and Varian H.R. «Recommender systems», Communications of the 8 .

ACM, 40 (3), 1997, pp. 56—58 .

МЕТОДИКА РАСЧЕТА

ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТП

–  –  –

АННОТАЦИЯ Разрабатывается методика расчета отказоустойчивости систем управления технологическими процессами (СУ ТП) на основе конечного автомата типа Мура. Pассматривается изменение технического состояния СУ ТП после первой, второй неисправностей и последовательности неисправностей. Методика базируется на концепции множества стационарных моделей. Как формальное описание жизненного цикла СУ ТП рассматривается граф автомата для потока из трех потенциальных неисправностей. Сделан вывод о том, что проектирование СУ ТП представляет собой реконфигурирование, связанное с выбором точек измерения, обеспечивающих наблюдаемость состояний, точек введения управляющих воздействий, которые удовлетворяют условию управляемости, и синтезом алгоритма принятия решений .

ABSTRACT

In the article is designed the method of technological process control systems fault-tolerance calculating (TP CS) based on finite state machine of Moore type. Is observed the TP CS technical condition state change after the first, second failure and the sequence of failures. The method is based on the stationary models set concept. As a formal description of TP CS life cycle is observed the machine graph for the flow of the three potential failures. It is concluded that TP CS design is a reconfiguration associated with the choice of measurement points to ensure the state observability, control actions induction points that satisfy the condition of control, and algorithm synthesis for decision-making .

Ключевые слова: отказоустойчивые системы управления, конечный автомат типа Мура, диагностика неисправностей, условия управления .

Keywords: technological process, control systems, fault-tolerance, failures, stationary models, decision-making, condition of control, machine graph .

Введение. Современные технологические процессы проектируются вместе со сложными системами управления иерархической структуры. Практика управления небезопасными технологическими установками, работающими вблизи критических режимов, делает актуальной проблему развития теории в направлении разработки моделей и методов расчета отказоустойчивых систем управления [1] .

Следует также подчеркнуть, что основной контур управления и контур адаптации маскируют действия неисправностей, что затрудняет диагностирование последних. В статье рассматривается методика расчета систем управления ТП на основе конечного автомата типа Мура .

Разработанная методика базируется на изложенной в работах [1, 3] концепции множества стационарных моделей, в соответствии с которой действие неисправности, а также мероприятия по их ослаблению путем реконфигурирования основной системы интерпретируются как смена моделей. Отсюда следует принципиальная особенность моделей объектов управления техническим состоянием (ОУТС) СУ ТП. Она обусловлена тем, что имеется конечное множество технических состояний, элементами которого являются — исправная, неисправные и реконфигурированные (скорректированные, подстроенные для устранения неисправностей) системы. В случае множеств конечной мощности обращаемся к языку и методам дискретной математики, включая отношения на множествах, графы и комбинаторные алгоритмы .

Выходом управляемого объекта супервизорного уровня является техническое состояние СУ ТП, а входами — возмущения в виде системных неисправностей и управляющие воздействия в виде мер по реконфигурированию .

Уравнения, описывающие изменения технического состояния СУ

ТП после первой по очереди неисправности, запишем так:

–  –  –

a после реконфигурирования получится скорректированная система. Предыдущая система получается сдвигом на шаг назад аргумента последующей системы, что обозначим знаком «минус» при нижнем индексе: S0 S a .

В уравнениях (1), (2) символ означает композицию систем .

Системные неисправности Fa и меры по их устранению a (так называемые мультипликативные взаимодействия) также рассматриваются как фрагменты систем .

Структурная схема ОУТС (рис. 1) изображает ситуацию, когда случилась вторая по очереди неисправность.

Приведем и систему уравнений для описания процессов после второй неисправности:

–  –  –

На структурной схеме операцию сдвига потока событий выполняет элемент памяти Memory .

Объект управления техническим состоянием СУ ТП, как любой объект управления, имеет один выход — управляемую переменную и два выхода — возмущающее и управляющее воздействия .

Предложенная структура относится к моделям типа «вход-состояниевыход», т. е. моделям в форме пространства состояний. Входами являются события в виде системных неисправностей Fb и коррекab, S ab, тирующих действий выходом — событие а состоянием — переменная S a .

Отметим, что предложенная модель оказывается статической, что является следствием игнорирования процессов перестройки СУ ТП. Темп процессов задает асинхронный поток неисправностей .

В том случае, когда имеет место последовательность (поток) неисправностей, для принятия решения о мерах ослабления их последствий необходимо управляющее устройство с памятью .

Действительно, меры по реконфигурированию системы зависят не только от конкретной неисправности, но и от того, какова была предыдущая неисправность и каковой стала система после ее устранения. Для каждого из состояний, вообще говоря, необходима уникальная подсистема диагностирования, а для каждой неисправной системы может потребоваться свой механизм реконфигурирования .

Управляющее устройство, принимающее решение о реконфигурировании СУ ТП, реализует логический алгоритм, т. е. является дискретно-событийным устройством. На входе устройства сигнал имеет вид последовательности символов, отвечающих событиям в виде локализованных неисправностей (диагнозам), а на выходе — дискретные решения о конфигурировании СУ ТП .

Математическими моделями логических устройств с памятью являются конечные автоматы.

Модель логического управляющего устройства (супервизора) представляет собой асинхронный автомат:

D, S,,,, s0,

где: D — входной алфавит — частично упорядоченное множество диагнозов;

S — множество состояний автомата;

— начальное состояние, отвечающее исправной системе;

s0 — выходной алфавит — множество реконфигурирующих воздействий;

— функция переходов, — функция выходов .

Состояниям автомата отвечают системы: исправная, неисправные 1 раз, 2 раза и т. д., скорректированные 1 раз, 2 раза и т. д .

Выберем для определенности автомат типа Мура, выходы которого зависят только от состояния и не зависят напрямую от входа .

Диаграмма графа автомата для потока из трех потенциальных неисправностей изображена на рис. 2. Вершинам графа типа «дерево»

отвечают состояния и соответствующие им выходы, разделенные символом «/». Дугам графа соответствуют диагнозы о неисправностях .

Началу эксплуатации СУ ТП соответствует состояние s0, которое на диаграмме графа переходов-выходов будет обозначаться как 0 .

Функционирование автомата после получения информации о первой неисправности опишем в форме следующих уравнений перехода состояний и выхода:

–  –  –

Аналогично можно записать уравнения автомата в случае последующей неисправности .

Супервизор рассчитан на поток неисправностей конечной длины .

После того, как будет выявлена последняя неисправность, автомат переходит в конечное состояние s f. Дальнейшие решения требуют вмешательства обслуживающего персонала — СУ ТП необходимо вывести из эксплуатации для ремонта или утилизации .

Число состояний автомата — мощность множества S — быстро (как говорят, комбинаторно) растет с увеличением числа потенциальных неисправностей L. Например, для L 3 число состояний автомата равно 3+3*2+3*2*1=15, что следует непосредственно из рис. 2 .

Можно заметить, что автомат хранит в памяти «историю болезни» СУ ТП — каждое его состояние соответствует одной из систем, а единственный путь от вершины 0 до определенной вершины дает информацию о конкретном потоке неисправностей и мер, принятых по ослаблению их воздействия. После заданного числа неисправностей принимается решение о выводе СУ ТП из эксплуатации для ремонта или утилизации .

Заключение. Граф автомата (рис. 2) можно интерпретировать как формальное описание жизненного цикла СУ ТП. Более того, в этот цикл можно включить и этап проектирования, если за начальное состояние принять технологический процесс, динамика которого нас не устраивает. Тогда проектирование СУ ТП представляет собой реконфигурирование, связанное с выбором точек измерения, обеспечивающих наблюдаемость состояний, точек введения управляющих воздействий, которые удовлетворяют условию управляемости, и синтезом алгоритма принятия решений .

Список литературы:

Имаев Д.Х., Шестопалов М.Ю. Системы, толерантные к неисправностям — инновационное направление в управлении сложными процессами // Инновации. 2012. № 7 (165). С. 109—112 .

Имаев Д.Х., Шестопалов М.Ю. Топологические и матричные условия 2 .

локализации неисправностей систем управления // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2012. № 5. С. 36—44 .

Шевцов И.В., Шестопалов М.Ю. Модели управления и диагностики 3 .

технологического процесса производства никелевого порошка. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2012. 218 с .

МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ

РЕКОНФИГУРИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ

ОБЪЕКТАМИ

–  –  –

АННОТАЦИЯ Осуществляется системный подход к проектированию отказоустойчивых систем управления на основе построения систем реконфигурирования. Рассматривается два основных подхода к построению отказоустойчивых (толерантных) систем в зависимости от глубины диагностирования: первый — с идентификацией «в целом» моделей объекта диагностирования; второй — с локализацией и идентификацией неисправностей. Описываются основные этапы методики синтеза при выборе «внешнего» по отношению к системе подхода .

ABSTRACT

Is carried out a systematic approach to fault-tolerant control systems based on systems reconfiguration building design. Are observed two main approaches to the construction of fault-tolerant (tolerant) systems, depending on the depth of diagnosis: the first — with “global” diagnostics object model identification, the second — with faults localization and identification. Are described the main stages of synthesis method, in the case of the “external” system approach choice .

Ключевые слова: реконфигурирование систем, отказоустойчивые системы управления, глубина диагностирования .

Keywords: systems reconfiguration, fault-tolerant control systems, depth of diagnosis, faults localization, synthesis method .

Введение. Проектирование отказоустойчивых систем управления представляет собой сложную научно-техническую проблему, связанную с необходимостью комплексного решения как задачи диагностики состояния технологических систем и объектов, так и собственно обеспечения отказоустойчивости управления, и должно основываться на едином, системном подходе [1]. Особенность системного подхода состоит в том, что система вообще исследуется как единый организм с учетом связей между различными элементами и внешних связей с другими системами, а управление как процесс, обеспечивающей требуемое поведение системы .

Построение систем реконфигурирования предполагает два основных подхода к построению отказоустойчивых (толерантных) систем в зависимости от глубины диагностирования [2]:

1. с идентификацией «в целом» моделей объекта диагностирования (ОД);

2. с локализацией и идентификацией неисправностей .

Первый, «внешний» подход, не требует локализации неисправного компонента, а второй подход, связанный с рассмотрением систем с раскрытой структурой, можно считать «внутренними». Для него характерен больший объем информации о неисправности, что, в принципе, должно найти отражение в качестве процессов перестройки .

Первый подход основан на концепции, в соответствии с которой ОД — неисправная система управления в целом — интерпретируется как технический объект, потерявший качественные показатели процессов, например, часть запаса устойчивости или даже ставший неустойчивым. Здесь нет необходимости в локализации неисправности — достаточно иметь результат текущей идентификации, свидетельствующий о неудовлетворительности динамики системы .

Задача обеспечения толерантности решается внешними по отношению к ОД средствами — путем охвата «нового» ОД обратными связями. Известно, что обратные связи являются единственным средством изменения собственной динамики объекта. Существенно, что при этом задача решается на базе традиционных моделей и методов классической и современной теории управления .

При первом подходе глубина диагностирования «нулевая», что и определяет необходимость коррекции системы в целом. Иллюстрация первого подхода к обеспечению толерантности приведена на рис. 1, а .

–  –  –

Реализация первого подхода, кроме проблем диагностики, требует решения ряда задач по формированию структур информационных связей (топологии) и синтезу алгоритмов обработки текущей информации в реальном времени.

К ним относятся:

1. выбор точек измерения — выходов, обеспечивающих наблюдаемость подлежащего изменению состояния ОД;

2. выбор входов, обеспечивающих управляемость, т. е. точек ввода воздействий;

3. синтез алгоритмов коррекции динамики и/или режима функционирования системы .

В общем случае единственная обратная связь не способна корректировать все множество неисправных систем. Тогда решается задача декомпозиции/децентрализации системы, которая заключается в оптимальном разбиении множества потенциально неисправных систем на группы, для каждой из которых создается своя подсистема коррекции .

Второй подход к построению систем обеспечивает толерантность к локализованным неисправностям внутренними средствами — путем подстройки подсистем или компонентов, переключения или удаления существующих связей. Это требует локализации и идентификации неисправной подсистемы или компонента .

Решение зависит от глубины диагностирования. Если неисправность локализована с точностью до подсистемы, то корректируется неисправная подсистема, а не система в целом. Такая ситуация характерна, например, для измерительных или исполнительных подсистем, построенных по принципу обратной связи. Их неисправность может заключаться в потере качества или даже устойчивости .

Естественно, что меры по ослаблению влияния неисправности, принимаемые в непосредственной близости к источнику, окажутся более быстродействующими, потребуют меньших энергетических затрат, не нарушат ограничений на переменные по сравнению с мерами по коррекции системы в целом. При этом процедуры синтеза толерантных систем, разработанные для первого подхода, сохранятся, хотя их реализация станет проще. На рис. 1, б приведена иллюстрация второго подхода к обеспечению толерантности в случае, когда локализована неисправная подсистема, но не конкретизирован неисправный компонент .

Если удается локализовать неисправный компонент, т. е.

подсистему нулевого причинно-следственного уровня, то может быть принято решение:

о замене неисправного компонента резервным;

о подстройке существующего компонента с близкими функциями с целью уменьшения последствий выключения неисправного .

Рис. 1, в иллюстрирует действия по ослаблению неисправности в виде потери связи между компонентами. Связь дублируется, в противном случае должен быть организован обходной путь передачи информации.

К задачам второго подхода к обеспечению толерантности относятся:

упорядочение неисправностей компонентов и связей по степени их влияния на процессы в основной системе;

оценка степени взаимозаменяемости компонентов и связей;

синтез алгоритмов подстройки параметров, изменения структур операторов компонентов или реконфигурирования топологии неисправной системы .

Далее предлагается методика обеспечения толерантности технических объектов, реализующая первый подход .

Методика синтеза, если выбран «внешний» по отношению к системе подход, складывается из следующих основных этапов:

1. Анализ влияния среды как источника неисправностей и обоснование необходимости в мерах по обеспечению толерантности системы управления .

2. Выбор одного из двух подходов, «внешнего» или «внутреннего», к построению системы супервизорного уровня управления .

3. Топологический синтез корректирующего контура .

4. Структурный синтез устройства коррекции .

5. Компьютерная имитация неисправностей и анализ переходных процессов, вызванных неисправностью и реконфигурированием системы .

6. Параметрический синтез реконфигурируемой системы по критерию «максимального быстродействия» — минимизации времени от момента обнаружения и локализации неисправности до практического завершения перестройки при учете ограничений на структуру и параметры звеньев коррекции .

7. Компьютерная имитация системы и анализ переходных процессов с целью проверки выполнения ограничений на переменные состояния и управляющие воздействия .

8. Если не выполнены ограничения на переменные, то следует уточнить модель и повторить оптимизацию параметров .

9. Если не выполнены ограничения на длительность переходных процессов, то следует вернуться к этапам топологического и структурно-параметрического синтеза. Возможно, в соответствии с принципом эволюционного синтеза требуется усложнение топологии путем введения очередных контуров коррекции .

10. Если усложнение системы не приводит к удовлетворительному результату, то необходимо пересмотреть этапы формирования системы технической диагностики с целью ускорения процессов выявления и локализации неисправности .

Супервизорный уровень управления, автоматически реконфигурирующего ОД с целью обеспечения толерантности к неисправностям, проектируется для функционирования в одном из двух режимов:

on-line или off-line .

Список литературы:

Алексеев А.А., Кораблев Ю.А., Шестопалов М.Ю. Методы управления 1 .

и диагностики в технических системах с применением нечеткой логики. — СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». — 2008. — 188 с .

Имаев Д.Х., Шестопалов М.Ю. Системы, толерантные к неисправностям — инновационное направление в управлении сложными процессами // Инновации. —2012. — № 7 (165). — С. 109—112 .

СЕКЦИЯ 2 .

МАШИНОСТРОЕНИЕ

И МАШИНОВЕДЕНИЕ

ВЛИЯНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР

НА ТВЕРДОСТЬ И ДЕФОРМАЦИИ

ПРЕССОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

–  –  –

АННОТАЦИЯ Рассмотрены зависимости твердости, временных упругих и остаточных деформаций прессованной древесины, критерия относительного сближения трущихся поверхностей от температуры, позволяющие скорректировать расчеты надежности и работоспособности подшипников из прессованной древесины при отрицательных температурах. Данные исследования характеризуют изменение основных механических свойств прессованной древесины при отрицательных температурах .

ABSTRACT

Considered dependences of hardness, temporary elastic and permanent deformations of a compregnated wood, criterion of the relative rapprochement of rubbing surfaces on temperature, allowing to correct calculations of reliability and serviceability of bearings from a compregnated wood at the subzero temperatures are considered. These researches characterize change of the main mechanical characteristics of a compregnated wood at the subzero temperatures .

Ключевые слова: прессованная древесина, узел трения, твердость, деформация, отрицательная температура .

Keywords: compregnated wood, sliding friction knot, hardness, deformation, the subzero temperature .

В настоящее время в условиях отрицательных температур широко используются различные машины и механизмы, повышение работоспособности и надежности которых является весьма актуальной задачей. Применяемые в них узлы трения преимущественно изготавливаются из различных металлических сплавов. Такие узлы трения имеют ряд существенных недостатков при работе в условиях отрицательных температур. Основным недостатком металлических пар трения скольжения и качения является схватывание контактирующих поверхностей при отрицательных температурах (их примерзание и адгезия), которое при начале работы механизма вызывает значительный износ пары трения, а иногда и заклинивание подшипника, что приводит к выходу из строя всего агрегата .

Применение в узлах трения подшипников из прессованной древесины (ДП) может решить данную проблему. Узлы трения с подшипниками из ДП имеют ряд преимуществ перед подшипниками из других антифрикционных материалов: низкую себестоимость;

незначительный износ сопряженной поверхности трения; хорошую деформативность при достаточной твердости и упругости; способность поглощения абразивных частиц; низкую металлоемкость;

способность наполняться и пропитываться смазочными материалами (работают на самосмазке) .

Для внедрения узлов трения с подшипниками из ДП в народное хозяйство многими учеными производились исследования свойств и различных характеристик ДП. Однако эти исследования имели частный характер и производились при температурах от +20 до +100 0С. Исследования свойств ДП как антифрикционного материала при отрицательных температурах будут способствовать внедрению ее в механизмы и оборудование, работающие в условиях Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера .

Основной характеристикой работы пары трения металл-ДП является критерий относительного сближения сопряженных поверхностей, определяемый как частное глубины внедрения металлической неровности и радиуса этой неровности у основания .

В исследованиях [2] доказано, что критерий относительного сближения пары металл-ДП зависит от механических свойств ДП, так как металл в данном случае выступает в роли абсолютно твердого тела по отношению к ДП. Основными характеристиками механических свойств ДП является твердость, временные упругие и остаточные деформации, которые определяют надежность и работоспособность подшипникового материала .

Известно, что твердость и деформации ДП изменяются в зависимости от температуры [3], причем при повышении температуры от +20 до +100 0С твердость и временные упругие деформации уменьшаются, а временные остаточные деформации увеличиваются. Логично предположить, что при уменьшение температуры от +20 до –100 0С твердость ДП будет увеличиваться .

Поэтому расчет подшипников, работающих при отрицательных температурах, необходимо вести с учетом изменения твердости и деформаций .

По данным исследований, приведенных в работе [5], упругий контакт имеет место при величине сближения .

Критическая величина относительного сближения поверхностей зависит от механических свойств трущихся поверхностей .

Согласно исследованиям [6], контакт поверхностей при трении аналогичен контакту единичной неровности с поверхностью. Если принять за глубину внедрения единичной неровности, при которой начинается микропластическая (временная остаточная) деформация ДП, то можно приближенно принять .

Для определения критерия относительного сближения перейдем на модель контакта поверхностей трения пары металл-ДП. Моделью металлической неровности принимаем металлический шарик диаметром 5 мм, с помощью которого определяется твердость, временные упругие и остаточные деформации по ГОСТ 13338-86 [4] .

Из уравнения твердости ДП получаем формулу для определения критерия относительного сближения поверхностей пары трения металл-ДП:

где: — нагрузка на единичную неровность (шарик), Н;

— радиус единичной неровности (шарика), м;

— твердость ДП, Па .

Так как твердость ДП зависит от температуры, критерий относительного сближения поверхностей тоже будет зависеть от температуры.

Поэтому формула (1) примет вид:

где: — зависимость твердости ДП от температуры .

Таким образом, зная зависимость твердости ДП при отрицательных температурах, по формуле (2) можно рассчитать критерий относительного сближения поверхностей трения пары металл-ДП, по которому определяется надежность и работоспособность подшипников из ДП .

Экспериментальные исследования зависимости твердости, временных упругих и остаточных деформаций от температуры проводились на специально разработанной установке, описанной в работе [2] .

Твердость, временные упругие и остаточные деформации определялись в соответствии с ГОСТ 13338-86 [4] по формулам:

где: — нагрузка, прилагаемая к шарику, Н;

— радиус шарика, м;

— глубина отпечатка шарика, измеренная после снятия нагрузки, м;

— глубина отпечатка шарика, измеренная под нагрузкой, м .

По результатам испытаний построен график зависимости твердости от температуры в интервале от +20 до –100 0С для трех направлений действия нагрузки (рис. 1) .

Рисунок 1.

Изменение твердости ДП в зависимости от температуры:

1 — в радиальном направлении к волокнам; 2 — в тангенциальном направлении к волокнам; 3 — в торцевом направлении к волокнам Анализируя графики, представленные на рис. 1, можно сделать следующие выводы:

1. С понижением температуры от +20 до –100 0С твердость ДП увеличивается: при действии нагрузки в радиальном направлении к волокнам от 124,7 до 349,3 МПа, в тангенциальном — от 128,1 до 400,4 МПа, в торцевом — от 133,6 до 404,5 МПа .

2. Анизотропия древесины оказывает незначительное влияние на величину твердости в интервале температур от +20 до –100 0С .

Так как торцевая поверхность трения является оптимальной, по результатам экспериментальных данных изменения торцевой твердости ДП в интервале охлаждения от +20 до –100 0С получена аналитическая зависимость [1] В результате обработки экспериментальных данных построены графики изменения величин временных упругих и остаточных деформаций ДП для нагрузок, действующих в радиальном, тангенциальном и торцевом направлениях в интервале температур от +20 до –100 0С (рис. 2) .

Рисунок 2.

Изменение упругих и временных остаточных деформаций ДП в зависимости от температуры:

1, 2, 3 — упругие деформации; 4, 5, 6 — остаточные деформации;

1, 4 — в радиальном направлении к волокнам;

2, 5 — в тангенциальном направлении к волокнам;

3, 6 — в торцевом направлении к волокнам Анализируя графики, представленные на рис. 2, можно сделать следующие выводы:

1. Характер изменения временных упругих деформаций может быть принят линейным. В интервале температур от +20 до –100 0С временные упругие деформации возрастают: при действии нагрузки в радиальном направлении к волокнам от 67 до 82 % (на 15 %);

при действии нагрузки в тангенциальном направлении к волокнам от 70 до 85 % (на 15 %); при действии нагрузки в торец от 63 до 83 % (на 20 %) .

2. Временные остаточные деформации изменяются также по линейной зависимости от температур обратно пропорционально упругим: при действии нагрузки в радиальном направлении к волокнам от 33 до 18 % (на 15 %);при действии нагрузки в тангенциальном направлении к волокнам от 30 до 15 % (на 15 %);

при действии нагрузки в торец от 37 до 17 % (на 20 %) .

Изменение временных упругой и остаточной деформаций торцевой поверхности ДП в интервале охлаждения от +20 до –100 0С может быть описано аналитическими зависимостями:

На основе экспериментальных данных в зависимости от температуры можно установить максимальный критерий сближения, определенный по глубине отпечатка шарика под нагрузкой 250 Н и минимальный критерий сближения, определенный по глубине отпечатка шарика после снятия нагрузки .

На рис. 3 представлены экспериментальные графики зависимости максимального и минимального критериев относительного сближения трущихся поверхностей пары металл-ДП от температуры, из анализа которых следует, что с понижением температуры критерий относительного сближения уменьшается пропорционально повышению твердости. При понижении температуры от +20 до –100 0С снижается от 0,066 до 0,049, т. е. на 0,017 (25 %), а — от 0,024 до 0,008, т. е. на 0,016 (70 %) .

Критерий относительного сближения трущихся поверхностей, согласно формуле (2), зависит не только от твердости, но и от нагрузки .

Поэтому при увеличении нагрузки на подшипник будет наблюдаться переход условий контакта из зоны упругих в зону остаточных деформаций. Если нагрузка на подшипник из ДП будет вызывать только временные упругие деформации на поверхности трения, то такие подшипники окажутся надежными и работоспособными .

Рисунок 3.

Зависимость критерия сближения пары трения металл-ДП в зависимости от температуры:

1 — максимальный критерий сближения ; 2 — критерий сближения в пределах упругих деформаций; 3 — минимальный критерий сближения В заключении можно сделать следующие выводы .

1. Твердость ДП практически не зависит от анизотропии и при действии нагрузки в торцевом направлении к волокнам (торцевая твердость) в интервале температур от +20 до –100 0С увеличивается с 133 до 405 МПа .

2. Временные упругие и остаточные деформации в небольшой степени зависят от анизотропии ДП. Максимальное значение отклонения деформаций для различных направлений действия нагрузок по отношению к волокнам не превышают 10 %. Причем временные упругие деформации с понижением температуры увеличиваются, а временные остаточные — уменьшаются .

3. Повышение твердости и увеличением временных упругих деформаций понижает критерий относительного сближения трущихся поверхностей пары металл-ДП, что позволяет применять подшипники из ДП в узлах трения, испытывающих значительно большие нагрузки, чем при обычных температурах .

Список литературы:

Аксенов А.А. Влияние отрицательных температур на твердость 1 .

прессованной древесины [Текст] / А.А. Аксенов // Известия высших учебных заведений «Лесной журнал». — 2010. — № 6. — С. 133—137 .

Аксенов А.А. Повышение надежности подшипников лесных машин, 2 .

работающих при отрицательных температурах [Текст]. Автореф. канд .

диссер. / А.А. Аксенов — Воронеж: Воронежск. гос. лесотехн. акад., 2003. — 18 с .

Винник Н.И. Модифицированная древесина [Текст] / Н.И. Винник. — М.:

3 .

Лесн. промышленность, 1980. — 158 с .

ГОСТ 13338-86. Древесина модифицированная. Метод определения 4 .

твердости, временных упругих и временных остаточных деформаций [Текст]. — Введ. 1986-03-01. — М.: Изд-во стандартов, 1986. — 8 с .

Крагельский И.В. Трение и износ [Текст] / И.В. Крагельский. –2-е изд., 5 .

перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1968. — 480 с .

Михин Н.М. Трение в условиях пластического контакта [Текст] / 6 .

Н.М. Михин. — М.: Изд-во «Наука», 1968. — 104 с .

ЗАДВИЖКА АВАРИЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

–  –  –

АННОТАЦИЯ Зачастую задвижки используемые в магистральных трубопроводах являются не устойчивыми к агрессивной рабочей среде, в которой им приходится работать, из-за неметаллических прокладок и узлов, поэтому предлагаемое устройство запорной арматуры не имеет не металлических включений, все элементы задвижки соединяются посредством сварки. Притом все основные элементы задвижки выполняются из материалов стойких к агрессивной рабочей среде, что позволяет увеличить срок эксплуатации задвижки .

ABSTRACT

Often valves used in pipelines are not resistant to aggressive working environment in which they operate, because of non-metallic gaskets and components, so the proposed device valves has no metal contamination, all elements of the valve are connected by welding. While all of the major elements of the valve are made of materials resistant to aggressive working environment, thus increasing the service life of the valve .

Ключевые слова: запорная арматура; высокая надежность;

сварной сильфон; соединение деталей посредством сварки .

Keywords: valves, high reliability, welded bellows, the connection details by welding .

Традиционные запорные устройства трубопроводов — вентили и задвижки, особенно при эксплуатации в агрессивной среде или при значительных перепадах температуры, выходят из строя, или дают отказы, причиной которых являются подвижные соединения звеньев, нуждающихся в смазке, уплотнения, герметизирующие элементы управления запорных устройств, склонные к старению, тем самым нарушающие подвижность устройств и их работоспособность .

Невозможность открыть или закрыть запорное устройство может во многих случаях стать причиной аварии или катастрофы .

Возможность потери работоспособности запорного устройства, работающего в условиях промышленного предприятия или обслуживаемого специальными бригадами объекта, может быть предотвращена утверждающими регламентными работами. При этом трубопроводная система должна быть или остановлена или содержать дублирующие запорные устройства, существенно усложняющие саму систему .

Для трубопроводов систем горячей и холодной воды коммунальных организаций, магистральных трубопроводов нефтехимических предприятий, которые подвергаются химическому и температурному воздействию, зависящему от погодных условий, природных катаклизмов (наводнения, снежные заносы), спрогнозировать и выполнить регламентные работы по обеспечению работоспособности практически не возможно .

Из этого следует, что в запорных устройствах аварийного назначения, т. е. редко используемых, но требующих особо высокой надежности, и не обязывающих производства регламентных работ, способных функционировать с агрессивными рабочими телами в условиях агрессивных сред, причем в значительно широком температурном диапазоне, обязательно должны отсутствовать шарнирные соединения деталей между внутренней полостью и внешней средой, а также уплотнения из неметаллических материалов .

Решение этой задачи в запорном устройстве аварийного назначения выполняется из материала, стойкого к воздействию рабочего тела и среды, посредством соединения деталей сваркой .

Корпус задвижки содержит входной 1 и выходной 2 каналы в виде двух отрезков трубы, между которыми размещена направляющая 3 с ползуном 4 (шибером). На запорной стороне ползуна закреплен стакан 5, обеспечивающий шарнирное соединения ползуна со сферическим оголовком 6 внутреннего конца двуплечего коромысла 7. С внешней стороны корпуса коромысло 7 имеет поперечину 8, шарнирно, со значительным зазором, соединенную с проушинами 9, приваренными к корпусу задвижки так, что геометрическая ось шарнирного соединения поперечины 8 и проушин 9 пересекает сварной сильфон 10 в плоскости крепления проушин .

Сварной сильфон 10, выполняющий роль уплотнения, периферийной частью приварен к фланцу корпуса, а через его центр, также сварным соединением, пропущено на внешнюю поверхность задвижки коромысло 7, выполняя роль уплотнения при передаче движения от внешнего конца 11 коромысла 7 к внутреннему с оголовком 6, а затем ползуну 4, расположенному внутри корпуса задвижки .

Для фиксации положения ползуна на внешней стороне корпуса, напротив внешнего конца 11 коромысла 7, посредством шарнира 12, закреплена серьга 13 фиксатора в виде планки с рядом отверстий, которыми она может быть наброшена на конец коромысла, обеспечивая стопорение коромысла 7, а, следовательно, регулировку и фиксацию положения ползуна задвижки. Сварной сильфон посредством сварки крепиться к стакану 14 (Рисунок 1) .

Теоретические исследования работоспособности упругого элемента сильфона задвижки .

Для подтверждения работоспособности задвижки, применительно к конкретным эксплуатационным параметрам трубопроводов, в частности к коммунальным сетям горячей и холодной воды, нефтепроводам. Были выполнены аналитические исследования по оценке характеристик и нагруженности материала сварных сильфонов, выполненных из листового материала, способных под нагрузкой получать большие угловые перемещения (осевые перемещения будут скомпенсированы или очень малы, так что ими можно пренебречь), а также схем их деформации и конструктивного исполнения .

Рисунок 1. Задвижка аварийного назначения для трубопроводов

Дано: Сварной сильфон типа I, состоящий из мембран n = 7, DН = 2RН = 100 мм; DВ = 2 RВ = 62,5 мм; h = 0,8 мм и H = 2,6 мм .

Сильфон изготовлен из стали X18Н10Т, модуль упругости E = 20300 кгс/мм2, предел прочности [n] = 1,85, предел текучести [ т] = 70 кгс/мм2. Вычислить наибольшее эквивалентное напряжение при давлении р = 8 кгс/см2, при работе сильфона по схеме силовой компенсации (имеются ограничения осевого перемещения) .

1. Рассчитаем напряжения, возникающие в сильфоне при действии внутреннего давления .

Вначале подсчитываем коэффициент k, учитывающий отношение внешнего к внутреннему радиусам сильфона:

–  –  –

где: Вр — коэффициент напряжений возникающих при внутреннем давлении рабочего тела .

Т. к. у нас условия силовой компенсации, то будет настолько маленьким что им можно будет пренебречь (или =1) .

6. Рассчитаем напряжения которые возникают при изгибе сильфона .

7. Рассчитаем максимальные напряжения которые возникают в сильфоне при действии внутреннего давления и изгибающего момента .

–  –  –

Список литературы:

Андреева Л.Е. Сильфоны. Расчет и проектирование / Л.Е. Андреева;

1 .

под ред. Л.Е. Андреевой. — М.: Машиностроение, 1975. — 156 с .

Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов / Л.Е. Андреева. — М.:

2 .

Машгиз, 1962. — 456 с .

Пономарев С.Д. Расчет упругих элементов машин и приборов / 3 .

С.Д. Пономарев, Л.Е. Андреева. — М., 2004. — 326 с .

ЦЕОЛИТ И ПЕРСПЕКТИВЫ

ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ПРИ ОЧИСТКЕ БИОГАЗА

–  –  –

Ключевые слова: просушивание, обессеривание, очистка, адсорбция, биогаз, цеолит .

Keywords: airing, desulphuration, clearing, adsorption, biogas, zeolite .

1. Анализ и выбор метода очистки, осушки биогаза При температуре процесса брожения в 30—400С биогаз из реактора выходит в водонасыщенном состоянии. Ввиду этого, сырой биогаз насыщен водяным паром и содержит, наряду с метаном (СН4) и двуокисью углерода (СО2), также существенные количества сероводорода (Н2S). Чтобы защитить агрегаты газоподготовки от сильного износа, поломки и выполнять требования последующих ступеней очистки, водяной пар, сероводород и двуокись углерода из биогаза нужно удалить. Тем более, если биогаз используется в тепловых установках и двигателях внутреннего сгорания, то предварительная обработка и очистка биогаза от вредных и балластных примесей обязательны .

Сероводород является токсичным и имеет неприятный запах тухлых яиц. Из сероводорода и содержащегося в биогазе водяного пара образуется серная кислота. Кислоты разъедают внутренние поверхности двигателей, а также другие детали и узлы (газопровод, в том числе отводящий, и т. д.). Компоненты с содержанием серы также ведут к уменьшению производительности очистных установок .

Применяются различные технологии по очистке. В последние годы при очистке биогаза широко используется грубая фильтрация в гравийном фильтре. Иногда применяют тонкие фильтры из стекловолокна, но это связано с повышением энергозатрат .

В таблице 1 приведен обзор распространенных способов обработки, которые целесообразно использовать при получении биогаза в объемах до 100—3000 м3/ч [1] .

–  –  –

скорости разложения до 99 %, что может приводить к концентрациям остаточного газа до 50 ppm серы [3, с. 126] .

Недостатки:

дополнительный агрегат, требующий расходов (оптимум тепла установки биофильтров при 28—32С);

дополнительные расходы на техобслуживание (подготовка питательных веществ);

установки биофильтров заносят слишком много воздуха в биогаз .

Из-за небольшого объема воздуха в 6 %, необходимого для подачи, эта технология для подготовки биометана не подходит [3, с. 126] .

2.3. Биопромывка. В отличие от технологии с биофильтрами и внутренним обессериванием биохимическая промывка биогаза — это единственная биологическая технология, которая обеспечивает очистку до качества природного газа. Двухступенчатая технологическая установка состоит из колонны с наполнителем (абсорбция Н2S разбавленной натриевой щелочью), биореактора (регенерация раствора посредством добавления атмосферного кислорода) и сепаратора серы (сбор элементарной серы). Установка предотвращает занесение воздуха в биогаз, благодаря отделенной регенерации .

Однако, такая установка подходит только для больших потоков газа или достаточного содержания Н2S. В наших исследованиях применение такой установки будет нерентабельно и целесообразно .

Недостатки:

расходы на дополнительный агрегат (натриевая щелочь, свежая вода);

нужны химикаты;

для разбавления щелочи нужна дополнительная подача свежей воды (не в случае с гидроксидом железа);

дополнительные затраты на техобслуживание .

2.4. Внутреннее химическое обессеривание. Это форма химического обессеривания происходит в реакторе. Химическими субстанциями для сепарации могут быть соли железа (железа-(III)хлорид, железа-(II)-хлорид, железа-(II)-сульфат) в твердой или жидкой форме, подходит также бурый железняк .

Недостатки:

расчет параметров в зависимости от содержания серы субстратов на входе производится тяжело (в большинстве случаев необходимо увеличение дозирования);

увеличение текущих расходов вследствие постоянного использования химикатов;

увеличение инвестиционных расходов вследствие более существенного использования систем безопасности .

2.5. Адсорбция активированным углем. Данная технология разработана Пражским химико-технологическим институтом. Удаление сероводорода (Н2S) проходит в адсорбере с твердым слоем, через который протекает биогаз. Цилиндрическая колонна адсорбера изготовлена из антикоррозионной стали с отверстием в верхней части для загрузки сорбента. Для подачи биогаза адсорбер оснащен входным трубопроводом со стандартным присоединительным фланцем. Адсорбер устанавливается на бетонном основании, несущие ножки закрепляются. С наружной стороны изолирован минеральной и стеклянной ватой толщиной 100 мм — в алюминиевом корпусе, покрывающем весь адсорбер. Для адсорбции используется активированный уголь в виде мелких гранул. Масса наполнителя — в зависимости от типа адсорбера .

В процессе очистки адсорбционный материал под действием выделения элементарной серы деактивируется. Поэтому через определенное время необходима его замена. Эффективность очистки колеблется в пределах 99—96 % .

Рисунок 1. Адсорбер с твердым слоем

Недостатки:

не подходит для биогазов без содержания кислорода и водяного пара (исключение: импрегнированные активированные угли);

большие эксплуатационные расходы из-за дорогой регенерации (пар с температурами свыше 450С;

утилизация активированных углей .

Таким образом, можно сделать вывод, что наиболее простым и дешевым способом очистки является внутреннее химическое обессеривание биогаза на основе образования сульфидов при взаимодействии с оксидом железа и гидроксидом железа Fe(OH) 3 .

3. Анализ и выбор метода очистки биогаза от углекислого газа Очистка биогаза от СО2 может производиться различными способами:

3.1. Короткоцикловая безнагревная адсорбция (КБА). В ННЦ ХФТИ разработана и изготовлена установка небольшой производительности (до 3 нм3/ч), в которой использован метод короткоцикловой безнагревной адсорбции .

В основу конструкции установки положена схема полного разделения бинарной газовой смеси, т. е. в результате разделения получаются два товарных продукта — метан и диоксид углерода .

Разделительная установка имеет две параллельные газовые линии с разделительными адсорберами, заполненными цеолитом СаА .

Объемы каждого адсорбера — около 5 л. Рабочее давление в адсорбере — от 0,01 МПа при десорбции до 0,6 МПа при адсорбции .

Продолжительность цикла адсорбция — десорбция — до 5 мин .

Десорбция поглощенных газов производилась путем форвакуумной откачки при комнатной температуре. Для создания давления биогаза верхнего уровня (адсорбция) используется компрессор Dari HP-2 производительностью 150 л/мин, а для получения нижнего уровня давления (десорбция) используется форвакуумный насос 2HBP-5D производительностью 5 л/с. Сглаживание колебания давления на входе форвакуумного насоса происходит за счет буферного объема 5 л, а стабилизацию давления на выходе компрессора обеспечивает его ресивер объемом 20 л. Наличие влаги в биогазе оказывает существенное влияние на адсорбционную емкость цеолита по основному сорбируемому компоненту — диоксиду углерода, поэтому в газовую схему установки после компрессора введен влагопоглотитель, заполненный цеолитом Na A. Он изготовлен из нержавеющей стали, имеет металлические уплотнения, допускающие прогрев до 400°С при регенерации. Объем влагопоглотителя — около 2 л. Для коммутации газовых потоков в установке использовано девять электромагнитных отсекающих клапанов, четыре шаровых крана и один регулирующий игольчатый вентиль .

–  –  –

При такой конфигурации установки может достигаться выход CH4 97 %. Срок службы адсорбентов при грамотном использовании практически неограничен, но для этого нужен просушенный сырой газ без содержания серы .

3.2. Промывка водой под давлением (ПВД). Промывка водой под давлением наиболее широко распространена для подготовки биогаза на работающих биогазовых установках в Европе. Она основана на различной растворимости CH4 и CO2 в воде. Предварительно очищенный биогаз (то есть сепарация вероятно захваченных из реактора капель воды или из взвеси в гравийной засыпке) сначала сжимается примерно до 3 бар и затем на последующей ступени компрессора примерно до 9 бар. После чего биогаз в противотоке протекает через наполненную H2O абсорбционную колонну (реактор с орошаемым слоем катализатора) [3, с. 131]. В колонне в воде растворяются сероводород, двуокись углерода, аммиак и вероятно имеющиеся в сыром газе пыль и микроорганизмы. Эти вещества после понижения давления воды удаляются из системы .

3.3. Химическая промывка. Аминовая промывка — это абсорбционная технология, при которой биогаз без давления вступает в контакт с промывочной жидкостью, при чем двуокись углерода переходит в промывочную жидкость. В качестве промывочной жидкости для сепарации СО2 зачастую используется моноэтаноламин (МЭА) (технология низкого давления и если должен вымываться только СО2) или диэтаноламин (ДЭА) (технология высокого давления без регенерации). Для отделения СО2 и Н2S служат метилдиэтаноламин (МДЭА) или триэтаноламин (ТЭА) [3, с. 132]. Для восстановления моющего средства после этапа абсорбирования используется ступень десорбции или регенерации, причем обычно применяется водяной пар. Для этого необходимо много тепловой энергии, что является большим недостатком технологии. Аминовая промывка используется преимущественно для небольших объемных потоков и в местах с недорогими источниками тепла .

3.4. Физическая промывка по технологиям Selexol, Genosorb .

Принцип функционирования технологии с Genosorb похож на промывку водой под давлением. Это дальнейшая разработка технологии с использованием Selexol. Вместо воды используется моющий раствор (Genosorb), вступающий при 7 бар в контакт с биогазом, при чем наряду с двуокисью углерода и сероводородом может отделяться и вода. Промывка с Genosorb является единственной технологией, которая может за один проход удалять все три посторонние вещества. Но по экономическим причинам следует использовать обессеренный и просушенный биогаз. Регенерация моющего раствора производится при 50С посредством поэтапного сброса давления и последующей промывкой с атмосферным воздухом .

С точки зрения энергетики у этой технологии потребность в энергии слегка выше, чем у промывки водой под давлением или короткоцикловой безнагревной адсорбции [3, с. 133]

3.5. Мембранные технологии. Мембранная технология является относительной новинкой в сфере подготовки биогаза, она еще находится на этапе развития. Но кое-где мембранные технологии уже используются (Австрия, Кислегг-Рамхаус). При использовании мембранных технологий разделение метана и других компонентов газа обеспечивается благодаря разным скоростям диффузии молекул различных газов. Метан, который имеет относительно маленькую молекулу, проходит через большинство мембран быстрее, чем, например, двуокись углерода или углеводород. При этом чистоту газа можно регулировать видом мембраны, поверхностью мембраны, скоростью потока и количеством ступеней разделения .

3.6. Конденсационное просушивание .

Принцип действия этой технологии основывается на отделении конденсата в результате охлаждения биогаза ниже температуры конденсации. Охлаждение биогаза зачастую выполняется в газопроводе. При прокладывании газопровода создается соответствующий перепад высот и конденсат собирается в построенном в самом глубоком месте газопровода конденсатосборнике. Если газопровод проложен под землей, охлаждение является более сильным. Условием для охлаждения биогаза в газопроводе, впрочем, является достаточная для охлаждения длина газопровода. Наряду с водяным паром вместе с конденсатом из биогаза удаляются и другие нежелательные компоненты, такие как растворяющиеся в воде газы и аэрозоли .

3.7. Адсорбционное просушивание. Значительно лучшие результаты могут достигаться адсорбционным просушиванием, которое работает на основе цеолитов, силикагелей или оксида алюминия .

При этом возможна температура конденсации до –90С [3, с. 130] .

Установленные на неподвижной станине адсорберы эксплуатируются попеременно при атмосферном давлении и 6—10 бар, они подходят для маленьких и средних объемных потоков [3, с. 130]. Регенерация материалов адсорбера может производиться с использованием холода или тепла .

Недостатками этих методов является потребление электроэнергии, необходимость в первичных капитальных затратах. Поэтому для очистки биогаза от сероводорода, углекислого газа и водяных паров необходимо разрабатывать более приемлемые методы .

Природные цеолиты являются широко распространенным и дешевым минеральным сырьем, обладают уникальным спектром физико-химических, адсорбционных свойств, благодаря чему они нашли широкое применение во многих отраслях народного хозяйства, в том числе и в практике очистки воды, биогаза и т. д .

Цеолиты являются каркасными алюмосиликатами, в структуре которых имеются полости, занятые большими катионами и молекулами воды, способными свободно удаляться и поглощаться структурой, благодаря чему происходит ионный обмен [2].

Структурная формула цеолита может быть представлена следующим образом:

Мm/n [(AlO2)x (SiO2)y] zH2O, (1)

где: x + y — сумма тетраэдров в элементарной ячейке, m — число катионов М (калия, натрия, кальция, магния), n — валентность катиона .

Цеолитовые породы широко распространены и используются для исследований в США, Японии, КНР, Турции, Грузии, Армении, Греции, Украине и т. д., а в России — в Приморье, Якутии, Сибири, Забайкалье, на Сахалине, Камчатке [4]. Каждый минерал обладает своими специфическими свойствами и требует подробного исследования физико-химических свойств и адсорбционных характеристик .

В Сунтарском районе Якутии также имеется месторождение цеолита. В данное время сунтарский цеолит широко применяется в качестве биодобавки при вскармливании сельскохозяйственных животных и очистке воды .

Целью дальнейших исследований являются эксперименты по установлению степени фильтрующей способности цеолита Сунтарского месторождения при его использования для очистки биогаза от сероводорода, углекислого газа и водяных паров .

Список литературы:

Баадер В., Е. Доне, М. Бренндерфер, Биогаз Теория и Практики, перевод 1 .

с немецкого и предисловие М.И. Серебряного, УДК 631.371:63.002.8 Москва, КОЛОС, 1982, 15. — 140 с .

Минералогическая энциклопедия: пер. с англ. / Под ред. К. Фрея. — Л.:

2 .

Недра, 1985. — 512 с .

Руководство по биогазу. От получения до использования [Электронный 3 .

ресурс]. — Режим доступа. — URL: http://esco-ecosys.narod.ru/2012_9/ art272.pdf .

Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды. — Киев:

4 .

1981. — 208 с .

РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ

В ОТРЕЗНОМ ИНСТРУМЕНТЕ

–  –  –

АННОТАЦИЯ В статье рассматриваются вопросы аналитического расчета температурных полей в дисковом отрезном инструменте. Проведен расчет температур для стального и вулканитового отрезного кругов .

ABSTRACT

The article deals with the analytical calculation of temperature fields in the disk cutting tool. The calculation of the temperature for steel and vulcanite cutting discs .

Ключевые слова: моделирование; теплопроводность; инструмент; отрезной круг .

Keywords: modeling; thermal conductivity; a tool; a cutting wheel .

На практике часто возникает необходимость определения температурного режима тел, непосредственное измерение температуры которых связано с техническими и методическими трудностями [1, с. 7]. В этом случае представляет практический интерес аналитический метод расчета тепловых процессов, основанный на создании моделей нагреваемых тел и источников .

Традиционно при создании таких математических моделей и построении температурных полей использовались либо численные методы [3], либо суперпозиция точечных источников теплоты [2, с. 10] .

Развитие вычислительной техники и сопутствующего программного обеспечения позволяет применять при расчетах более сложные модели и аналитические приближения [6]. В настоящей работе предлагается математическая модель температурных процессов в дисковых телах при их нагреве внутренними источниками тепла, основанная на тезисах, развитых под руководством Пашацкого Н.В. в работах [4, 5, 9], посвященных проблематике приповерхностного нагрева твердых тел .

Методика построения модели нагрева дисковых тел внутренними источниками тепла описана в работе [8] на примере электроэрозионной резки твэлов .

При разработке модели были сделаны следующие допущения [8]:

теплоотвод с периферийной поверхности дискового тела не учитывается (толщина диска много меньше его радиуса), свойства материала не зависят от температуры (отсутствие фазовых переходов — плавления и испарения материала диска), источники тепла расположены равномерно по окружности дискового тела (это обеспечивается относительно быстрым вращением отрезного инструмента) .

С учетом указанных допущений нестационарный процесс теплопроводности описывается дифференциальным уравнением в частных производных для цилиндрических координат:

–  –  –

где: n учитывает степень смещенности источников тепла к периферии диска .

В результате решения уравнения теплопроводности методом Фурье получено выражение для расчета температурных полей в дисковом теле с учетом сосредоточения источников тепла в периферийной области:

–  –  –

где: — время подвода тепла .

Для отрезных вулканитового и стального дисков, у которых рабочей (режущей) поверхностью является периферия диска, показатель n должен быть бесконечно большим. Однако, как показали расчеты в пакете MathCad, уже при n50 температура периферии слабо изменяется с увеличением n. Расчет температурных полей проводился при следующих параметрах: Q 5000 Дж, b 0,004 м, R0 0,075 м, 50 с, n=58. Для вулканитового диска были взяты значения c 1386 Дж/(кгК), 1200 кг/м3, a 107 м2/с; для стального 7800 кг/м3, c 460 Дж/(кгК), отрезного диска — a 1,245 105 м2/с .

Расчеты температурных полей для вулканитового отрезного диска показали, что с увеличением времени температура на периферии диска неравномерно возрастает и при t=500 c наступает квазистационарное состояние, при котором температура поверхности практически не изменяется и к этому моменту при 50 Вт/(м2К) достигает величины около 500С. Вследствие плохой теплопроводности материала наблюдается резкий спад относительной темперауры при уменьшении r, и при r=0,067 м ( 0,9 R0 ) она близка к нулю .

Анализ температурных кривых на рисунке 1 показывает, что при отсутствии конвекции относительное приращение температуры периферии вулканитового диска достигает 1700С (кривая 1), что может привести к разрушению инструмента. Кроме того, в отсутствие конвекции расширяется область высоких температур режущем слое. При введении вынужденной конвекции температура периферии значительно снижается, доходя при 500 Вт/(м2К) до 100С (кривые 2 и 3). Использование материала с большими теплопроводящими свойствами (например, стали) также приводит к существенному снижению температуры на периферии (сталь на рисунке представлена кривыми 4 и 5) .

–  –  –

Указанная методика расчета температурных полей может быть расширена на другие дискообразные тела с некруглой геометрией режущей кромки и, как следствие, с иным распределением приповерхностных источников тепла (дисковые фрезы, стальные дисковые пилы и др.) .

Список литературы:

Кулаков М.В. Измерение температуры поверхности твердых тел / 1 .

М.В. Кулаков, Б.И. Макаров. — М.: Энергия, 1979. — 96 с .

2. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена / С.С. Кутателадзе. — Новосибирск: Наука, 1970. — 416 с .

3. Осовец С.В. Расчет нестационарного теплового состояния плиты при ее нагреве перемещающимся источником / С.В. Осовец, Е.В. Торопов, А.В. Прохоров, В.Л. Кириллов // Инженерно-физический журнал. — 2000. — Т. 73, № 4. — С. 757—760 .

4. Пашацкий Н.В. Тепловые процессы при сварке плоских изделий / Н.В. Пашацкий, А.В. Прохоров // Сварочное производство. — 2000. — № 7. — С. 3—5 .

5. Пашацкий Н.В. Тепловые процессы при обработке предварительно нагретой стальной плиты огневой машиной / Н.В. Пашацкий, А.В. Прохоров // Известия ВУЗов. Черная металлургия. — 2001. — № 3. — С. 46—48 .

6. Прохоров А.В. Теплопроводность и массообмен в системах с приповерхностными источниками: дис. канд. техн. наук / А.В. Прохоров. — Озерск, 2003. — 122 с .

7. Пашацкий Н.В. Нагрев лезвия проходного резца / Н.В. Пашацкий, А.В. Прохоров, В.В. Закураев, А.А. Шивырев // СТИН. — 2003. — № 4. — С. 21—23 .

8. Пашацкий Н.В. Расчет температурных полей дискового электрода при электроэрозионной резке материалов / Н.В. Пашацкий, А.В. Прохоров, В.Ф. Обеснюк // Сварочное производство. — 2003. — № 8. — С. 37—41 .

9. Пашацкий Н.В. Аналитический расчет распределения температур при многопроходной сварке дисковых деталей / Н.В. Пашацкий, А.В. Прохоров, С.Н. Кононов // Сварочное производство. — 2006. — № 3. — С. 3—6 .

10. Резников А.Н. Теплофизика резания / А.Н. Резников. — М.: Машиностроение, 1969. — 288 с .

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ

–  –  –

АННОТАЦИЯ Статья посвящена вопросам повышения эффективности процесса проектирования универсально-сборных приспособлений. Автором рассматривается создание библиотеки объемных моделей деталей и узлов УСП. Предложена методика проектирования станочных приспособлений с её использованием. Тема, рассмотренная в данной статье, будет интересна специалистам в области конструирования технологической оснастки .

ABSTRACT

The article is dedicated to enhancing the effectiveness of modular devices design process. The author considers the creation of a library of three-dimensional components and assemblies of modular devices. The methodology of designing machine devices is suggested. The subject discussed in this article will be interested to specialists in the jigging designing field .

Ключевые слова: библиотека объемных моделей; универсальносборные приспособления .

Keywords: library of three-dimensional components; modular devices .

Проектирование и изготовление приспособлений становится все более трудоемким, как следствие, дорогим. Оно увеличивает сроки подготовки производства. Сокращение сроков освоения выпуска новых машин при максимальном оснащении технологических процессов их производства остается важнейшей задачей машиностроения .

Имеется ряд систем ускоренной технологической подготовки производства, одна из которых основана на использовании системы универсально-сборных приспособлений (УСП) .

С целью повышения эффективности проектирования приспособлений системы УСП, снижения временных и материальных затрат в АПИ НГТУ на кафедре Технология машиностроения разработана библиотека объемных моделей деталей и узлов универсально-сборных приспособлений в приложении «Менеджер шаблонов» системы трехмерного моделирования КОМПАС-3D .

Библиотека содержит объемные параметрические 3D-модели деталей и узлов универсально-сборных приспособлений, распределенных по группам в зависимости от геометрических размеров и назначения. Для каждой группы создан документ КОМПАС-3D (объемная модель), электронная таблица Microsoft Excel с переменными, соответствующими стандартным размерам элементов УСП, и схема шаблона — файл с рисунком, содержащий имена переменных (параметров). Эти три составляющие подключаются к «Менеджеру шаблонов» [1, с. 7—207] .

Структура библиотеки представляет собой 8 разделов (рис. 1), сформированных в зависимости от служебного назначения элемента

УСП:

1. базовые детали;

2. корпусные детали;

3. направляющие детали;

4. установочные детали;

5. прижимные детали;

6. крепежные детали;

7. разные детали;

–  –  –

Рисунок 1. Структура библиотеки объемных моделей С помощью разработанной библиотеки было спроектировано универсально-сборное приспособление для детали «Ось» (рис .

2) на фрезерно-сверлильную операцию .

Исходными данными для проектирования служат:

вид обработки;

чертеж детали;

схема обработки;

тип станка;

количество одновременно обрабатываемых заготовок деталей .

Рисунок 2. Чертеж детали

При разработке станочного приспособления (СП) использовался системный подход проектирования технологической оснастки [1, с. 7—207]. При этом методе целью проектирования является получение проекта конструкции приспособления в виде разработанной компоновочной схемы приспособления .

Станочное приспособление рассматривается как сложная многоструктурная система. Конечная цель проектирования достигается путем выполнения шести этапов (рис. 3) .

Представленная библиотека объемных моделей элементов УСП используется на II этапе проектирования.

Разработка принципиальной схемы станочного приспособления включает шесть стадий проектирования:

1. разработка схемы установки;

2. разработка схемы закрепления;

3. разработка схемы дополнительных устройств;

4. разработка схемы корпуса;

5. компоновка принципиальной схемы станочного приспособления;

6. анализ принципиальной схемы станочного приспособления .

–  –  –

Результатом каждой стадии проектирования является соответствующие элементы универсально-сборной переналаживаемой оснастки (установочные, зажимные, базовые, крепежные и другие элементы) в совокупности, формирующие станочное приспособление .

На первой стадии проектирования приспособления по результатам анализа чертежа детали и плана обработки выбирается схема базирования заготовки и установочные базы.

В рассматриваемом случае используется схема базирования диска, состоящая из:

установочной базы (плоскость 16), лишающей заготовку трех степеней свободы;

двойной опорной базы (ось заготовки), лишающей двух степеней свободы;

опорной, лишающей одной степени свободы (вращения вокруг оси), которая реализуется в результате действия зажимных сил .

Исходя из схемы базирования, производится выбор установочных элементов для детали «Ось», в частности, им будет палец установочный грибковый 16 (ГОСТ 14509-69), реализующий установочную и двойную опорную базы .

На второй стадии производится предварительный выбор зажимных элементов (рис. 4) и вспомогательных деталей, формирующих зажимное устройство. Анализ размеров и формы поверхностей, позволяющих произвести зажим, определяют оптимальную конструкцию зажимного механизма (размеры b и l, см. рис. 4). Он состоит из прихвата передвижного удлиненного, шпильки, гайки М6 и винта с внутренним шестигранником .

Рисунок 4. Выбор зажимных элементов

Третья стадия проектирования не рассматривается в данном примере ввиду того, что базирование заготовки детали «Ось»

не требует дополнительных устройств .

На четвертой стадии формируется окончательный внешний вид приспособления на фрезерно-сверлильную операцию. Для выявленных установочных и зажимных элементов производится выбор деталей универсально-сборной оснастки, образующих несущую конструкцию станочного приспособления .

Установочный палец располагается на планке с базовым отверстием диаметром 8 мм, зажимное устройство — на планке двусторонней передвижной. Установочные и зажимные элементы совместно с опорными элементами устанавливаются на базовой детали — квадратной плите 180180 мм (рис. 5) .

Рисунок 5.Выбор базовой детали

Фиксация элементов универсально-сборного приспособления производится шпонками, закрепление — болтами, шпильками, винтами, гайками .

На выходе второго этапа проектирования возможна материализация принципиальной схемы универсально-сборного приспособления для детали «Ось» на фрезерно-сверлильную операцию в виде объемной 3D-модели (рис. 6) .

Рисунок 6. Универсально-сборное приспособление 1 — плита квадратная 7081-0303; 2 — прихват передвижной удлиненный 7011-0801; 3 — планка двусторонняя 7050-0041;

4 — планка двусторонняя передвижная 7050-0061;

5 — обрабатываемая деталь; 6 — опора установочная 7033-0431;

7 — винт 7002-0984; 8 — болт пазовый 7002-0880; 9 — гайка М8 7003-0372; 10 — шайба чистая 7019-0723; 11 — шпилька 7009-0756;

12 — шпонка привертная 7031-0786; 13 — гайка М6 7003-0371 После окончательной компоновки приспособления требуется рассчитать усилие зажима, произвести точностной расчет и в случае необходимости внести изменения в конструкцию приспособления, а также произвести расчет экономической эффективности и оформить сопутствующую документацию (сборочный чертеж, схему сборки) .

Представленная библиотека содержит детали и сборочные единицы УСП с пазами 8 мм и включает 244 наименования, которые охватывают 1204 типоразмера элементов. На создание объемных параметрических 3D-моделей и формирование библиотеки потребовалось 240 часов. Она может быть использована конструкторами технологической оснастки и при необходимости дополнена другими элементами УСП [2, с. 52] .

Библиотека объемных моделей универсально-сборных приспособлений позволяет визуально представить процесс проектирования и сборки приспособления, сократить временные затраты на проектирование и технологическую подготовку производства нового изделия .

Список литературы:

Мясников Ю.И. Технологическая оснастка металлорежущих станков .

1 .

Часть 2. Системное проектирование станочных приспособлений: учебнометодический комплекс / Ю .

И. Мясников. — 3-е изд., перераб. и доп. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. — 378 с .

Прис Н.М., Сазанов М.Н. Проектирование технологической оснастки 2 .

с использованием библиотеки объемных моделей. — Наука молодых .

Сборник научных работ студентов, аспирантов, соискателей и молодых ученых г. Арзамаса. — Арзамас, издательство АГПИ, 2012 .

СЕКЦИЯ 3 .

ЭНЕРГЕТИКА

И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНИКА

И ТЕХНОЛОГИИ

ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ

ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

ЧАСТОТЫ И АВТОНОМНЫМ

ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ

НА ПРОХОДЧЕСКОМ КОМБАЙНЕ

–  –  –

АННОТАЦИЯ Данная статья посвящена вопросам актуальности применения на проходческих комбайнах в качестве электропривода рабочего органа систем асинхронный двигатель — преобразователь частоты с автономным инвертором напряжения, как альтернатива прямому пуску асинхронного двигателя, а также применению устройств плавного пуска двигателя .

ABSTRACT

This article is devoted to the relevance of the application to the heading machines as a working body electric drive induction motor systems — the frequency converter with an autonomous voltage inverter, as an alternative to direct start induction motor, as well as the use of soft starting .

Ключевые слова: проходческий комбайн, рабочий орган, электропривод, асинхронный двигатель, преобразователь частоты, автономный инвертор напряжения, механическая и электромеханическая характеристики .

Keywords: heading machines, working body, electric drive, induction motor, frequency converter, autonomous inverter voltage, mechanical and electrical characteristics .

В современном промышленном производстве, на транспорте, в строительстве, в коммунальном хозяйстве и быту применяются самые разнообразные технологические процессы, для реализации которые человеком созданы тысячи различных машин и механизмов .

С помощью этих рабочих машин и механизмов осуществляется добыча полезных ископаемых, обрабатываются различные материалы и изделия, перемещаются люди, предметы труда, жидкости, газ и реализуются многие другие процессы необходимые для жизнеобеспечения человека. Так, добыча полезных ископаемых ведется с помощью экскаваторов, буровых установок и проходческих комбайнов, детали и материалы обрабатываются на разнообразных станках люди и изделия перемещаются транспортными средствами, лифтами и конвейерами, жидкости и газы транспортируются с помощью насосов и вентиляторов .

Рабочая машина или производственный механизм состоят из множества взаимосвязанных деталей и узлов, один из которых непосредственно выполняющий заданный технологический процесс называется электроприводом. Во многих технологических процессах требуется управлять движением электропривода — регулировать скорость движения и её направление, точно осуществлять остановку в заданной позиции, ограничивать ускорение движения. Механическая энергия вырабатывается приводом, который преобразовывает другие виды энергии. В зависимости от вида используемой первичной энергии различают гидравлические, пневматические, тепловой и электрические приводы .

Электропривод представляет собой электромеханическую систему, преобразующую электрическую энергию в механическую и состоящую из электродвигателя, передаточного устройства и исполнительного органа. Возможности использования современных электроприводов продолжают постоянно расширяться за счет достижений в смежных областях науки и техники, электромашиностроении и электроаппаратостроении, электронике и вычислительной технике, автоматике и механике. В настоящее время в качестве электроприводов для рабочих органов проходческих комбайнов применяются взрывозащищенные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором .

Проведённые исследования показали, что при установке на рабочие органы горных механизмов одной из современных систем управления ПЧ-АД АИН (преобразователь частоты — асинхронный двигатель с автономным инвертором напряжения), происходит значительное снижение пусковых характеристик и уменьшение времени запуска двигателя, что позволит существенно повысить срок службы оборудования и сократить расход электроэнергии на бесполезную работу .

В связи с вышеизложенным, для доказательств выдвинутой теории, произведем расчет статических характеристик электропривода рабочего органа проходческого комбайна, который приводится в движение с помощью асинхронного двигателя с преобразователем частоты и автономным инвертором напряжения .

Для расчета статических характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором для системы ПЧ-АД АИН необходимо r1 определить следующие параметры: — активное сопротивление r2 обмотки фазы статора; — приведенное активное сопротивление x1 обмотки фазы ротора; — индуктивное сопротивление обмотки x2 фазы статора; — приведенное индуктивное сопротивление x0 обмотки фазы ротора; — индуктивное сопротивление намагничивающей цепи.

Для расчета принят асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа MAK355M6 со следующими паспортными данными:

–  –  –

Для расчета вышеперечисленных параметров для построения механической и электромеханической характеристик воспользуемся методиками, изложенными в [1] и [5] .

Для получения семейства характеристик задаемся относительной частотой от 0,2 до 1,4 от номинальной. Для этих относительных частот задаемся параметром абсолютного скольжения от 0 до 1,0, включая

–  –  –

Графический вид электромеханической и механической характеристик (естественных и искусственных) представлен на рисунках ниже .

Рисунок 1. Электромеханическая характеристика двигателя рабочего органа проходческого комбайна с системой регулирования ПЧ-АД с АИН Рисунок 2 .

Механическая характеристика двигателя рабочего органа проходческого комбайна с системой регулирования ПЧ-АД с АИН По построенным естественным механическим и электромеханическим характеристикам двигателя рабочего органа комбайна можно сделать следующие выводы: при использовании системы регулирования ПЧ-АД с АИН пусковой ток снизился до 455 А (при прямом пуске 826 А), а максимальный момент понизился до 3720 Н*м (при прямом пуске 3908 Н*м). Эти параметры говорят о преимуществе использования системы ПЧ-АД с АИН перед прямым пуском асинхронного двигателя, так как понижение пусковых токов поможет увеличить срок службы оборудования и уменьшить количество потребляемой электроэнергии .

Список литературы:

Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: Учебник для вузов. — М.: Энергия, 1980. — 360 с., ил .

Семёнов А.С. Разработка системы мониторинга показателей качества 2 .

электроэнергии горных предприятий / Технические науки — от теории к практике // Материалы XI международной заочной научнопрактической конференции. (25 июня 2012 г.); [под ред .

Я.А. Полонского]. Новосибирск: Изд. «Сибирская ассоциация консультантов», 2012. — С. 66—71 .

Семёнов А.С., Пак А.Л., Шипулин В.С. Моделирование режима пуска 3 .

электродвигателя погрузочно-доставочных машин применительно к рудникам по добыче алмазосодержащих пород // Приволжский научный вестник. 2012. № 11 (15). С. 17—23 .

Семёнов А.С., Шипулин В.С. Моделирование режимов работы системы 4 .

электроснабжения добычного участка подземного рудника // Материалы V Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум 2013» [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.scienceforum.ru/2013/210/2631 (дата обращения: 12.02.2013) .

Семёнов А.С., Шипулин В.С. Электропривод — многофункциональное, 5 .

высокопроизводительное, энергоэффективное устройство / Наука XXI века: новый подход // Материалы II международной научнопрактической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых 28 сентября 2012 года, г. Санкт-Петербург. — Петрозаводск: ПетроПресс, 2012. — 144 с. — В надзаг.: Науч.-изд. центр «Открытие». — С. 63—65 .

Слежановский О.В., Дацковский Л.Х., Кузнецов И.С., Лебедев Е.Д., 6 .

Тарасенко Л.М. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями //

О.В. Слежановский, Л.Х. Дацковский, И.С. Кузнецов и др. — М.:

Энергоатомиздат, 1983. — 256 с., ил .

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

ФОРМИРОВАНИЯ И ВЫБОРА КЛАССА ЗАМЕЩЕНИЯ

ТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

В ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СЕТЯХ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

–  –  –

THE USE OF MATHEMATICAL MODEL

OF FORMATION AND SELECTION OF CLASSES

SUBSTITUTION TRADITIONAL ENERGY SOURCES

IN DECENTRALIZED NETWORKS POWER

–  –  –

АННОТАЦИЯ Данная работа посвящена необходимости внедрения возобновляемых источников энергии для оптимизации и удешевления децентрализованного энергоснабжения. По ходу работы была рассмотрена математическая модель формирования и выбора класса замещения традиционных источников энергии в децентрализованных сетях электроснабжения .

ABSTRACT

This research aims at a necessity of renewable energy sources implementing for the sake of optimization and cheapening of decentralized energy supply. During the research there was examined a mathematical model of formation and selection of traditional energy sources substitution class in decentralized power networks .

Ключевые слова: Топливно-энергетические ресурсы; углеродное топливо; возобновляемые источники энергии; класс замещения ресурса; электротехническая система; энергосберегающие технологии;

децентрализованное энергоснабжение фотоэлектрическая установка;

ветроэлектростанция; ветроэнергетическая установка .

Keywords: fuel and power resources; carbon-based fuel; renewable energy sources; substitution class of resource; electrical engineering system;

energy conservation methods; decentralized energy supply; photoelectric mounting; wind-driven electric power station; wind-mill .

Не секрет, что энергетика для любой страны является ключевым фактором экономики. Возрастающие с каждым годом выработка и потребление энергии создают необходимые условия для ускорения научно технического прогресса. Возрастающие объёмы потребления энергии требуют всё больших объёмов углеродного сырья (уголь, нефть, природный газ), запасы которого не безграничны. Как следствие этого, мы получаем рост цен на углеродные энергоносители, а значит и на энергию, получаемую при их сжигании .

Дефицит энергии и ограниченность топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), а также увеличение загрязнения окружающей среды, вызванные попаданием в атмосферу вредных веществ, выделяющихся при сгорании углеродного топлива, с все возрастающей остротой показывает неизбежность модернизации современного топливноэнергетического комплекса .

Выделяют два основных пути: первый — формирование новых подходов к эффективному использованию топливно-энергетических ресурсов на основе практической реализации современных энергосберегающих технологий, что является основной целью многих национальных энергетических стратегий, и второй — предполагающий увеличение доли использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) .

По сути, использование возобновляемых источников энергии может рассматриваться как альтернативная технология в области энергетики. Технология, развивать которую необходимо вследствие того, что неизвестно, в какое время и какие ограничения могут быть наложены на традиционную углеродную и ядерную энергетику, из-за крайне негативного их влияния на окружающую среду .

Мировой опыт ряда стран, таких как Германия, США, Япония и другие, доказывает, что развитие возобновляемой энергетики при устойчивом росте стоимости ТЭР уже сегодня определяют технико-экономические преимущества электростанций использующих ВИЭ, а в перспективе эти преимущества будут увеличиваться, расширяя вклад ВИЭ в мировом энергобалансе .

К примеру: по данным Европейской ассоциации фотоэлектрической промышленности (European Photovoltaic Industry Association, EPIA) в период в 2011 совокупная мощность выработанная при помощи энергии солнца в мире достигла 69 ГВт (Рис. 1.), а Согласно данным Всемирной ассоциации ветроэнергетики (World Wind Energy Association, WWEA), за первое полугодие прошлого года суммарная мощность всех ветроэлектростанций составила 254 ГВт (Рис. 2) .

Рисунок 1. Общая установленная мощность фотоэлектрических установок 2001—2011 г, МВт Рисунок 2 .

Общая установленная мощность ветроэнергетических установок 2001—2012 г, МВт Что касается России, то наша страна, к сожалению, имеет более чем скромные показатели роста доли возобновляемой электроэнергии и по разработке и освоению технологий использования ВИЭ существенно отстаёт от ведущих мировых лидеров. Конечно с точки зрения макроэкономических показателей, Россия с избытком обеспечена традиционными энергоресурсами. Но анализ энергобаланса показывает, что из всех добываемых в стране энергоресурсов приблизительно 67 % экспортируется за рубеж. Утвержденная Энергетическая стратегия России на период до 2030 г. фактически предусматривает лишь незначительное относительное снижение экспорта энергоресурсов. Экспортная ориентация во многом обусловлена тем, что нефтегазовый комплекс страны обеспечивает около 17 % российского ВВП и более 40 % доходов консолидированного бюджета [7, с. 23] .

Однако, 2/3 территории страны с населением около 20 млн .

человек, расположены вне системы централизованного энергоснабжения [7, с. 24]. Электроснабжение таких территорий осуществляется при помощи источников малой мощности, работа которых осуществляется за счёт привозного топлива, что существенно удорожает производство электроэнергии. Таким образом, большинство источников автономного электроснабжения регионов РФ являются убыточными, поскольку себестоимость производства электроэнергии значительно выше тарифа, который устанавливают для населения .

Поэтому в районах с децентрализованным энергоснабжением существует острая необходимость совершенствования структуры топливно-энергетического баланса, уменьшая его зависимость от внешних поставок топлива, путём внедрения местных нетрадиционных источников энергии .

Безусловно, невозможно сразу и полностью отказаться от использования традиционных источников энергии, поэтому необходимо разработать модель которая могла бы облегчить и оптимизировать выбор ВИЭ, лучшим образом подходящий тому или иному региону, а также класс замещения им используемых ТЭР .

Для удобства решения задач оптимизации электротехнических систем (ЭТС), которые возникают в условиях замещения традиционных источников энергии возобновляемыми энергоресурсами, очень удобно, использовать математическую модель формирования и выбора классов замещения ресурсов (КЗР) предложенную [6, с. 46], основанную на теории нечётких множеств. Как показывает практика, в теории принятий решений описание и анализ неопределенностей с помощью теории нечетких множеств весьма плодотворны [8, с. 43] .

В общем и целом все этапы ресурсов ЭТС в условиях замещения могут быть рассмотрены как последовательность реализации следующих процедур: построение графа целей и задач замещения ресурсов;

формирования множества ресурсов и их свойств; формирование множества вариантов КЗР и выбор из них наиболее рационального;

выбор из этого КЗР ресурс, который наиболее полно отвечает целям замещения [5, с. 48; 4, с. 46] .

Рассмотрим, как будет выглядеть общая математическая модель, для интересующего нас процесса замены традиционных ТЭР на ВИЭ в децентрализованных сетях электроснабжения.

Объединяя все характеристики каждого ресурса в рамках общей модели для разделения на КЗР, имеем:

–  –  –

Используя полученные пары разделения определяем КЗР для каждого ресурса .

Определив КЗР для каждого ресурса ВИЭ, нам нужно выбрать лучший ресурс, который лучше всего подходил для целей замещения, а именно: являлся наиболее дешёвым способом получения энергии из местных ВИЭ .

Для наиболее рационального выбора ресурса согласно [6, с. 48] существует три ситуации в зависимости от реализации альтернатив и состояния системы. Поскольку в данной ситуации можно выделить одно наиболее важное свойство ресурса, а именно экономичность производимой энергии, то выделяем ситуацию — нечеткая реализация и чёткое состояние .

Итак, необходимо задать матрицу реализаций N свойств на S ресурсов, но нужно учитывать, что реализации нечёткие, тогда соответственно с [6, с.

49] реализации для различных ресурсов можем найти в виде:

После определения нечётких реализаций альтернатив, можно найти максимальное значение реализации для данного нечёткого состояния.

Максимальное значение реализации выбирается из множества:

–  –  –

. (7) Откуда, получаем нечёткое множество, которое и будет характеризовать данный ресурс .

. (8) Выбираем из полученного множества ресурс, который имеет наибольшее значение принадлежности, это и будет самый лучший ресурс, то есть наиболее экономически выгодный ВИЭ для данного региона .

Таким образом, учитывая проблему внедрения возобновляемых источников энергии в электротехнических системах, лежащих вне зоны централизованного электроснабжения, мы убедились, что математическая модель формирования и выбора классов замещения ресурсов, очень удобна для решения задач оптимизации ЭТС. А также помогает принять технически и экономически обоснованное решение по замене традиционных источников энергии на ВИЭ в условиях необходимости трансформации, убыточного действующего на данный момент в сетях децентрализованного электроснабжения, топливно-энергетического комплекса .

Список литературы:

Безруких П.П. Возобновляемая энергетика: сегодня — реальность, 1 .

завтра — необходимость. — М.: Лесная страна, 2007. — 120 с .

2. Возобновляемая энергетика в децентрализованном электроснабжении:

монография / Б.В. Лукутин, О.А. Суржикова, Е.Б. Шандарова. — М.:

Энергоатомиздат, 2008. — 231 с .

3. Возобновляемая энергетика на Северо-Западе России: Сборник докладов международного конгресса «Дни чистой энергии в Петербурге — 2010» / под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. Елистратова В.В.. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. — 144 с .

4. Громов Ю.Ю. К.А. Набатов, Т.Г. Самхарадзе, А.В. Баранов, А.М. Краснов .

Модели формирования и выбора классов замещения ресурсов электротехнических систем./ Инженерная физика № 6 2008 г. — 43 — 47 с .

5. Елистратов В.В. Использование возобновляемой энергии: учеб. пособие/ В.В. Елистратов. — СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2008. — 224 с .

6. Набатов К.А., Ю.Ю. Громов, В.Ф. Калинин, Ю.С. Сербулов, В.О. Драчев

Распределение ресурсов сетевых электротехнических систем. — М.:

Машиностроение, 2008. — 214 с .

7. Попель О.С. Возобновляемые источники энергии в регионах Российской Федерации: проблемы и перспективы./Энергосовет № 5 (18) 2011 г. — 22 — 26 с .

8. Прикладная статистика: учебник А.И. Орлов — М: Издательство «Экзамен», 2006. — 671 с .

9. Global market outlook for photovoltaics until 2016 [Электронный ресурс] .

Режим доступа. — URL: http://www.epia.org/fileadmin/user_upload/ Publications/Global-Market-Outlook-2016.pdf (Дата обращения: 18.02.2012) .

10. The World Wind Energy Association. Half — year report 2011 [Электронный ресурс]. Режим доступа. — URL: http://wwindea.org/home/images/ обращения:

stories/publications/half_year_report_2011_wwea.pdf (Дата 17.02.2012) .

11. The World Wind Energy Association. Half — year report 2012 [Электронный ресурс]. Режим доступа. — URL:http://www.wwindea.org/ webimages/Half-year_report_2012.pdf (Дата обращения: 17.02.2012) .

12. World Wind Energy Report 2010 [Электронный ресурс]. Режим доступа. — URL: http://www.wwindea.org/home/images/stories/pdfs/ worldwindenergyreport2010_s.pdf (Дата обращения: 05.01.2012) .

СЕКЦИЯ 4 .

ГОРНАЯ И СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

И ТЕХНОЛОГИИ

ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ АКТИВНОГО

РАБОЧОГО ОРГАНА ВИБРАЦИОННОЙ

КАССЕТНОЙ УСТАНОВКИ

И ИХ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

–  –  –

Ключевые слова: активный рабочий орган; резонансная частота;

кассетная установка; колебание, форма .

Keywords: active working organ; resonance frequency; cassette setting; oscillation; form .

Целью данной работы является исследование динамических характеристик колебаний перегородки кассетной формы как активного рабочего органа кассетной установки с учетом влияния уплотняемой рабочей среды на его колебания .

Метод. При изготовлении железобетонных изделий, всегда стараются добиться как можно экономичного способа использования различных видов энергии. Для этого создают и моделируют новые установки, отвечающие современным требованиям производства .

Для формирования железобетонных изделий можно использовать виброплощадки различной грузоподъемности с пространственным движением рабочего органа, разработанные в ПолтНТУ. В известных работах [11] рассматривались виброформовочные установки в зарезонаннсном режиме пространственных колебаний рабочего органа. Попытки использовать работу вибрационных установок в режиме резонанса при горизонтальных колебаниях были изложены в работе [10]. Однако собственные колебания самих перегородок не исследовались. В кассетных установках [5, 11] рассматривались колебания перегородок возбуждены единственным виброприводом .

Управляемые собственные колебания пластин, разделяющих изделия, могут быть использованы как дополнительный источник возбуждения колебаний в бетонной смеси при уплотнении изделий .

Результат. Рассматриваем кассетную установку, представляет собой металлическую форму, разделенную на отдельные ячейки с помощью разделительных листов-перегородок. Форма установлена на упругие опоры и приводится в колебательное движение с помощью навесного торцевого вибровозбудителя круговых колебаний. Перегородки-ячейки, расположенные перпендикулярно направлению распространения вынужденных колебаний, втягиваются в колебания и способствуют уплотнению бетонной смеси. Поэтому в дальнейшем рассматриваем перегородки формы как активный рабочий орган, взаимодействующий с уплотнений средой .

Напряжение:

–  –  –

— коэффициент цилиндрической жесткости h — Eh 3 D 12(1 2 ) толщина пластинки .

Интегралы выражения (7) формируют граничные условия на контуре пластинки .

Запишем четыре вида граничных условий для исследуемой прямоугольной пластинки постоянной толщины при изгибающем моменте и поперечной силе на свободном крае, равны нулю:

–  –  –

После подстановки уравнения (12) и (7) в вариационное уравнении колебаний пластины (2) и отделения частей, отвечающих за граничные условия, вариации получим уравнение поперечных колебаний тонкой упругой пластинки:

–  –  –

Выводы:

1. На основе анализа вариантов крепления активного рабочего органа кассетной установки для формования железобетонных изделий, представленного в виде пластины, проведен расчет резонансных частот его колебаний .

2. Полученные результаты позволяют решении задачи резонансных частот колебаний рабочего органа по учету влияния уплотняемого среды, определение максимальной энергии, передаваемой от него среде, что позволит уменьшить энергетические затраты на формирование бетонных изделий .

Список литературы:

Бабаков И.М. Теория колебаний / И.М. Бабаков, М.: Дрофа, 2004 — 1 .

С. 343—364 .

Василенко М.В. Теорія коливань і стійкості руху / М.В. Василенко, 2 .

О.М. Алексейчук К.: Вища школа, 2004 — С. 391—411 .

Гонткевич В.С. Собственные колебания пластинок и оболочек / 3 .

В.С. Гонткевич, К.: Наукова думка, 1964 — 67 с .

Лялинов А.Н. Новые вибрационные машины для уплотнения бетонных 4 .

смесей. Л. Ленинградский ДНТП, 1970. — 31 с .

Нестеренко М.П. Вібраційні площадки з просторовими коливаннями 5 .

для виготовлення залізобетонних виробів широкої номенклатури / М.П. Нестеренко // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво). — Полтава: ПолтНТУ, 2005. — Вип. 16. — С. 177—181 .

Нестеренко М.П. Універсальний вібростенд просторових коливань / 6 .

М.П. Нестеренко, О.В. Орисенко, В.В. Шульгін // Прогрессивные технологии и машины для производства стройматериалов, изделий и конструкций: тез. докл. Первойвсеукр. науч.-практ. конф. — Полтава, 1996. — С. 59 .

Олехнович К.А. Потребительские качества современных виброшющадок / 7 .

К.А. Олехнович, Ю.И. Виноградов, Н.П. Нестеренко // Строительные и дорожные машины. 1991. — № 8. — С. 14—16 .

Ректорис К. Вариационные методы в математической физике и технике / 8 .

К. Ректорис, М.: Мир, 1985 — С. 272 .

Сівко В.Й. Деякі питання теорії будівельних матеріалів і сумішей / 9 .

В.Й. Сівко, М.П. Нестеренко // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво). — Полтава: ПолтНТУ, 2000. — Вип. 6. — С. 84—89 .

10. Сівко В.Й. Механічне устаткування підприємств будівельних виробів: — К.: ІСДО, 1994. — 359 с .

11. Чубук Ю.Ф. Вибрационные машины для уплотнения бетонных смесей / Ю.Ф. Чубук, И.И. Назаренко, В.Н. Гарнец. — К.: Вища школа, 1985. — 168 с .

СЕКЦИЯ 5 .

ТРАНСПОРТ И СВЯЗЬ,

КОРАБЛЕСТРОЕНИЕ

ГАЛОПИРОВАНИЕ ЦИЛИНДРОВ

С ПЛАВНЫМИ ОБВОДАМИ

–  –  –

АННОТАЦИЯ Проведены измерения аэродинамических сил, действующих на цилиндры, имеющие криволинейные основания без острых кромок .

Установлено наличие двух режимов обтекания в некотором диапазоне углов атаки. Разработана модель аэроупругого галопирования тел с подобными аэродинамическими характеристиками. Расчеты с использованием новой модели, дали зависимости амплитуды колебаний от скорости набегающего потока для цилиндров различного удлинения .

ABSTRACT

The aerodynamic forces acting on the cylinders with curved bases without sharp edges are measured. The existence of two flow regimes is established in a certain range of angles of attack. A model of aeroelastic galloping of the bodies with similar aerodynamic characteristics is developed. The calculations according the new model gave the dependences of oscillation amplitude on the incoming flow velosity for cylinders of different extension .

Ключевые слова: галопирование, плохообтекаемое тело, моделирование колебаний, эксперимент .

Keywords: galloping, bluff body, oscillation simulation, experiment .

1. Введение. Неосесимметричные цилиндры являются неотъемлемой частью многих элементов транспортных средств .

Примером могут служить вагоны подвесной канатной дороги .

Тела, с точки зрения их аэродинамических характеристик, можно разделить на два класса: удобообтекаемые и плохообтекаемые .

Основной особенностью плохообтекаемых тел является отрыв пограничного слоя при взаимодействии их с потоком газа или жидкости [1]. Это может приводить к нестабильности и колебаниям таких тел под воздействием ветра или течений .

Большинство мостов зданий и прочих инженерных конструкций являются как раз плохообтекаемыми телами. Известны даже случаи разрушения мостов под воздействием ветра, например мост Такома Нерроуз [3] .

Одной из причин, вызывающих колебания плохообтекаемых тел, является галопирование. Оно обусловлено специфическими зависимостями аэродинамических характеристик объектов от углов атаки .

Впервые модель аэроупругого галопирования была предложена Паркинсоном и его соавторами в середине XX-го века [8, 9]. Позднее эта модель не раз использовалась различными учеными для проведения исследований в этой области [6, 7]. Большой вклад в изучение галопирования внес Новак [7]. Он проводил эксперименты с призмами различных прямоугольных сечений. В последнее время появилось множество работ, в которых исследуются цилиндры с треугольными [4], ромбовыми [5] и даже криволинейными сечениями [5]. Изучался также вопрос влияния числа Рейнольдса на характер и склонность к галопированию [6] .

Эффекту галопирования подвержены не только тела большого удлинения, такие как мосты, колонны или трубопроводы, но и малого .

Вопрос о влиянии удлинения квадратных призм на амплитуду возможных колебаний изучался автором ранее [2]. Данная работа посвящена исследованию галопирования цилиндров разного удлинения, боковые поверхности которых не имеют острых кромок .

Сечение цилиндров приближенно напоминает сечение железнодорожных вагонов или вагонов подвесной канатной дороги .

Постановка задачи и математическая модель .

Рассматривается тело, упруго закрепленное в потоке газа .

Предполагается, что тело может двигаться только в направлении перпендикулярном потоку. В этом же направлении на него действуют три силы: упругая, аэродинамическая и сила вязкого демпфирования, не связанная с аэродинамикой (трение в подвеске и тому подобное) .

Эти три силы входят в уравнение движения призмы в поперечном направлении. Аэродинамическую силу, действующую на колеблющееся тело, предлагается считать равной силе, действующей на стационарно закрепленное тело при соответствующих углах атаки (квазистатическое приближение). Таким образом, проведя эксперимент над стационарно закрепленным телом и измерив силы, действующие на него при различных углах атаки, можно приблизить эти данные некоторой функцией, подставить ее в уравнение движения и, решив его, найти зависимость между скоростью набегающего потока и амплитудой колебаний. Более подробно модель изложена в работе посвященной прямоугольным призмам [2] .

2. Проведение экспериментов. Объектом исследования в данной работе были три цилиндра имеющие в сечении одну и ту же криволинейную, выпуклую фигуру. Отношения длины цилиндра к диаметру основания составляли 2, 4 и 8 соответственно для каждого из трех тел. Эксперимент проводился в аэродинамической трубе с открытой рабочей частью. Цилиндры были жестко закреплены .

Углы атаки менялись от –30 до 30 градусов. Были проведены измерения аэродинамических сил действующих на тела при числе Рейнольдса Re=2*104. После этого были вычислены аэродинамические коэффициенты нормальной силы Cn для всех трех тел. Результаты приведены на рисунке 1. На рисунке 2 приведены аналогичные результаты для прямоугольной призмы с квадратным основанием (острыми кромками) .

Рисунок 1. Cn для цилиндров с закругленными кромками различного удлинения (); 1 — =2, 2 — =4, 3 — =8

–  –  –

Принципиальным отличием тел с закругленной кромкой, обнаруженным во время эксперимента, стало наличие двух режимов обтекания при некоторых углах атаки. Режим обтекания, а соответственно и сила, действующая на тело, зависели от того, какое положение относительно потока исследуемый макет занимал до момента измерения. Это противоречит идее об использовании квазистатического приближения, согласно которой аэродинамические силы должны зависеть только от углов атаки. Однако, проведя серию экспериментов, удалось сделать эмпирическое предположение о наличии для каждого тела двух критических углов атаки, при переходе через которые меняется режим обтекания. Значения этих критических углов совпадают с границами области двойственности обтекания. Таким образом, когда тело, меняя свое положение в потоке и, соответственно, угол атаки, переходит через одну границу, устанавливается первый режим обтекания, при переходе через другую границу режим меняется на второй. Это предположение позволило использовать полученные данные для составления уравнения движения .

Использование метода Крылова-Боголюбова для решения уравнения движения и результаты .

В общем виде, уравнение движения колеблющегося тела, записанное в безразмерных координатах, выглядит следующим образом:

y F ( y) .

y (1) Здесь у — смещение тела от положения равновесия. Функция F является представлением результирующей сил вязкого демпфирования и аэродинамической нагрузки. В классической модели аэроупругого галопирования предлагается приближать коэффициент аэродинамической силы полиномом тангенса угла атаки. В таком случае функция F будет иметь вид многочлена. Для решения задачи о колебании цилиндров с закругленной кромкой такая аппроксимация функции невозможна из-за наличия двух режимов обтекания в некотором диапазоне углов атаки.

Предлагается искать решение в виде:

–  –  –

В случае, когда функция F является многочленом, можно подставить ее в уравнение, вычислить интеграл, а затем, приравняв к нулю правую часть, для поиска установившихся решений получить алгебраическое уравнение для нахождения амплитуды колебаний .

Параметром этого уравнения будет безразмерная скорость потока, которая входила также в качестве параметра в функцию F. Результатом большинства работ является построение графика зависимости безразмерной амплитуды колебаний от безразмерной скорости .

Для тел имеющих диапазон углов атаки с двумя режимами обтекания предлагается использовать в качестве аппроксимации Cn кусочную функцию. На каждом отдельном участке она будет являться многочленом. Представление интеграла в уравнении (2) в виде аналитического выражения приводит к довольно громоздким формулам, поэтому было решено вычислять этот интеграл численно .

Преобразованное таким образом уравнение (2) решалось также численно методом Рунге-Кутты. Задав значение безразмерной скорости потока и начальное значение амплитуды, можно определить, как будут развиваться колебания. Таким образом, были вычислены амплитуды установившихся колебаний. Для нахождения неустойчивых решений достаточно определить, при каком значении начальной амплитуды правая часть уравнения (2) меняет знак. А изменяя значение безразмерной скорости потока можно построить график зависимости амплитуды колебаний от скорости потока в любом необходимом диапазоне. Пример аппроксимации Cn для цилиндра с закругленными кромками представлен на рисунке 3. На рисунке 4 приведены результаты вычисления зависимости амплитуды (A) от скорости потока () по предложенной схеме .

Рисунок 3. Пример аппроксимации коэффициента нормальной силы Cn кусочной функцией (=4) .

1 — экспериментальные данные, 2 — аппроксимирующая функция Рисунок 4. Зависимость амплитуды установившихся колебаний (A) от скорости набегающего потока () для цилиндров с закругленными кромками различных удлинений () Стоит отметить, что, как и в случае с квадратными призмами, критическая скорость (скорость потока при которой положение равновесия становиться неустойчивым) уменьшается при увеличении удлинения тела. На графике критическая скорость это координата точки пересечение соответствующей линии с осью абсцисс .

Значение максимальной амплитуды колебаний от удлинения практически не зависит .

3. Выводы. В настоящей работе экпериментально определены коэффициенты аэродинамических сил, действующих на стационарно закрепленные цилиндры с закругленными кромками. Обнаружено, что в некоторых диапазонах углов атаки существует два режима обтекания, причем выбор одного из режимов определяется предисторией потока. Разработана математическая модель галопирования, учитывающая переходы между различными режимами. Предложены аппроксимации для описания зависимости коэффициента нормальной силы от угла атаки. На основе предложенной модели вычислены амплитуды колебаний цилиндров разного удлинения в зависимости от скорости набегающего потока. Проведено сравнение движения исследуемых цилиндров с поведением в потоке квадратных призм .

Список литературы:

Девнин С.И. Аэрогидромеханика плохообтекаемых конструкций.— Л.:

1 .

Судостроение, 1983. 332 с .

Люсин В.Д., Рябинин А.Н. Исследование влияния удлинения призмы 2 .

на ее аэродинамические характеристики и амплитуду колебаний призмы при галопировании. // Вестник СПбГУ Сер. 1 — 2011. — Вып. 2. — C. 139—145 .

Томпсон Дж.М.Т. Неустойчивость и катастрофы в науке и технике. — М.:

3 .

Мир. 1985 .

4. Alonso G., Meseguer J., Perez-Grande I. Galloping instabilities of twodimensional triangular cross-section bodies // Experiments in Fluids. — 2005. — Vol. 38. — P. 789—795 .

5. Alonso G., Meseguer J., Valero E. An analysis on the dependence on cross section geometry of galloping stability of two-dimensional bodies having either biconvex or rhomboidal cross sections // European J. Mech B / Fluids. — 2009. — Vol. 28. — P. 328—334 .

6. Barrero-Gil A., Sanz-Andres A., Roura M. Transverse galloping at low Relnolds numbers // J. Fluid and Structures. — 2009. — Vol. 25. — P. 1236—1242 .

7. Novak M. Aeroelastic galloping of prismatic bodies // J. Engineering Mech .

Division ASCE. — 1969. — Vol. 95. — P. 115—142 .

8. Parkinson G.V., Brooks N.P. On the Aeroelastic Instability of Bluff Cylinders // J. Appl. Mech. — 1961. — Vol. 28. — P. 252—258 .

9. Parkinson G.V., Smith J.D. The square prisms as an aeroelastic non-linear oscillators // Quarterly J. Mech. Applied Math. — 1964. — Vol. XVII Pt. 2 — P. 225—239 .

СЕКЦИЯ 6 .

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА

РАВНОМЕРНОСТЬ СМЕШИВАНИЯ

ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ВОЛОКОН

С ЦЕМЕНТНОЙ МАТРИЦЕЙ

–  –  –

АННОТАЦИЯ Приведены результаты исследований равномерности распределения полипропиленовых волокон в цементе. За критерий однородности строительной смеси принята степень сепарации .

ABSTRACT

The results of studies even distribution of polypropylene fibers in cement. Criterion for uniformity of building mixtures accepted degree of separation .

Ключевые слова: портландцемент, глиноземистый цемент, полипропиленовое волокно, степень сепарации, математическое ожидание .

Keywords: Portland cement, aluminous cement, polypropylene fiber, the degree of separation, the expectation .

Технологии введения волокон в бетонную смесь и получению однородного их распределения в массе бетона посвящены многочисленные работы [3, 4]. Анализ этих работ позволяет сделать вывод, что каждому виду волокна необходимо разработать оптимальную технологию. Металлические волокна, например, требуют предусмотреть в технологии оборудование для разбивания комьев, стеклянные и синтетические волокна требуют предварительного распушивания. Однако, закономерность того, что с увеличением длины равномерность распределения волокна затрудняется, остается неизменной для всех видов волокон .

В настоящей работе исследовалась возможность получения цементных композиций с равномерно распределенными по объему полипропиленовыми волокнами толщиной 0,2 мм. Матрица представляла собой композиция, состоящая из трех разных вяжущих: глиноземистого цемента, гипсогли-ноземистого цемента и портландцемента, перемешанных между собой примерно в равных количествах .

Перемешивание вяжущих веществ происходило в шаровых мельницах .

Разное количество волокна вводилось в шаровую мельницу вместе с видами цементов и перемешивалось от 3 до 18 минут градацией 3 минуты. Для определения однородности распределения волокон в объеме смеси применялась методика, разработанная М.В. Буниным [1, 2], для оценки однородности бетонной смеси. При этом волокно считалось компонентом смеси. По этому методу за критерий однородности принимается степень сепарации — величина, равная удельному среднему отклонению плотности компонентов смеси от средней плотности и характеризующая неравномерность распределения компонентов во всем объеме смеси. Изменение степени сепарации, следовательно, и процесса перемешивания во времени выражается затухающей экспонентой (1) где:, — парaметры, зависящие от природы перемешиваемых материалов, от конструкций смесительного оборудования, режима перемешивания и подлежащее определению методом наименьших квадратов;

t — продолжительность перемешивания смеси, сек;

— некоторая величина степени сепарации, отвечающая начальной стадии процесса перемешивания, когда компоненты занимают обособленный объем, и отклонения плотности этих компонентов на заданном участке объема от их средней плотности во всем объеме максимальны:

(2)

–  –  –

(3) — средняя плотность смеси, кг/м3;

где:

— плотность i-го компонента, кг/м3 ;

— средняя плотность i-го компонента во всем объеме смеси, кг/м3 ;

V — полный геометрический объем смеси, м3 ;

m — число отобранных проб из смеси;

n — число смешиваний .

Влияние длины волокна на равномерность ее распределения в объеме вяжущего определялось при объемном содержании 2 % .

Влияние объемного содержания на равномерность распределения определялось при длине волокна 14 мм. Из выгруженной в лоток смеси объемом 20 л отбирались пробы шахматно-гнездовым способом .

Пробы взвешивались, и измерялся объем для дальнейших вычислений, после чего пробы просеивались через сито с размером отверстий 0,125 мм. Таким образом, определялись данные, необходимые для оценки равномерности распределения волокон в среде цемента .

Зная объемы компонентов, время перемешивания, число опытов по известному уравнению (3) можно вычислить степень сепарации для каждого процента армирования и длины волокна .

Считая степень сепарации случайной величиной, для определения найденных значений S использовался метод математической статистики, и находили числовые характеристики:

математического ожидания:

, (4)

–  –  –

По результатам математической обработки полученных данных построены графики зависимости степени сепарации от длины волокна (рис. 1) и объемного содержания волокна (рис. 2) .

Как видно из рис. 1 длина волокна имеет значительное влияние на однородность распределения в цементе. С увеличением длины неоднородность повышается. Этот факт объясняется тем, что с увеличением длины волокна увеличивается количество точек соприкосновения их между собой, что приводит к образованию комьев. На рис. 2 демонстрируется характер изменения однородности смеси в зависимости от объемного содержания волокна. Как видно, с увеличением объемного содержания волокна степень сепарации увеличивается .

Анализ графиков на рис. 1 и 2 показывает, что изменение степени сепарации во времени выражается затухающей экспонентой, и увеличение времени смешивания не увеличивает однородность смеси выше определенного предела .

При образовании смеси наблюдается три периода: первый период характеризуется резким снижением степени сепарации, второй — стабилизацией процесса смешивания во времени, третий период отличается некоторым увеличением степени сепарации, т. е. снижением однородности смеси. Последнее объясняется, видимо, тем, что при увеличении времени перемешивания выше определенного периода начинают образоваться своего рода «ежи» из волокна .

Поэтому при приготовлении сухой смеси вяжущего с волокном время смешивания следует ограничивать окончанием второго периода — периода стабилизации процесса перемешивания .

Рисунок 1. Зависимость степени сепарации от длины волокна:

1, 2, 3 — длина волокна соответственно 14, 22, 30 мм

–  –  –

Период стабилизации процесса смешивания должен рассматриваться как рациональное время смешивания, или рабочий интервал смешивания. За рабочий интервал смешивания можно принять временной интервал на абсциссе графиков «критерий однородности смесей — время смешивания», когда процесс смешивания стабилизируется, и степень сепарации не превышает предела доверительного интервала, принятого в исследованиях .

Из графиков на рис. 1 и 2 видно, что рабочий интервал смешивания находится в пределах от 12 до 15 мин. Выдерживание этих пределов времени смешивания позволяет избежать образования «ежей» волокон .

Для проверки полученных экспериментальных данных на промышленной установке принимался рабочий интервал 12 мин .

Промышленная проверка подтвердила результаты лабораторных исследований. Степень сепарации смеси вяжущего с 2 % пропиленового волокна длиной 14 мм при смешивании на промышленной установке составила 2,9 % .

Список литературы:

Бунин М.В. О закономерности принудительного смесеобразования 1 .

как экстремума процесса. — Горные, строительные и дорожные машины .

Киев: Техника, вып. 6, 1968 .

Бунин М.В. и др. Методика определения качества цементобетонной 2 .

смеси. Техническая информация, серия «Промышленность сборного железобетона» ЦНИИТЭС, вып. 3, М., 1969 .

Кромская М.Ф., Евсеев Б.А. Технология и механизация приготовления 3 .

дисперсно-армированного бетона. — В кн.: Дисперсно-армированный бетон и конструкции из них, — Рига, 1975, с. 62—64 .

Лидус А.К., Алкин Б.А. Опыт приготовления фибробетонной смеси 4 .

в смесителях — активаторах ССВ. — Строительные материалы и изделия .

М., 1977, с. 14—16 .

МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ КОМПОЗИЦИИ

–  –  –

АННОТАЦИЯ Цель работы — синтез и исследование магнезиальных композиций различного состава. Фазовый состав затвердевших материалов оценивали дифрактометрическим методом анализа. Выявлены факторы, влияющие на активность оксида магния в магнезиальных композициях различного состава. Эффективность сульфомагнезиальных композиций определяется возможностью замены части каустического магнезита гипсовым вяжущим и техногенным компонентом при сохранении высоких технических характеристик материала .

ABSTRACT

Purpose of the work — is synthesis and investigation magnesian compositions of different structures. Phase composition of hardened materials evaluated by diffractometric method of analysis. Factors which impact activity of magnesium oxide magnium in magnesian compositions of different structure are investigated. Efficiency of sulfomagnesian compositions determined by the possibility of replacing part of caustic magnesite by plasters binder and anthropogenic component, with saving high technical characteristics of material .

Ключевые слова: каустический магнезит, строительный гипс .

Keywords: caustic magnesite, construction gypsum .

Магнезиальные композиции отличаются малой энергоемкостью производства, интенсивным твердением, высокой прочностью и износостойкостью. Дефицит каустического магнезита обусловливает целесообразность получения смешанных магнезиальных вяжущих .

Каустический магнезит вкупе с раствором хлорида магния активизирует кремнеземсодержащие, алюмосиликатные и другие вещества. Эта способность вяжущего реализована в разработках магнезиальных композиций с использованием природных и техногенных материалов .

Цель работы — синтез и исследование магнезиальных композиций различного состава .

В экспериментах использованы: каустический магнезит, отходы обогащения магнетитовых руд и минералы скарновых пород, строительный гипс. Вяжущие затворяли раствором хлорида магния .

Прочность камня вяжущих определяли на образцах размером 20х20х20 мм, изготовленных из пластичного теста. Фазовый состав затвердевших материалов оценивали дифрактометрическим и термическим методами анализа .

Объект исследования — смешанные вяжущие, полученные из каустического магнезита ПМК-75 и минералов скарновых пород, образующих основу отходов обогащения магнетитовых руд .

Высокая активизирующая способность магнезиальных вяжущих по отношению к многочисленному ряду веществ послужила основой для разработки композиций из каустического магнезита и минерального компонента — отходов обогащения скарново-магнетитовых руд [1, с. 172]. Исследования влияния техногенного компонента и отдельных минералов выявили следующие особенности смешанных вяжущих по сравнению с каустическим магнезитом: снижение расхода затворителя до 50 %; замедление темпов раннего твердения при сопоставимой или превосходящей контрольные показатели прочности камня в 7—28 сут. и более поздние сроки; повышенная водостойкость камня. Для гидратообразования смешанного вяжущего характерно: повышение активности MgO и увеличение степени его преобразования в гидрооксихлориды магния; преобладание в составе кристаллогидратов пентагидрооксихлорида магния;

возможность образования гидрооксихлоркарбоната магния — Mg(OH)2MgCl22MgCO36H2O. Выявлено, что гидрооксихлоркарбонат магния формируется при ограниченном содержании MgO в вяжущем и увеличении плотности раствора MgCl2. Отмечена зависимость процессов образования пентагидрооксихлорида и гидрооксихлоркарбоната магния, исключающая одновременное увеличение содержания этих комплексов и предполагающая их превращения .

Тенденция роста активности MgO и увеличения степени его преобразования в гидрооксихлоридные комплексы сохраняется и при твердении магнезиальных композиций с минеральной добавкой .

Характер гидратообразования с участием MgO зависит также от состава минерального компонента, о чем свидетельствуют результаты исследования модельных вяжущих из каустического магнезита (35 %) и минерала — силиката (65 %), затворенных раствором хлорида магния плотностью 1220 кг/м3 (таблица 1) .

Наибольшая степень преобразования оксида магния характерна для композиций, содержащих силикаты островной структуры (андрадит и эпидот), которые более склонны к гидролитическому распаду в растворе хлорида магния. Повышение плотности раствора MgCl2 интенсифицирует гидратацию MgO, усиливает гидролитический распад минералов техногенного компонента, увеличивает долю гидрооксихлоридных комплексов .

Исследованы смешанные вяжущие, затворенные раствором MgCl2 плотностью 1250 кг/м3. Стабильное увеличение прочности материала воздушного свидетельствует о продолжающихся во времени процессах формирования структуры. По данным дифрактометрического анализа, кристаллическую основу камня образуют гидрооксихлоридные комплексы, сформированные на начальных этапах гидратации. Наличие до 20 % свободного MgO указывает на неполную реализацию вяжущих свойств компонента, который является ресурсом для гидратообразования .

Таблица 1 .

Влияние состава минералов на содержание фаз, в затвердевших смешанных магнезиальных вяжущих

–  –  –

Значения прочности образцов долгосрочного водного твердения составили 30 % показателей такого вяжущего в возрасте 28 сут .

На воздухе. В камне содержится Mg(OH)2, образованный при распаде значительного количества гидратных комплексов; сохраняется до 10 % исходного MgO .

Разработанные магнезиальные вяжущие рекомендованы для изготовления мелкоштучных изделий плотной и ячеистой структуры .

Преимущества сочетания каустического магнезита с сульфатом кальция отмечены в работах [2, с. 26]. Магнезиальные вяжущие затворяют растворами солей. Строительный гипс весьма чувствителен к действию водорастворимых добавок. Нашими исследованиями [1, с. 182; 3, с. 12] доказана возможность замены до 40—60 % каустического магнезита полуводным сульфатом кальция. При этом обеспечиваются условия для более полной гидратации магнезиальной и сульфатной составляющих; прочность смешанного вяжущего не только не снижается, а зачастую превосходит контрольные показатели. Гипсовый компонент уменьшает водопотребность, удлиняет сроки схватывания .

Объект следующего этапа исследования — смешанные вяжущие, полученные из каустического магнезита ПМК-75, строительного гипса Г-5АII (полугидрат сульфата кальция). Содержание гипсового компонента в различных композициях составляло 0—80 % .

Сульфомагнезиальные композиции не уступают по прочности каустическому магнезиту и характеризуются повышенной стойкостью к действию воды. Твердение сульфомагнезиального оксихлоридного вяжущего протекает при первоначальной гидратации MgO и сопровождается образованием 5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O, гидрооксида магния Mg(OH)2. Содержание нестабильного 3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O невелико .

При повышении плотности затворителя от 1200 кг/м3 до1280 кг/м3 значительная часть оксида магния преобразуется в гидрооксихлориды; содержание гидрооксида магния уменьшается на 30—40 %. В камне сульфомагнезиального вяжущего формируется также гидрооксихлоркарбонат магния Mg(OH)2·MgCl2·2MgCO3·6H2O — промежуточное соединение, характерное для низкомагнезиальных композиций .

Добавка MgCl2 ускоряет гидратацию CaSO4·0,5H2O, изменяя растворимость фазы. Однако действие добавок, не содержащих одноименных с сульфатом кальция ионов, зависит от их концентрации .

Для затворения сульфомагнезиальных вяжущих использовали концентрированный раствор хлорида магния, замедливший гидратацию гипсовой части. С течением времени твердения по мере связывания MgCl2 в гидрооксихлориды магния характер влияния соли на гидратационные свойства CaSO4·0,5H2O меняется. С увеличением плотности раствора MgCl2 снижается степень гидратации полугидрата сульфата кальция, и, как результат, минимизируется вклад двуводного гипса в формирование первичного каркаса камня вяжущего .

Замедленная гидратация полугидрата сульфата кальция CaSO40,5H2O, обусловленная повышением концентрации MgO и MgCl2, обеспечивает плавный характер кристаллизации CaSO42H2O, способствующий уплотнению и повышению водостойкости камня .

В затвердевшем сульфомагнезиальном вяжущем зафиксированы фазы, характерные для самостоятельной гидратации компонентов. Однако не исключена возможность образования гидратов в виде двойных или тройных солей. При этом наибольшая роль в упрочнении и водостойкости сульфомагнезиального камня принадлежит характеру формирования структуры .

Исследования сульфомагнезиальных вяжущих длительного твердения показали, что после 10 лет пребывания на воздухе качественный состав материалов мало изменился. Камень смешанного вяжущего состоит из пентагидрооксихлорида и гидрооксида магния, двуводного гипса, негидратированных исходных веществ. Анализ дифрактограмм показал, что с увеличением концентрации МgCl 2 в затворителе растет степень гидратации МgО, повышается содержание пентагидрооксихлорида магния, стабильного при длительном твердении. Снижение гидратационной активности полугидрата сульфата кальция обусловливает уменьшение доли двуводного гипса .

Сопоставление структур затвердевшего вяжущего, затворенного различным по концентрации раствором хлорида магния, позволяет предположить, что крупноблочное строение камня делает более уязвимой композицию на основе высококонцентрированного раствора хлорида магния в условиях повышенной влажности .

Это согласуется с результатами испытаний материалов на водостойкость. Наибольшей устойчивостью к действию влаги характеризуются сульфомагнезиальные композиции с повышенным содержанием гидрооксида магния и двуводного гипса .

По данным дифрактометрического анализа, содержание пентагидрооксихлорида магния в сульфомагнезиальной композиции сопоставимо или превышает таковое в каустическом магнезите .

Значительные количества доминирующего гидрооксихлорида магния в составе вяжущего с ограниченным содержанием оксида магния обусловлено повышенной активностью последнего в композиции .

Это отличает сульфомагнезиальные композиции от смешанных вяжущих, содержащих силикатный или железистый компонент, в которых повышенная гидратационная активность оксида магния реализована не только в формировании гидрооксихлорида магния, а также в образовании гидросиликатов, гидроферритов магния .

В составе камня длительного твердения сохраняются негидратированные исходные вещества. Следовательно, в вяжущем не реализуется часть химически активных компонентов. Это указывает на необходимость поиска способов более полного вовлечения составляющих в процессы гидратации. Гидратационная активность исследуемых вяжущих весьма чувствительна к составу затворителя .

Однако влияние этого фактора носит конфликтный характер:

увеличение концентрации хлорида магния в затворителе, обеспечивающее активизацию оксида магния и формирование гидрооксихлоридных комплексов, интенсивно упрочняющих камень вяжущего;

сдерживает гидратацию полуводного сульфата кальция. Поиск оптимальной плотности раствора хлорида магния существенно не изменит ситуации. Представляется целесообразным раздельное затворение компонентов смешанного вяжущего, преимущества которого реализованы при приготовлении формовочной смеси для пенобетона [3, с. 12] .

Выводы. Магнезиальные композиции — эффективная разновидность смешанных малоэнергоемких вяжущих. Многокомпонентный состав и химическая активность составляющих расширяют возможности воздействия на процессы гидратации и структурообразования за счет изменения состояния, рецептуры и приемов приготовления композиции .

Список литературы:

Мирюк О.А., Ахметов И.С. Вяжущие вещества из техногенного сырья. — 1 .

Рудный: Рудненский индустриальный институт, 2002. — 250 с .

Горбачева М.И., Игнатов В.И., Рябов Г.Г., Бородкин Н.Н. Композиционное водостойкое вяжущее на основе полуводного гипса // Строительные материалы. — 1987. — № 5. — С. 26—27 .

Мирюк О.А. Особенности приготовления пеномасс для бесцементного 3 .

ячеистого бетона // Техника и технология силикатов. — 2011. — Т. 18. — № 3. — С. 12—17 .

СЕКЦИЯ 7 .

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕННОСТИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ПОЛИСАХАРИДОВ

ИЗ КРАСНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ И МОРСКИХ ТРАВ

–  –  –

АННОТАЦИЯ Проведены сравнительные исследования химического состава красных водорослей и морских трав. Установлено, что направленность технологического процесса получения полисахаридов из морского растительного сырья определяется моносахаридным составом и содержанием клетчатки. Полученные данные позволяют сделать отбор сырья определенного отдела, класса, вида и прогнозировать получение определенного полисахарида, а также технологические подходы к его переработке для производства полисахаридов с заданными свойствами .

ABSTRACT

Comparative studies of the chemical composition of red algae and sea grasses have been carried out. Found that the technological process direction during obtaining polysaccharides from marine plant material is determined by its monosaccharide composition and fiber content. The collected data allow us to make the selection of raw materials of the specific biological type and to predict the obtaining of definite polysaccharide as well as the technological approaches to its processing for the production of polysaccharides with the desired properties .

Ключевые слова: красные водоросли, морские травы, химический состав, моносахариды, галактоза, 3,6-ангидрогалактоза, клетчатка, группы, технологический процесс .

Keywords: red algae, sea grasses, chemical composition, monosaccharides, galactose, 3,6-anhydrogalactose, fiber, groups, technological process .

Полисахариды являются одним из основных компонентов биомассы красных водорослей и морских трав. Химический состав красных водорослей и морских трав, состав и свойства их полисахаридов, а также технологии их получения отличаются и имеют свои особенности. Ранее было показано, что химический состав морского растительного сырья позволяет установить его общие технологические характеристики и определять направленность технологического процесса при получении полисахаридов [4. с. 28]. Однако этих данных оказалось недостаточно для разработки системного подхода к разработке технологий полисахаридов с регулярной структурой и заданными свойствами из морского растительного сырья .

Целью настоящей работы было определение направленности технологического процесса для получения полисахаридов с заданными свойствами из красных водорослей и морских трав .

В качестве объектов исследований использовали разные виды водорослей и трав (табл. 1) .

Для химической оценки (содержания воды, минеральных и органических соединений, полисахаридов) водорослей и трав использовали стандартные методы [2. с. 2, 3, 14] .

Общее содержание азотистых веществ определяли микрометодом по Кьельдалю на анализаторе азота “Kjeltek Auto 1030 Analyzer” фирмы “Tecator” .

Содержание клетчатки определяли методом Кюршнера и Ганака после гидролиза водорослей и трав смесью концентри

–  –  –

Моносахаридный состав биомассы красных водорослей был определен после полного восстановительного гидролиза с последующим количественным и качественным анализом компонентов гидролизатов методом ГЖХ [20. с. 839] .

Моносахаридный состав биомассы морской травы определяли после гидролиза методом ГЖХ в виде ацетатов полиолов с ацетатом мио-инозита в качестве внутреннего стандарта [15. с. 21] .

Газожидкостная хроматография (ГЖХ) выполнялась на хроматографе 5890A с пламенно-ионизационным Hewlett-Packard детектором, капиллярными колонками Ultra-1 (для исследования углеводов биомассы красных водорослей), НР Ultra-2 (для исследования углеводов морской травы) и интегратором HP 3393A, в потоке азота, с градиентом температуры от 175 0С до 2900С со скоростью 100С/мин .

Химический состав морского растительного сырья используемого для производства полисахаридов представлен в табл. 2 .

–  –  –

Состав сухого вещества исследуемых растений представлен минеральными и органическими соединениями. Больше всего минеральных веществ накапливает тихокарпус — 26,6 %, меньше всего гелидиум — 7,4 %. Высокое содержание минеральных веществ указывает на присутствие кислых полисахаридов типа каррагинана (40 %) в тихокарпусе, большая часть анионных групп которых связана с катионами калия, натрия. У морских трав содержание минеральных веществ колеблется от 16,7 до 17,1 % .

Органические вещества биомассы морского растительного сырья в основном представлены углеводами и азотистыми веществами .

Содержание последних изменяется от 7,5 % (в филлоспадиксе) до 24 % (в анфельции) (табл. 2) .

Полисахариды в тканях водорослей связаны с белками, катионами металлов, а также внутри- и межмолекулярными взаимодействиями .

Основной технологической задачей при получении полисахаридов является разрушение белково-углеводного комплекса растительных тканей. Содержание клетчатки в морском растительном сырье определяет технологические параметры обработки сырья при выделении полисахаридов. Больше всего клетчатки содержит филлоспадикс (21,3 %), меньше всего порфира и тихокарпус (2,0—2,6 %). Анфельция занимает промежуточное положение (17,0 %) .

Известно, что основным полисахаридом A.tobuchiensis, G. amansii, G. verrucosa является агар [12. с. 290; 6. с. 264; 11. с. 91; 9. с. 156; 5. с. 76], C. armatus, T. crinitus, — каррагинан [3. с. 132; 13. с. 82; 23. с. 374], P. umbricalis — порфиран [17. с. 177; 18. с. 80]; O. Сorymbifera — одонталан [22. с. 235]; Z. marina, P.iwatensis — пектины — зостерин и филлорин [7. с. 30; 8. с. 104; 14. с. 200]. Максимальное содержание основного полисахарида — каррагинана (47,9 %) наблюдается в C. armatus, минимальное в A.tobuchiensis (25,0 %). Морские травы накапливают до 30 % пектинов, что несколько выше, чем в A. tobuchiensis .

В настоящее время моносахаридный состав углеводов можно устанавливать без их предварительного выделения из биомассы водорослей [19. с. 124; 21. с. 10.]. Данные полученные с помощью этого подхода представлены в табл. 3. Отмечены большие различия по содержанию галактозы и 3,6-ангидрогалактозы в углеводном составе биомассы водорослей и трав. Для красных водорослей характерно высокое содержание этих моносахаридов, которые являются структурными компонентами каррагинана и агара. В составе нейтральных моносахаридов морских трав отмечено низкое содержание галактозы по сравнению с красными водорослями и свидетельствует о преобладании в их биомассе кислого полисахарида [7. с. 31] .

Сравнительный анализ химического состава морского растительного сырья показал, что основными характеристиками для установления направленности технологического процесса получения полисахаридов являются состав и соотношение моносахаридов, а также содержание клетчатки, характеризующей прочностные свойства растительных тканей (табл. 3) .

Химические характеристики были выбраны в качестве классификационных переменных для изучения сходства и различий между сырьевыми источниками полисахаридов, а также возможности разделения их на группы .

Анализ собственных экспериментальных данных и сопоставление их с данными литературы позволил нам обосновать и предположить разделение морского растительного сырья на группы, определяющее технологические параметры получения гелеобразующих полисахаридов .

Красные водоросли и морские травы разделили на 3 группы в зависимости от содержания клетчатки (К), галактозы (G) и 3,6-ангидрогалактозы (А): 1-ая группа — К15, G 1, А= 0 %; 2-ая группа: 10 К 15, 10 G 20, A10 %; 3-я группа: К 10, G 20, A 10 % .

–  –  –

С точки зрения технологии, филлоспадикс и зостера, отнесенные к первой группе морского растительного сырья, содержат очень прочный белково-полисахаридный комплекс и кислый полисахарид .

Известно, чем выше содержание клетчатки, тем более жесткими должны быть условия предварительной обработки сырья (температура, рН среды, продолжительность). При этом деполимеризация полисахарида должна быть минимальной [16]. В связи с этим, для получения полисахарида из этого вида сырья требуется кислотная деминерализация и модификация при повышенной температуре, и постоянном контроле молекулярной массы полисахарида .

Красные водоросли, принадлежащие ко второй и третьей группе, содержат в своем составе моносахарид — 3,6-ангидрогалактозу, который разрушается при кислотном гидролизе. В связи с этим целесообразно проведение модификации сырья в щелочной и слабощелочной среде .

Водоросли анфельция, грацилярия, гелидиум, одонталия, порфира, принадлежащие ко второй группе, содержат также прочный белковополисахаридный комплекс, но нейтральный полисахарид агар. Получение полисахаридов из этой группы водорослей требует применение модификации сырья в щелочной среде при температуре выше 100 0С и постоянном контроле прочности технологического геля .

Водоросли хондрус, тихокарпус (третья группа), содержат в 2 раза меньше клетчатки и высокосульфатированные полисахариды, которые хорошо растворяются в воде при температуре 50—600С .

Следовательно, получение каррагинанов из красных водорослей этой группы предполагает модификацию в щелочной среде при температуре от 20 до 500С .

Таким образом, сравнительные исследования химического состава красных водорослей и морских трав позволяют сделать отбор сырья определенного отдела, класса, вида и прогнозировать получение определенного полисахарида, а также технологические подходы к его переработке для производства полисахаридов с заданными свойствами. Установлено, что основными характеристиками морского растительного сырья для определения технологического процесса является моносахаридный состав и содержание клетчатки, которые необходимо учитывать при разработке технологии полисахаридов с заданными свойствами .

Список литературы:

Бурштейн А.И. Методы исследования пищевых продуктов. — Киев:

1 .

Госмедиздат., 1963. — 643 с .

ГОСТ 26-185-84. Водоросли морские, травы морские и продукты 2 .

их переработки. Методы анализа. — Введен 7.05.84. — 53 с .

Ермак И.М., Хотимченко Ю.С. Физико-химические свойства, применение 3 .

и биологическая активность каррагинана-полисахарида красных водорослей // Биология моря. — 1997. — Т. 23. — № 3. — С. 129—142 .

Кадникова И.А. Технохимическая характеристика морского растительного сырья для производства гелеобразующих полисахаридов//Хранение и переработка сельхозсырья. — 2011. — № 9. — С. 26—29 .

Кадникова И.А. Химический состав грацилярии культивируемой, естественной и их полисахаридов // Сб. тезисов Всесоюзн. Конф. «Научнотехнические проблемы марикультуры в стране». — Владивосток, 1989. — С. 76 .

Кадникова И.А., Подкорытова А.В., Суховерхов С.В. и др. Исследование 6 .

технологических свойств красной водоросли Gelidium amansii, произрастающей вдоль побережья республики Корея, и агара//Известия ТИНРО. — 2001. — Т. 129. — С. 261—269 .

Кадникова И.А., Кушева О.А. Обоснование технологии получения 7 .

пектина низкой степени этерификации из морской травы Phyllospadix iwatensis //Хранение и переработка сельхозсырья. — 2004. — № 10. — С. 29—31 .

Кизеветтер И.В., Суховеева М.В., Шмелькова Л.П. Промысловые морские 8 .

водоросли и травы дальневосточных морей. — М.:Лег. и пищ. пром-ть, 1981. — 110 с .

Микулич Д.В., Анцупова Л.В.

Химико-технологическая оценка черноморской грацилярии как сырья для производства агара //Материалы первой международной конференции «Морские прибрежные экосистемы:

водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки». Москва:

ВНИРО, 2002. — С. 154—160 .

Микулич Д.В., Красильникова С.В. Прогнозирование технологических 10 .

свойств агароподобных продуктов, полученных из смесей водорослей //Изв. ВУЗов (Пищевая технология). — 1986. — № 1. — С. 101—103 .

Микулич Д.В. Исследование состава и физико-химических свойств агара 11 .

из черноморской грацилярии //Тезисы докладов Межд. Симпозиума по марикультуре, 1995. — С. 91 .

Подкорытова А.В., Блинов Ю.Г., Кадникова И.А., Суховерхов С.В., 12 .

Сухотская Л.Ю., Хо-Донг Юн Высокоочищенный агар из Аhfeltia tobuchiensis и его микробиологическое тестирование//Известия ТИНРО, 1999. — Т. 125. — С. 287—292 .

Подкорытова А.В., Кадникова И.А., Усов А.И. Красная водоросль 13 .

Chondrus armatus (Harv.) Okam. (Gigartinaceae), ее химический состав, содержание каррагинана//Растительные ресурсы, 1994. — Bып. 1—2. — С. 79—85 .

Подкорытова А.В., Кушева О.А. Морские травы дальневосточных морей:

14 .

химический состав, свойства полисахаридов, направления использования // Изв. ТИНРО, 1997. — Т. 120. — С. 197—203 .

Cлонекер Д. Газожидкостная хроматография ацетатов альдитов/Методы 15 .

исследования углеводов /под ред. Уистлера и Бемиллера. — М.: Мир, 1975. — C. 20—24 .

Суховерхов С.В., Кадникова И.А., Кушева О.А., Подкорытова А.В .

16 .

Обоснование технологии получения агарозы из красной водоросли Ahnfeltia tobuchiensis //Известия ТИНРО. — 1999. — Т. 125. — С. 282—286 .

Усов А.И. Сульфатированные полисахариды красных морских водорослей. — В кн.: Успехи биологической химии. М.: Наука, 1979. — Т. 20. — C. 169—191 .

Усов А.И. Полисахариды красных морских водорослей // Прогресс химии 18 .

углеводов. М.: Наука, 1985. — С. 77—96 .

19. Усов А.И., Элашвилли М.Я. Восстановительный гидролиз — новый метод определения моносахаридного состава и частичного расщепления галактанов красных водорослей. Тез. докл. Всесоюзн. совещ. БАВ гидробионтов — новые лекарственные, лечебно-профилактические и технические препараты. — Владивосток, 1991. — С. 124—125 .

20. Усов А.И., Элашвили М.Я. Количественное определение 3,6-ангидрогалактозы и специфических галактанов красных водорослей в условиях полного восстановительного гидролиза//Биоорганическая химия. — 1991. — Т. 17. — № 6. — С. 839—848 .

21. Усов А.И. Проблемы и достижения в структурном анализе сульфатированных полисахаридов красных водорослей//Химия растительного сырья. — 2001. — № 2. — С. 7—20 .

22. Усов А.И., Кочетков Н.К. Полисахариды водорослей. 2.Полисахариды красной водоросли Odonthalia corymbifera (Gmel.) J.Ag. Выделение 6-Ометил-D-галактозы//Журнал общей химии. — 1968. — Т. 38. — С. 234—238 .

23. Usov A.I. Klochkova N.G. Polysaccharides of algae.45. Polysaccharide composition of red seaweed from Kamchatka coastal waters (Northwestern Pacific) studied by reductive hydrolysis of biomass//Botanicа Marina. — 1992. — V. 35. — P. 371—378 .

СЕКЦИЯ 8 .

ТЕХНОЛОГИЯ

ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ

ПОЛУЧЕНИЕ КОРМОВЫХ ЭКСТРУДАТОВ

НА ОСНОВЕ ПОДСОЛНЕЧНОЙ ЛУЗГИ

–  –  –

АННОТАЦИЯ В статье рассматриваются способы обработки подсолнечной лузги с целью снижения содержания в ней клетчатки и на основе этих способов предложено современное технологическое решение, которое позволит повысить ее питательность и делает возможным применять лузгу в качестве компонента комбикормов. В качестве такого решения предложена экструзия лузги с предварительной химической обработкой (декременизацией) .

ABSTRACT

The article deals with how to handle the buckwheat (sunflower) husk in order to reduce its content of fiber and by using these methods offer the modern technology solution that will improve its nutritional value, and makes it possible to apply the husk as a feed component for the birds, contributing to increase the yield of egg mass and meat productivity. As such solutions offered extrusion husk with chemical pretreatment .

Ключевые слова: лузга подсолнечная, клетчатка, отруби, гидроксид натрия, экструзия, экструдат, кормовая добавка, протеин, валовая энергия .

Keywords: sunflower husk, fiber, bran, sodium hydroxide, extrusion, the extrudate, feed supplement, protein, and gross energy .

При переработке подсолнечника в растительное масло образуется значительное количество лузги. Так, при работе Оренбургского маслоэкстракционного завода (ОАО «Оренбургский МЭЗ») этот показатель составляет в среднем 21029,40 т/год лузги или 16,69 % (с учетом потерь влаги) от поставляемого на переработку в масло подсолнечника в объеме — 126000 т/год .

Рассмотрим, на какой технологической стадии производства подсолнечного масла образуется лузга, на примере Оренбургского маслоэкстракционного завода (ОАО «Оренбургский МЭЗ»). В технологической схеме ОАО «Оренбургский МЭЗ» (реализуемой на основе типового технологического регламента) лузга образуется в процессе переработки семян подсолнечника в рушально-веечном отделении .

Процесс переработки подсолнечника в рушально-веечном отделении осуществляется в следующем виде: семена подсолнечника, предварительно очищенные от примесей на сепараторах А1-БИС-100 и рассеве семеновейки, взвешенные на автоматических весах ДН-500 и прошедшие магнитную защиту, подаются на обрушивание в бичевые рушки МНР. Далее рушанка самотеком поступает в аспирационные семеновеечные машины Р1-МСТ для разделения. На данном этапе выделенное ядро подается на вальцевые станки для измельчения и получении мятки. Мятка после вальцевых станков направляется в прессовое отделение. Образовавшаяся же после семеновеек Р1-МСТ лузга направляется в котельную или бункер. Контроль лузги осуществляется на аспирационных семеновеечных машинах Р1-МСТ .

Часть лузги самотеком или норией направляется на дробилку ДДМ на измельчение для введения ее в гранулятор .

В основном лузга, полученная при переработке подсолнечника и выделяемая из рушанки в рушально-веечном отделении, сжигается в котельной ОАО «ОМЭЗ» или вывозится на городскую свалку. Часть лузги измельчается на дробилках ДДМ до прохода через сито 3 мм и вводится в жмых перед гранулированием [1] .

При переработке семян подсолнечника лузга, выделяемая из рушанки, может быть использована для получения пара при сжигании ее в паровых котлах, в гидролизной промышленности; в измельченном виде она может быть использована в качестве наполнителя при силосовании кормов. Лузга, обогащенная соапстоком, в гранулированном виде также может быть использована на кормовые цели .

Другим, более рациональным путем использования подсолнечной лузги может быть применение ее в качестве компонента кормов, смесей или добавок к кормам. Широкое использование отходов маслоэкстракционных заводов (лузги) при производстве кормов сдерживается

–  –  –

Одним из основных недостатков подсолнечной лузги является повышенное содержание клетчатки, достигающее значения 50 % и более, что делает ее практически не усвояемой для желудка животных .

Для снижения содержания клетчатки в подсолнечной лузге применима технология комплексного воздействия путем обработки химическими реагентами с последующим экструдированием в одношнековом пресс-экструдере .

Как показали исследования подсолнечную лузгу, с точки зрения организации стабильности и непрерывности процесса, в чистом виде подвергнуть экструзионной обработке невозможно, ее использовали как составляющую в бинарной смеси (подсолнечная лузга + отруби) .

Необходимо отметить, что химическая обработка сводилась к увлажнению смеси растворами, определенной ранее концентрации 4 % Nа2CO3 или 5 % NаOH. Для эффективной и качественной обработки смесь необходимо увлажнять раствором NаOH или Nа2CO3 в течение 30 минут с последующим отволаживанием в течение 18 часов .

Подобное сочетание химической обработки смеси с ее последующим экструдированием позволяет получить продукт со значительно сниженным содержанием клетчатки в нем, неплохим внешним видом и органолептическими показателями .

Результаты исследований показали, что производительность пресс-экструдера для смеси: отруби пшеничные 80 %, лузга подсолнечная 20 %, обработанная 4 % раствором Na2CO3, равномерно увеличивается с 9,44 до 24,84 кг/ч.

Производительность для смеси:

отруби пшеничные 60 %, лузга подсолнечная 40 %, обработанная 4 % раствором Na2CO3 — равномерно уменьшается с 27,01 до 25,17 кг/ч .

Энергоемкость процесса экструдирования для смеси: отруби пшеничные 80 %, лузга подсолнечная 20 %, обработанная 4 % раствором Na2CO3, равномерно уменьшается с 0,49 до 0,17 Вт. ч/кг .

Для смеси отруби пшеничные 60 %, лузга подсолнечная 40 %, обработанная 4 % раствором Na2CO3 — равномерно уменьшается с 0,17 до 0,14 Вт. ч/кг .

Производительность для смеси: отруби пшеничные 80 %, лузга подсолнечная 20 %, обработанная 5 % раствором NaOH, равномерно уменьшается с 52,07 до 17,09 кг/ч. В смеси: отруби пшеничные 60 %, лузга подсолнечная 40 %, обработанная 5 % раствором NaOH — равномерно уменьшается с 22,2 до 8,91 кг/ч .

Установлено, что обработка смеси раствором NaOH позволяет получить максимальную производительность процесса прессования только для смеси влажностью 16 % .

Химическая обработка лузги заключается в связывание гидроксида натрия сырьем. В данном методе действующим началом на сырье являются ионы гидроксила. В результате их воздействия проходит ряд физико-химических преобразований. В том числе, под влиянием гидроксида натрия идет частичное растворение минеральных веществ, особенно кремниевой кислоты, пропитывающей плотным слоем клеточные стенки оболочек лузги. В результате снимается защитный слой и повышается способность сырья к набуханию .

Количество связываемого гидроксида зависит от условий процесса и вида сырья. Так, было установлено, что при обработке некоторых видов сырья он практически полностью вступает в реакции .

Основная часть NaOH связывается с кремниевой кислотой, переводя ее в водорастворимый силикат натрия, меньшая часть взаимодействует с фенольными гидроксилами и карбоксилами лигнина, нейтрализует карбоксилы гемицеллюлоз и разрушает лигноуглеводные связи .

Небольшое количество остаточной свободной щелочи в сырье не нуждается в нейтрализации, что позволяет обработанную лузгу непосредственно направить на корм скоту [3] .

Применение в качестве химического реагента раствора Na2CO3 позволяет получить более низкую энергоемкость процесса и стабильный режим экструдирования .

–  –  –

Дальнейшие исследования показали, что исходное сырье следует измельчать, так как операция измельчения влияет как на производительность и энергоемкость пресс-экструдера, так и на внешний (товарный) вид экструдата .

Из таблицы 4 следует, что дополнительная операция — измельчение оказывает положительное влияние на ведение технологического процесса по получению экструдированного продукта [2] .

–  –  –

Список литературы:

Антимонов С.В., Габзалилова Ю.И. Современные проблемы науки 1 .

и образования: Материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов, специалистов, преподавателей и молодых учены, 29 мая 2009: В 2 т. Т. 2. — Н. Новгород: НФ УРАО, 2009. — 416—418 с .

Антимонов С.В., Соловых С.Ю. Технология получения кормосмесей 2 .

и добавок с применением нетрадиционного растительного сырья .

Пищевые технологии. VIII Всероссийская конференция молодых ученых с международным участием (г. Казань, 2007 г.) Сборник тезисов докладов — Казань: Издательство «Отечество», 2007 — с. 222 .

Дудкин М.С., Черно Н.К. Пищевые волокна Киев: Урожай, 1988. — 152 с .

3 .

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРОДУКТ ПИТАНИЯ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ФЕРМЕНТАТИВНО-МОДИФИЦИРОВАННОЙ

КРЕВЕТОЧНОЙ БИОМАССЫ

–  –  –

АННОТАЦИЯ Целью работы явилась разработка технологии изготовления комбинированных высокобелковых паштетов с использованием ферментативно-модифицированной креветочной биомассы, проведение сравнительный анализ их биологическая ценность .

ABSTRACT

The aim of the study was to designing manufacturing technology combined with the use of high-protein pastes with using non-enzymatic and enzymatic-modified biomass of shrimp, conducting a comparative analysis of their biological value .

Ключевые слова: креветка северная, ферментативно-модифицированная креветочная биомасса, аминокислоты, высокобелковый паштет, жирные кислоты, соевые пептиды .

Keywords: Northern shrimp, enzymatic modified shrimp biomass, amino acids, high-protein paste, fatty acids, soy peptides .

В настоящее время, во многих странах, в ряде регионов России, в том числе и на Дальнем Востоке, значителен дефицит белковых продуктов питания. Это связано, в частности, с ростом цен на животные продукты, как основного источника белка, появлением в рационе питания населения синтетических, некачественных, импортных, плохо усвояемых организмом продуктов. По данным Института питания РАМН, в России, за последнее время, потребление животных белков снизилось на 25—35 %, и соответственно, увеличилось потребление углеводсодержащей пищи (картофеля, хлебопродуктов, макаронных изделий). Среднестатистическое потребление животного белка снизилось с 47,5 до 38,8 г в сутки и составило 49 % против 55 % рекомендуемых. В семьях с низким доходом потребление общего белка в сутки не превышает 29—40 г .

Частично проблема животного белка решена за счет производства пищевых продуктов, обогащенных некоторыми недостающими компонентами, получаемыми из нетрадиционного сырья (белок, минеральные вещества, полиненасыщенные жирные кислоты, пищевые волокна, витамины и т. д.), путем обогащения, прежде всего, продуктов массового потребления, доступных всем группам населения и регулярно используемых в повседневном питании. К ним относятся и мясные, и рыбные продукты. Эта группа продуктов составляет незаменимую и неотъемлемую часть рациона питания человека .

Сочетание хороших вкусовых характеристик и относительно невысокой стоимости этих продуктов завоевали доверие потребителей [1] .

Дальний Восток богат своими биоресурсами. В качестве сырья для производства функциональных продуктов питания рассматривается северный чилим (креветка северная) — Pandalus borealis — распространенный на севере Дальнего востока, заходящий в воды Японского моря и залив Петра Великого, один из наиболее доступных для населения Дальнего Востока. Он является видом холодноводных креветок. Это мелкий вид, но при этом наиболее ценными являются именно он, т. к. содержит наибольшее количество полезных веществ (антиоксидант-астаксантин витамины, ферменты и гормоны; кальций, калий, магний, марганец, медь, молибден, фосфор, железо, аминокислоты: лейцин, лизин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты, глицин,). Он был взят в основу создания креветочной биомассы [8] .

Соя занимает особое место среди бобовых культур благодаря высокому содержанию полноценного белка (до 40 % и более) и жира (до 20 % и более). Это самая распространенная в мире бобовая культура .

По данным Института питания Российской академии медицинских наук, соевый белок в пищевом отношении легко усвояем, высокоценен, достаточно сбалансирован по аминокислотному составу, сравним по биологической ценности с белком молока, рыбы, говядины [4] .

Следует отметить важность источника соевого белка, т. к. разные соевые продукты (соевая мука, соевый концентрат и изолированный соевый белок) имеют разный коэффициент усвояемости, они неравноценны по своим медико-биологическим свойствам, что также связано с различным способом их производства. Только соевые белковые продукты, получаемые по самой современной технологии — путем водной экстракции, имеют наибольший коэффициент усвояемости и в наибольшей степени сохраняют натуральные свойства сои. Соевые семена содержат, в среднем, около 35 % белка, изолированные соевые белки (изоляты) — до 90 % белка. Изолированный — выделенный из бобов сои, высокоочищенный белок [5] .

Основанием для широкого комплексного использования креветочной биомассы и комплементарных соевых пептидов при производстве высокобелковых функциональных продуктов является уникальность аминокислотного состава креветочной биомассы и белков сои. За счет комлементарности белков сои с белками животного происхождения, что повышает общую биологическую ценность белкового состава готового продукта, нейтральность вкусоароматических характеристик соевых белков и их совместимость с различными видами сырья в рецептурах изделий .

Эти качества дают возможность вводить белковые ингредиенты в рецептуры продуктов и получать высокобелковые готовые изделия, не уступающие по биологической ценности традиционным продуктам и рационально использовать дорогостоящее сырье животного происхождения. Продукты, выработанные с соевыми белками, по цене более доступны массовому потребителю и позволяют частично покрыть дефицит белка в рационе питания [6] .

В этой связи одним из основных путей решения проблемы дефицита белка является создание комбинированных высокобелковых функциональных продуктов с добавлением креветочной биомассы и соевых пептидов .

На базе Дальневосточного федерального университета Школой биомедицины были разработаны биотехнологии получения и химический состав функционального продукта питания, в том числе и с использованием ферментативно-модифицированной креветочной биомассы .

Научная новизна. Впервые разработаны технологии изготовления комбинированных высокобелковых паштетов с использованием ферментативно-модифицированной креветочной биомассы, проведен сравнительный анализ их биологическая ценность .

В рамках исследования была разработана технология получения высококачественных комбинированных паштетов, которая включает следующие операции: подготовка креветочной биомассы, в том числе и ферментно-модифицированной, бланшировка, варка продуктов растительного происхождения (морковь и тыква), измельчение креветочной биомассы и продуктов растительного происхождения, добавление коровьего масла, молочной сыворотки, соевых пептидов и пектина, Также были исследованы показатели качества высокобелковых паштетов: органолептические, физико-химические и микробиологические .

Характеристика компонентов паштета. Креветочная биомасса является источником полноценных белков (16—22 %) и липидов (0,7—2,3 %). Белки мяса креветки содержат высокое количество лейцина (7,26 г на 100 г белка), лизина (7,84 г на 100 г белка), глутаминовой кислоты (10,76 г на 100 г белка) и глицина (12,96 г на 100 г белка). В составе липидов мяса креветки идентифицировано более 40 жирных кислот, из которых насыщенные составляют до 25 % .

Морковь и тыква — основной источник углевода (7,5 г на 100 г продукта) и каротина (3—9 мг на 100 г продукта). Коровье масло является источником витамина А (0,5 мг на 100 г продукта). Соевые пептиды применяются для обогащения данного функционального продукта белковыми компонентами .

В рамках данного исследования впервые были исследованы жирнокислотные составы паштетов с добавлением и без добавления антиоксиданта. Огромное значение для обеспечения храниспособности этого вида изделий играют антиоксиданты .

Нами был использован новый наиболее эффективный антиоксидант «Флавит» (ТУ 9197-030-02699613-2007) с общим содержанием флавоноидов более 98 %, из которых более 90 % составляет дигидрокверцетин. Дегидрокверцетинбыл получен из хвойных деревьев институтом биологического приборостроения РАН, г. Пущино .

Для ферментативного гидролиза белка был использован ферментативный препарат — химотрипсин, который относится к группе протеолитических ферментов. Регистрационный номер химотрипсина ЛС-000125 от 08.04.2005 .

На базе экспериментальных работ исследованы аминокислотный и жирнокислотный состав ферментативно-модифицированной креветочной биомассы для создания функциональных пищевых продуктов. Исследования показали, что необходимые для организма человека аспарагиновая, глутаминовая аминокислоты, лейцин и глицин превосходят по своему содержанию остальные аминоксилоты .

На основании проведенной органолептической экспертизы исследуемого паштета были установлены следующие показатели качества — однородный, от светло-желтого до светло-розового оттенка, соответствующий цвету компонентов, сливочный вкус, без постороннего привкуса, приятный запах, с пастообразной, нежной, мягкой, сочной консистенцией .

Следовательно, полученный паштет удовлетворяет требованиям СанПин 2.3.2.1078-01, так как не было обнаружено ни санитарнопоказательных микроорганизмов, ни токсичных элементов, что является признаком хорошего качества исследованных образов паштетов [7] .

Таким образом, можно считать, что стабильность жирнокислотного состава без добавления антиоксиданта выше, чем в образце .

Но, некоторые жирные кислоты незначительно уступают по своему содержанию (каприловая, олеиновая, лауриновая, стеариновая и арахидоновая) .

Полученный паштет является обогащенным функциональным пищевым продуктом с добавлением одного или нескольких физиологически функциональных пищевых ингредиентам к традиционным пищевым продуктам с целью предотвращения возникновения или исправления имеющегося в организме человека дефицита питательных веществ, так как функциональные пищевые ингредиенты исходного растительного и (или) животного сырья в количестве, составляют в одной порции продукта менее 15 % от суточной потребности [2, 3] .

Таким образом, разработанный высококачественны комбинированный паштет с использованием ферментативно-модифицированной креветочной биомассы и продуктов растительного происхождения может быть рекомендован для корректировки рационов питания, в том числе для спортсменов различных специализаций .

Список литературы:

Баранов В.Ф. Роль сои в решении белковой проблемы. / В.Ф. Баранов, 1 .

В.И. Клюка, А.В. Кочегура // Сб. научн. трудов. ВНИИМК «Повышение продуктивности сои». — Краснодар, 2000. — С. 6—11 .

ГОСТ Р 52349-2005. Национальный стандарт Российской Федерации .

2 .

Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения. — введ. 01.06.07. — М.: Изд-во стандартов, 2006 — 8 с .

ГОСТ Р 54059-2010. Национальный стандарт Российской Федерации .

3 .

Продукты пищевые функциональные. Ингредиенты пищевые функциональные. Классификация и общие требования. Введ. 01.01.12. — М.: Стандартинформ, 2011 — 8 с .

Гуляев В.Н. Ценный источник белка / В.Н. Гуляев // Пищевая 4 .

промышленность. — 1988. — № 12. — С. 38—41 .

Доморощенкова М.Л. Новые виды текстурированных соевых белков для 5 .

пищевой промышленности / М.Л. Доморощенкова, Т.Ф. Демьяненко // Пищевая промышленность. — 2002. — № 1. — С. 44—47 .

Каленик Т.К., Ольховая Л.П., Чернышова А.Н. Влияние биотехнологической модифицикации сои на ее белковые компоненты / Т.К. Каленик / Хранение и переработка сельхозсырья. — 2009. — № 2. — С. 71—74 .

СанПиН 2.3 .

2.1078-01. Гигиенические требования безопасности 7 .

и пищевой ценности пищевых продуктов. Введ. 01.09.02. — М.: ИНФРАМ, 2002. — 180 с .

Тимофеева В.А. Товароведение продовольственных товаров: Учебник / 8 .

В.А. Тимофеева. — М.: Феникс, 2005. — 417 с .

РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУР

ДЛЯ КОЭКСТРУЗИОННЫХ ПРОДУКТОВ

МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОГО

ПРОГРАММИРОВАНИЯ

–  –  –

АННОТАЦИЯ В статье исследована возможность создания путем рецептурного программирования корпуса для коэкструзионных продуктов с учетом технологических свойств сырья. Представлена программная реализация в среде MathCad .

ABSTRACT

The article studies the possibility of creating package for co-extrusion products based on technological properties of materials through recipe programming. Software implementionion within MathCad are presented .

Ключевые слова: моделирование, экструзионные продукты, фасоль, горох, рецептурное программирования, лимитирующие незаменимые аминокислоты, среда пакета MathCad .

Keywords: modeling, extrusion products, beans, peas, recipe programming, limiting essential amino acid, medium package MathCad .

Темп жизни современного человека, повышение мобильности, желание к минимуму сократить продолжительность приготовления пищи смещает вектор потребительских вкусов в сторону продуктов быстрого приготовления. Особое место среди продуктов «быстрого питания» занимают сухие завтраки экструзионной технологии (палочки, кольца, шарики, пластинки, хлопья, батончики или подушечки с начинками). Сырьем для производства данных продуктов являются зерновые культуры, в большинстве случаев кукуруза, пшеница, рис, овес, которые могут использоваться при изготовлении экструдатов отдельно или в смесях, а также разнообразные вкусовые и ароматические добавки. Такие продукты перегружены крахмалом и характеризуются небольшим содержанием белка, незаменимых аминокислот, витаминов, минеральных веществ. Систематическое потребление продуктов, содержащих недостаточное количество незаменимых аминокислот, витаминов и минеральных веществ может вызвать необратимые изменения в организме человека .

Белки являются наиболее ценным компонентом пищи .

Они участвуют в важных функциях организма. Особенность белков состоит в их незаменимости другими пищевыми веществами. Белки пищи в организме человека расщепляются до органических кислот, из которых снова синтезируются новые аминокислоты, а потом белки .

Это так называемые заменимые аминокислоты. Существует восемь аминокислот, а именно: изолейцин, лейцин, лизин, валин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин, которые не образуются в организме взрослого человека, а поступают только с пищей. Это так называемые незаменимые аминокислоты. При недостатке аминокислот задерживается развитие организма [2, 4] .

Применение вместе с традиционной для производства продуктов экструзии зерновым сырьем такого нетрадиционного сырья, как горох, фасоль и чечевица позволит расширить ассортимент коэкструзионных продуктов и улучшить пищевую и биологическую ценность. Белок зернобобовых культур богат на аминокислоты, биологически полноценный, характеризуется высокой перевариваемостью. Растительные белки могут использоваться для повышения содержания белка, замены части основного сырья и снижение энергетической ценности продуктов .

Для определения ценности аминокислотного состава используют показатель аминокислотного скора, равный отношению содержания аминокислоты в исследуемом белке к содержимому этой же аминокислоты в «идеальном белке». Аминокислота, имеющая аминокислотный СКОР меньше, чем 100 %, называется лимитирующей [4] .

Анализ химического состава сырья, которое традиционно использовалось для производства сухих завтраков, показал, что все они имеют количественный дефицит эссенциальных аминокислот, поэтому для получения продукта с полноценным белком необходимо добавлять в рецептуру ингредиенты, которые бы компенсировали недостаток дефицитных аминокислот. Предлагается использовать как обогатитель зернобобовые культуры, содержащие в своем составе незаменимые аминокислоты, которых не хватает в основном сырье, физиологически активные углеводы, богатый комплекс витаминов и пищевых волокон .

Руководствуясь методом нутрициологии можно создать такие рецептурные композиции, состав которых соответствовал бы всем требованиям эталона .

В таблице 1 представлено содержание незаменимых аминокислот в зерновых белках и количество соответствующих аминокислот, которые необходимы человеку .

Таблица 1 .

–  –  –

Расчет выполнен для смеси круп: пшеничной, гречневой ядрицы, кукурузы и фасоли .

Задаем количество компонентов в смеси, в переменные k1, k2... .

k12 вводим соответствующие номера компонентов (в порядке увеличения), создаем матрицу A и вектор B, которые соответствуют значениям таблицы 1:

Матрица 1 .

Создаем матрицу C, что соответствует значениям незаменимых аминокислот для введенных компонентов; вектор D, что соответствует среднему значению каждой незаменимой аминокислоты для введенных компонентов; формируем вектор BD как разность между значениями потребностей человека (вектор B) и средними значениями (вектор D) каждой незаменимой аминокислоты для введенных компонентов; формируем вектор N_BD и находим основные лимитирующие незаменимые аминокислоты в этой композиции (вектор R):

Матрица 2 .

Для данной смеси круп: пшеничной, гречневой ядрицы, кукурузы и фасоли лимитирующие незаменимые аминокислоты — это лизин (4), треонин (6), валин(1), метионин+цистин (5) .

Формируем матрицу С4 из коэффициентов основных лимитирующих незаменимых аминокислот этой композиции, вектор B4 из коэффициентов соответствующих значений потребностей человека и решаем систему уравнений относительно основных лимитирующих незаменимых аминокислот; рассчитываем аминокислотный СКОР в %, равный отношению количества аминокислоты в 100 г белка продукта к количеству той же аминокислоты в 100 г идеального белка:

–  –  –

Согласно предложенной рецептурной композицией в продукте отсутствует дефицит незаменимых аминокислот, так как он имеет высокую биологическую ценность .

В таблице 2 приведены данные количества белка в 100 г продукта .

–  –  –

Создаем векторы V и Y, которые соответствуют данным таблицы 2 и количеству белка (граммах) в 100 г каждого из компонентов смеси, находим соотношение каждого из компонентов в данной композиции:

–  –  –

Для получения биологически полноценного продукта из смеси пшеницы, гречневой ядрицы, кукурузы и фасоли необходимо их соотношение:

51,018: 15,01 : 12,495 : 21,478 Согласно предложенной рецептурной композицией в продукте отсутствует дефицит незаменимых аминокислот, исходя из рассчитанного вектора Р1 для смеси можно сделать вывод, что полученные рецептурные композиции полностью сбалансированы по аминокислотному скору .

Состав полученных композиций подлежал корреляции, учитывая особенности технологии экструдирования и органолептические показатели готовых экструдатов .

Соответственно вышеизложенному материалу можно сделать вывод, что используя компьютерное программирование можно создавать рецептурные композиции повышенной пищевой ценности .

Список литературы:

Гурский Д.А., Турбина Е.С. Вычисления в MathCad 12. — СПб.: Питер, 1 .

2006 .

Дьяконов В.П. Справочник по MAthCAD 7.0 PRO. М.: СК-ПРЕСС, 1998 .

2 .

785 с .

Ковбаса В.М., Терлецька В.А., Єгорова І.К. Розробка продуктів 3 .

екструзійної технології з використанням пророщеного зерна. Ї К.:

УкрІНТЕІ, 1996. Ї 20 с .

Химический состав пищевых продуктов. Книга 2: Справочные таблицы 4 .

содержания аминокислот, жирных кислот, витаминов, макрои микроэлемнтов, органических кислот и углеводов / Под ред .

И.М. Скурихина и М.Н. Волгарева. — 2-е изд. — М.: Агропромиздат, 1987. — 360 с .

БЕЗАЛКОГОЛЬНЫЕ НАПИТКИ НА ОСНОВЕ

БАЛЬЗАМОВ «АЛТАЙСКИЙ БУКЕТ»

–  –  –

АННОТАЦИЯ Целью данной работы является разработка рецептур безалкогольных напитков с использованием растительного сырья Алтая .

При разработке рецептур безалкогольных напитков подбор ингредиентов был проведен на основе прогноза их химического состава, в том числе веществ, нормализующих окислительновосстановительные процессы .

ABSTRACT

The aim of this work is to develop formulations of soft drinks with plant material Altai. In developing the recipe ingredients of soft drinks selection was conducted on the basis of the forecast of their chemical composition, including substances that normalize the redox processes .

Ключевые слова: безалкогольные напитки, биологически активные вещества растительного происхождения, бальзамы .

Keywords: soft drinks, biologically active substances of plant origin, balms .

Доступными и массовыми продуктами, содержащими биологически активные вещества растительного происхождения, могут стать в России безалкагольные и чайные напитки, бальзамы, сиропы и др., поскольку потребление жидкости в рационе питания не может быть сокращено без ущерба для здоровья. Однако, ассортимент напитков на основе дикорастущего и лекарственно-технического сырья, выпускаемый нашей промышленностью, составляет лишь несколько наименований, что диктует настоятельную необходимость в дальнейшем разработке рецептур новых продуктов с повышенной биологической ценностью .

Принципиально важной особенностью научно-исследовательских работ выбранного направления является ориентация на продукты питания, изготовленные с применением местного растительного сырья и соответствующих добавок, биологическая и энергетическая ценность которых значительно выше, чем у импортных или привозимых из других районов России продуктов. Это обусловлено известной экологической закономерностью сходства биохимического состава всех региональных компонентов биоты (воды — почвы — растений — продуктов питания — организма человека), оказывающих решающее влияние на формирование регионального генотипа [1] .

Сложный комплекс веществ, входящий в их состав, одновременно с лечением улучшает обмен веществ организма в целом, нормализует состояние его внутренней среды, повышает сопротивляемость организма к вредным воздействиям. Наряду с этим многие лекарственные растения и продукты их переработки обеспечивают высокие органолептические показатели пищи. Положительные свойства многих растений (в особенности лекарственных, эфирно-масличных, пряноароматических и др.) обусловлены их способностью активизировать ферментные системы и усиливать энергетическое обеспечение организма. Важно отметить, что по своей биохимической природе, лекарственнотехническое сырье ближе человеческому организму, чем пищевые добавки синтетического происхождения, действуют на организм мягче, физиологическая активность их шире и поэтому, при правильном применении, они не вызывают побочного действия [4] .

Специалистами ДВФУ (г. Владивосток) совместно с научнопроизводственной фирмой «Алтайский букет» (г. Барнаул) проведены технологические исследования разработки напитков с целью достижения заданных параметров на основании теоретических и экспериментальных данных. Рецептуры различных форм напитков отрабатывали на модельных образцах на натуральной основе. Выбор видов и количеств бальзамов и экстрактов осуществляли на основании результатов органолептического анализа модельных растворов, а также рекомендаций Института питания РАМН, базирующихся на основании «Норм физиологических потребностей в основных пищевых веществах и энергии населения России». Проведенные исследования позволили определить несколько вариантов композиций напитков на основе бальзамов «Алтайский букет» и экстрактов дикорастущих трав .

Исследованиями, проведенными [5] было отмечено, что бальзамы на основе дикорастущего и интродуцированного растительного сырья, отличаются повышенным содержанием веществ фенольной природы, стабильностью в хранении, антиоксидантной (АОА) и антирадикальной активностью (АРА). Бальзамы «Алтайский букет» различного направления (тонизирующий, витаминный, очищающий, нормализирующий, антистрессовый, печеночный, противоаллергический, иммуномодулирующий, успокаивающий) на основе водных экстрактов растений, концентрированного сока вишни и меда, являются вкусовой и функциональной основой для разрабатываемых напитков. В качестве водной основы предложено использование столовой минеральной природной воды «Родники России», т. к. вода имеет естественный состав полезных микроэлементов и химических соединений, необходимых человеку для здоровья: гидрокарбонаты улучшают работу желудка, оздоравливающе действуют на слизистые оболочки, поддерживают кислотно-щелочной баланс; натрий регулирует водный обмен, вместе с калием поддерживает давление в тканевых и межтканевых жидкостях организма; магний регулирует работу сердца и кровяное давление, способствует улучшению функций желчного пузыря, благотворно влияет на нервную систему; кальций входит в состав зубов и костей, необходим для нормального функционирования мышц и сердца; хлориды влияют на работу центральной нервной системы и регулируют пищеварительную функцию организма, поддерживают кислотно-щелочной баланс;

сульфаты влияют на деятельность пищеварительной функции организма, предотвращают воздействие на печень различных токсических веществ и подходит для ежедневного употребления .

Введение в напитки массового потребления бальзамов и водных экстрактов нутрицевтиков позволяет значительно повысить их биологическую ценность, что существенным образом отражается на коррекции химического состава рациона, обеспечении разнообразного лечебно-профилактического эффекта. Данные напитки рассматриваются как специальные восстановительные продукты, предназначенные как для реабилитации лиц с нарушениями микроэлементного статуса, так и для профилактики различных экопатологических заболеваний .

В рецептуры напитков включали бальзамы и экстракты, содержащее кальций (трава зверобоя, плоды шиповника, корень солодки уральской, лист крапивы двудомной); витамин С (лист смородины черной, плоды шиповника, лист крапивы двудомной), способствующий усвоению кальция; фосфор (лист смородины черной) [2], липотропные вещества (цвет ромашки, корень солодки уральской), улучшающие липидный обмен в печени и повышающие ее антитоксическую функцию, а также сырье с повышенным количеством серосодержащих аминокислот (крапива двудомная) [3] .

Сочетание бальзамов из дикорастущего лекарственного сырья и экстрактов является универсальным, так как способствует синергизму действия составляющих ее биологически активных компонентов .

В связи с тем, что механизм действия антиокислителей заключается в ингибировании реакций свободнорадикального автоокисления веществ, подбор ингредиентов продукта осуществляли на основе прогноза химического состава его компонентов, в том числе веществ, нормализирующих окислительно-восстановительные процессы .

Ингредиенты композиции дикоросов имеют в своем составе широкий спектр минеральных веществ, в том числе железо, йод, кальций, калий;

моносахариды, маннит, органические кислоты; все витамины группы В, витамин С, холин, флавоноиды. Растительные комплексы, входящие в состав напитков, содержат тирозин и триптофан, необходимые для синтеза серотонина, сам серотонин, а также гликозиды, алкалоиды, биофлавоноиды и другие биологически активные соединения [2] .

Моделирование рецептуры, учитывающее химический состав исходного сырья, норм потребления, а также тонизирующее действие на организм, активизацию обмена веществ, лечебный антиоксидантный эффект, позволило создать биологически активную композицию .

В таблице 1 приведены результаты исследований химического состава и энергетической ценности напитков .

Таблица 1 .

Химический состав и энергетическая ценность напитков Наименование компонента Содержание в 100 мл напитка Углеводы, г 11 Органические кислоты, г 1,4 Витамин С, мг 2,3 Танины, мг 600-1000 Вода, г 98,4 Моно- и дисахариды, г 0,7 Органические кислоты, г 0,1 Энергетическая ценность, ккал 41,7 В напитках содержится значительное количество элементов, участвующих в кровообращении, таких как железо, марганец. Образцы достаточно богаты цинком, входящим в состав гормона инсулина .

В них хорошо сбалансировано количество кальция и магния, которые формируют костную ткань, участвуют в регуляции работы центральной нервной системы, в углеводном и энергетическом обмене. Образцы богаты калием, который входит в состав клеток мышечной ткани, повышает водоудерживающую способность протоплазмы, укрепляет работу сердечной мышцы .

Таким образом, разработанные напитки обладают, мембраностабилизирующим, резистентным, седативным, желчегонным, адаптационным действием, повышает концентрацию биологически важных микроэлементов. Перечисленные свойства позволяют рекомендовать напитки на основе бальзамов «Алтайский букет», экстрактов растительных трав для пищевой коррекции различных нарушений функционального состояния организма, в том числе во время восстановительного периода после различных заболеваний .

Список литературы:

Бурлакова Е.Б. Разработка научных основ безопасного применения 1 .

биологически активных добавок // Матер. 2-ого Московск. Междун .

Конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития», Москва, 2003, 10—14 ноября, Часть 2, С. 85 .

Гаммерман А.Ф., Кадаев Г.Н., Яценко-Хмелевский А.А. Лекарственные 2 .

растения. М.: Высшая школа. 1984, 400 с .

Максимов О.Б., Кулеш Н.И., Горовой П.Т. Полифенолы дальневосточных 3 .

растений. Владивосток: Дальнаука, 2002. 332 с .

Соколова Н.В. Лекарственные растения и пищевая промышленность // 4 .

Хранение и переработка сельхозсырья. 1998. № 3. С. 27 .

Цыбулько Е.И., Макарова Е.В., Кулеш Н.И., Юдина Т.П. О содержании 5 .

полифенольных веществ в композициях из дикорастущего сырья Дальневосточного региона для производства сиропов функционального назначения. //Хранение и переработка сельхозсырья. 2003. № 12. С. 58—60 .

СЕКЦИЯ 9 .

ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ

ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ

МЕХОВОГО ПОЛУФАБРИКАТА

–  –  –

АННОТАЦИЯ В статье ставиться цель — применение дисперсий кератина в крашении мехового полуфабриката лисицы для улучшения ее качества. Проведена оценка качества кератина и использование его в крашении меха; исследованы некоторые показатели качества мехового полуфабриката лисицы. В результате проведенных исследований получено, что применение дисперсий кератина в отделочных операциях позволяет получить крашеный полуфабрикат с более высокими потребительскими свойствами .

ABSTRACT

The article aims at studying the use of keratin’s dispersion at fox fur semi-manufactured product coloration for its better quality. Keratin’s quality rating and its use in fur coloration have been carried out and several quality parameters of fox fur semi-manufactured product have been examined. As a result of research, it is found that the use of keratin’s dispersion in finishing operations allows to get fur semi-manufactured product with higher suitability .

Ключевые слова: кератин, фибриллярный белок, меховой полуфабрикат, крашение меха .

Keywords: keratin, fibrillar protein, fur semi-manufactured product, fur coloration .

Комплексная переработка сырья животного происхождения, включающая вовлечение в хозяйственный оборот отходов производства в качестве исходного сырья для смежных отраслей, приобретает в настоящее время особую значимость и актуальность [1] .

Термин «безотходные производства» носит условный характер, так как безотходная технология в реальных условиях может быть реализована не в полной мере, так как полностью все отходы мехового производства переработать с минимальной затратой сил и средств достаточно сложно .

Многофункциональность белковых препаратов позволяет их использовать в самых различных направлениях для разнообразных целей. Особое место в ряду белковых препаратов являются фибриллярные белки, в частности коллаген и кератин, так, в меховом производстве весьма перспективным направлением является переработка кератинсодержащих отходов, получение из них дисперсии кератина для использования ее в крашении .

Таким образом, получение кератина и внедрение его в производственные процессы, в частности в отделочных операциях, обеспечивает не только выпуск качественного мехового полуфабриката, но и позволяет разработать безотходные, экономически выгодные для предприятия технологии .

Цель работы — применение дисперсий кератина в крашении мехового полуфабриката лисицы для улучшения ее качества .

Объектами исследования служили:

кератинсодержащие отходы мехового производства;

дисперсии кератина, полученные по методике, разработанной на кафедре товароведения и технологии сырья животного происхождения им. С.А. Каспарьянца [2];

выделанные шкурки лисицы, окрашенные по трем вариантам .

Эксперимент проводили на предприятии ОАО «Русский мех», в ходе исследований были изучены такие показатели как: химический состав, значения рН и плотность дисперсий кератина; устойчивость окраски волосяного покрова к сухому трению, действию света и истираемость волосяного покрова мехового полуфабриката, разрывное напряжение волоса, а также гистологическое его строение с помощью СЭМ. Испытания проводили согласно действующим методикам .

На первом этапе работы были получены дисперсии кератина из кератинсодержащих материалов, образовавшихся в результате изготовления основной продукции мехового производства, и проведена оценка их качества .

В результате исследований химического состава, выявлено, что дисперсии кератина представляют собой хорошо очищенный продукт с содержанием основного компонента — белка 98,7 % .

Плотность дисперсии кератина составляет в среднем 2,12 г/см3, а значения рН — 5,2, что удовлетворяет условиям, указанным в патенте «Способ получения кератина» № 2092072 [2] .

Крашение полуфабриката лисицы проводили по трем вариантам:

вариант 1 — по типовой схеме;

вариант 2 — перед крашением, на подготовительных этапах, на волосяной покров полуфабриката наносили дисперсию кератина и далее окрашивали его согласно типовой технологии;

3 вариант — крашение полуфабриката проводили по типовой схеме, с последующим нанесением дисперсии кератина на волосяной покров .

На следующем этапе эксперимента были определены некоторые показатели качества крашения полуфабриката лисицы: устойчивость окраски волосяного покрова к сухому трению и к действию света .

Испытуемые образцы по всем трем вариантам крашения имели наивысший балл (4—5 и 5) по устойчивости к действию света и сухому трению .

Таблица 1 .

Некоторые физико-механические показатели волоса Вариант Истираемость, Разрывное напряжение, мПа (n=30) обработки % 150,6±4,5 14,2 168,2±4,2 12,1 185,9±5,6 11,0 Исходя из результатов исследования физико-механических свойств окрашенного полуфабриката лисицы, установлено, что дисперсии кератина положительно влияют на показатель потери массы образцов при истирании, так, наименьшее значение было получено при вариантах 2 и 3 .

Образцы волос с мехового полуфабриката, обработанного по второму и третьему варианту крашения, были в среднем на 14 % прочнее, чем образцы волос по типовому варианту, вероятно, это связано с образованием тонкой пленки на поверхности волокна, способствующей увеличению защитной функции чешуйчатого слоя .

Обобщая представленные данные, следует отметить, что при предварительном нанесении дисперсии кератина уменьшается процент истираемости и при этом возрастают прочностные свойства волосяного покрова мехового полуфабриката .

На рисунке 1 и 2 представлены фотографии поверхности чешуйчатого слоя пуховых и остевых волос. Исходя из сравнительного анализа полученных экспериментальных данных, можно отметить, что у остевого волоса полуфабриката лисицы после крашения по типовому варианту чешуйки неплотно прилегали друг к другу и имели неровный оптический край .

–  –  –

Поверхность стержня волоса шероховатая, что негативно отразится при эксплуатации изделия, повысится риск свойлачивания в местах наибольшего трения меха и постепенное изменение окраски .

–  –  –

В тоже время волосы, обработанные дисперсией кератина, во многом сохранили структуру, которая была у некрашеного волоса, данный факт еще раз подтверждает защитную роль действия дисперсии кератина. Аналогичная тенденция была выявлена и при изучении пухового волоса (рисунок 2) .

При сравнении вариантов 2 и 3 установлено, что на меховом полуфабрикате основные категории волос, обработанные дисперсией кератина до крашения, имели значительно более гладкую и менее поврежденную форму чешуек, чем на волосах, обработанных дисперсией кератина после процесса крашения, что связано с технологией нанесения .

Таким образом, дисперсии кератина целесообразнее наносить на волосяной покров мехового полуфабриката до крашения, так как такой вариант нанесения в большей степени защищает волос в процессе крашения .

В заключение необходимо отметить, что применение дисперсий кератина в отделочных операциях позволяет получить крашеный полуфабрикат с более высокими потребительскими свойствами .

Список литературы:

Получение и оценка качества дисперсий кератина из белоксодержащих 1 .

отходов перопухового производства. — 2009. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.collagen.su .

Способ получения кератина: Пат. 2092072 РФ/А.И. Сапожникова, 2 .

С.А. Каспарьянц, Н.В. Месропова и др. — 1997. — БИ № 28 .

ПОВЫШЕНИЕ ЭСТЕТИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ПЕРА СТРАУСА

ПУТЕМ КРАШЕНИЯ

–  –  –

АННОТАЦИЯ Автором изучена возможность окрашивания пера африканского страуса различными видами красителей. Цель работы — выбор наиболее оптимального варианта окуночного крашения пера страуса .

Проведена оценка качества крашения пера страуса, по органолептическим свойствам и устойчивости к мокрому и сухому трению .

Даны рекомендации по оптимизации процесса крашения пера страуса .

ABSTRACT

The author studied the possibility of coloring feather of an african ostrich by the different kinds of dyes. Purpose — to choose the most optimal kinds of dyes for the ostrich feather .

Were given the evaluation of the quality dyeing the ostrich feather by organoleptic properties and resistance to wet and to dry abrasion .

Were given the recommendations on the optimization of the dyeing process ostrich feather .

Ключевые слова: черный африканский страус, качество крашения пера, красители, окуночное крашение пера .

Key words: Black african ostrich, quality of dyeing feathers, dyes, dyeing of feather Торговля перьями страусов насчитывает тысячелетия и восходит к ранним цивилизациям египтян, ассирийцев и вавилонян .

В настоящее время в нашей стране значение перьев с точки зрения рентабельности незначительно — доход от их продажи составляет только 10 % (и менее) общего дохода от продажи продукции страусоводства .

Расширение ассортимента изделий из перьев, обладающих оригинальной окраской и высокими эстетическими свойствами, полученных от страуса, является актуальной проблемой, т. к. интерес к данному виду продукции постоянно растет. Кроме того, технологической инструкции на крашение пера африканского страуса на данный момент не существует, что обуславливает научную новизну работы .

Исходя их вышеизложенного, цель работы — выбор наиболее оптимального варианта окуночного крашения пера страуса .

Объектами исследования служили перья, снятые с туши самки страуса, с крыла, спины и груди, перо было отобрано на ооо «русский страус». На рисунке 1 представлены фотографии пера страуса с различных топографических участков .

Рисунок 1. Перо страуса с различных топографических участков птерилии: 1 — кроющее крыла, 2 — маховое крыла, 3 — контурное спины, 4 — контурное груди Исследуемое перо было белого, светло-серого и коричневого цветов .

Отобранное перо было промыто и окрашено различными видами красителей фирмы “jos.h.lowenstein&sons.inc.”, окуночным способом [3] .

Кислотными красителями перья красили в красный, желтый и синий цвета, концентрация варьировала от 1,0 до 2,5 г/л, окислительными — в черный цвет (при концентрации 3,0—4,5 г/л) и оптическими — тонировали перья (с концентрацией красителя 0,5—1,5 г/л).

Крашение пера проводили по отдельным его цветовым категориям:

белое и светло-серое перо было окрашено кислотными красителями в красный, желтый и синий цвета, коричневые — синий и красный .

Окислительными красителями были окрашены образцы перьев коричневого (со спины и крыла) и светло-серого цвета .

Оптическими красителями тонировали белое, светло-серое и коричневое перо .



Pages:   || 2 |



Похожие работы:

«Известия КГАСУ, 2018, № 2 (44) Технология и организация строительства УДК 691.33 Фаррахова Евгения Олеговна инженер E-mail: evgeniya.f11@mail.ru Ибрагимов Руслан Абдирашитович кандидат технических наук, доцент E-mail: rusm...»

«Гравировально фрезерный станок с ЧПУ-управлением CNC-1325AL/Моделист1530AL/Моделист2030AL. Руководство по эксплуатации. Интернет магазин "ЧПУ Моделист", г.Краснодар, тел. +7-900-279-52-30, www.cncmodelist.ru СОДЕРЖАНИЕ: 1. Общие сведения 3 2. Комплект поставки 3 3. Эксплуатация 3 4. Технические характеристики 3 5. Безопас...»

«XJ9800245 Краткие сообщения ОИЯИ №6[86]-97 JINR Rapid Communications No.6[86]-97 УДК 539.12.18 +539.1.07 КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СТАНЦИЙ ВНУТРЕННИХ МИШЕНЕЙ НУКЛОТРОНА ЛВЭ ОИЯИ В.А...»

«СТРОИТЕЛЬНЫЙ ВЕСТНИК БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА № 10 (57) ОКТЯБРЬ2016 (приложение) Ассоциация региональное отраслевое объединение работодателей "Саморегулируемая организация строителей Байкальского региона" "Актуальные вопросы реализации Федерального закона от 3 июля 2016 года N372-ФЗ "О внесении...»

«СОЦИА ЛЬНА Я ТЕОРИЯ И.А. КЛИМОВ Социальная мобилизация: к истории понятия И.А. Климов* Исследования социальной мобилизации в значительной мере направлены на выделение субъекта социального действия, вызывающего реструктурирование соо...»

«Приложение к свидетельству № 56286 Лист № 1 об утверждении типа средств измерений Всего листов 7 ОПИСАНИЕ ТИПА СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ Счетчики активной электрической энергии однофазные однотарифные "КАСКАД-101-МТ" Назначение средства измерений Счетчики активной электрической энергии одн...»

«ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ Сборник научных статей в 2 частях ЧАСТЬ 2 8 4 ФКС XX: сборник научных статей. Гродно: ГрГУ, 2012 Механохимический метод подготовки компонентов функциональных материалов на основе политетрафторэт...»

«Инструкция по инсталляции Технические характеристики SIP-PBX 16 SIP-PBX 200 BAS IP Содержание 1. Технические характеристики 2. Описание программной части SIP АТС. 3. Вход в WEB-интерфейс SIP АТС. 4. Изменение пароля WEB-администратора и базы данных. 5. Изменение пароля суперпользоват...»

«GSM\GPRS модемы ПМ0124.АВ и ПМ01220.АВ руководство по эксплуатации Содержание Термины и сокращения 1 Назначение модема 2 Технические характеристики и условия эксплуатации 2.1 Технические характеристики 2.2 Условия экспл...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" -УТВЕРЖДАЮ" Зам. директора ИК по уче...»

«Краткое руководство по установке IP-камеры RVi-IPC32M Оглавление 1. Общие параметры Габаритные размеры IP-камеры 1.1. Устройство IP-камеры 1.2.2. Установка IP-камеры Монтаж IP-камеры 2.1.2.2 Ус...»

«ВАЖНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ПО БЕЗОПАСНОСТИ ОЧЕНЬ ВАЖНЫМ ЯВЛЯЕТСЯ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СОБСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ДРУГИХ ЛЮДЕЙ В настоящем руководстве и на самом приборе указаны важные указания по технике безопасности, которые необходимо прочесть и выполнять постоянно. Этот символ опасности, относящийся к...»

«Петров В.Б. Проблема жанра в творчестве Михаила Булгакова // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук.-№03 (86) март 2016. Часть II.С.161-1164. Петров В.Б. © Доктор филологических наук, профессор, профессор кафедры социально-культурных технологий, Уральский государстве...»

«модель 461/462/463 Инструкция по эксплуатации ручного опрыскивателя Внимание! Внимательно прочтите эту инструкцию по эксплуатации перед тем, как приступить к работе. Соблюдайте указания по безопасности! Содержание ст...»

«Терлыч Андрей Евгеньевич МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭКСТРУЗИИ ПОЛИМЕРОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КАБЕЛЕЙ 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (...»

«Министерство энергетики и промышленности Кыргызской Республики Энергетический сектор КР Установленная мощность: 3788 МВт Гидроэнергетика: 3 072МВт (81%) в т.ч. крупные ГЭС: 3 030 МВт Малые ГЭС: 42 МВт Тепловая энергетика: 716 МВт (19%) Годовая выработка: 15,2 млрд.кВтч (2012г.) Г...»

«ОРГАНИЗАЦИЯ ОБЪЕДИНЕННЫХ НАЦИЙ ПО ПРОМЫШЛЕННОМУ РАЗВИТИЮ ДОКЛАД СОВЕТА ПО ПРОМЫШЛЕННОМУ РАЗВИТИЮ о работе его тринадцатой сессии ГЕНЕРАЛЬНАЯ АССАМБЛЕЯ ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОТЧЕТЫ "ТРИДЦАТЬ ЧЕТВЕРТАЯ СЕССИЯ ДОПОЛНЕНИЕ № 16 ( А /...»

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГОСТ МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ 31986“ СТАНДАРТ Услуги общ ественного питания МЕТОД ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ ОБЩЕСТВ...»

«Теплофизика и аэромеханика, 2012, том 19, № 2 УДК 536.24: 532 Эволюция кинематической структуры потока за поперечным выступом в канале на переходных режимах течения* О.А . Душина, В.М. Молочников, Н.И. Михеев, А.А. Паерелий Исследовательский центр...»

«ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Д. СЕРИКБАЕВА Утвержден на заседании Ученого совета ВКГТУ им. Д.Серикбаева Протокол № от "_"_ 2016г. Академический календарь ВКГТУ им. Д.Серикбаева на 2016-2017 учебный год профильной магистратуры (срок обучения 1 год) Зачислени...»

«Содержание I. Комплекс основных характеристик дополнительной общеобразовательной общеразвивающей программы: 3 1.Пояснительная записка 3 I.1 . Направленность программы 4 I.2. Актуальность программы 4 I.3. Отличительные особенности данной программы 5 I.4. Адресат программы 5 I.5.Объем и срок освоения программы 5 I.6. Формы и режим занятий 5 I...»

«1 Протокол № АЭФ-АХО-118П/1 Заседания Единой комиссии Заказчика (АО "КСК") г. Москва 28 февраля 2017 г. Заказчик: Акционерное общество "Курорты Северного Кавказа" 1 . (далее АО "КСК", ИНН 2632100740).На заседании Единой комиссии присутствовали: 2. Исаев Сергей Петрович, Синицина Ольга...»

«МИНИСТЕРСТВО РЕГИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (МИНРЕГИОН РОССИИ) МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ СПРАВОЧНИКОВ БАЗОВЫХ ЦЕН НА ПРОЕКТНЫЕ РАБОТЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ Издание официальное Москва испытания зданий МИНИСТЕРСТВО РЕГИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (МИНРЕГИОН РОССИИ) М ЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗА...»

«СОГЛАСОВАНО ПРИНЯТО УТВЕРЖДЕНО Руководитель отдела профсоюзным комитетом приказом по образованию администрации МКОУ Заводская СОШ, по МКОУ Заводская СОШ Калачеевского муниципального протокол № 15 № 36 от 25.04.2015 г. района от 25.04. 2015 г. Директор МКОУ Заводская СОШ _ В.Ю. Князев _ Л.Н. Мельникова Положение об оплате труда в муниципальн...»

«САВИНЫХ Вадим Владимирович ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ ДО 1000 В НА ОСНОВЕ МЕТОДА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ СИММЕТРИЧНЫХ И ОРТОГОНАЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ Специальность 05.14.02 – Электрические станции...»




 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.