CC BY
12
The article investigates question of manifestation of annular Richardson effect for two-phase flow with variable concentrations of the phases taking into account changes in the transverse pressure gradient. Numerical calculations are made in a wide range of parameter of Uomersley and Reynolds number.
Keywords: pulsating flow, the effect of Richardson, parameter of Uomersley, the Reynolds number, marching method, two-phase mixture, the pressure gradient, the adhesion conditions.
УДК 658.5
АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ АВТОМАТИЗАЦИИ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ Швец Ольга Яковлевна, к.т.н., доцент кафедры «Приборостроение и автоматизация технологических процессов»
(e-mail: olga.shvets75@gmail.com) Нургалиева Адель Еркеновна, магистрант (e-mail: nurgalieva.adel@mail.ru) Камерия Жадыра Кайраткызы, магистрант (e-mail: zhady_94@mail.ru) Жакиева Меруерт Серикханкызы, магистрант
Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, г.Усть-Каменогорск, Казахстан (e-mail: zhady_94@mail.ru)
В данной статье рассматривается актуальность разработки новых принципов создания машин для получения компонентов бетонных смесей, и получения на их основе новой технологии приготовления бетонов. Полученные результаты позволят создавать новые типы оборудования для приготовления бетонов и их компонентов, значительно улучшающие технологическую, экономическую и экологическую эффективность производства.
Ключевые слова: приготовление бетонов, переработка отходов, применение фибры.
Производство бетонов и других строительных смесей растёт с каждым годом, как в Республике Казахстан, так и в мире в целом.
Современное строительство немыслимо без бетонной продукции, производство которой во всем мире считается наиболее ресурсоёмким видом человеческой деятельности. По оценкам экспертов, ежегодный мировой выпуск бетона превышает 2 миллиарда кубометров, что намного превосходит производство других видов промышленной продукции и стройматериалов. Это один из массовых строительных материалов, во многом определяющий уровень развития мировой цивилизации.
Бетонные смеси широко применяются в строительной, дорожной, горнодобывающей, нефтегазовой и других отраслях. При этом на первый план
выходят качество получаемой продукции (например, по показателям прочности и долговечности) и вопросы снижения энергоёмкости и стоимости технологических процессов. То есть имеется острая потребность в высокоэффективном и энерго- и ресурсосберегающем оборудовании для реализации соответствующих технологических процессов. Данное оборудование может быть также использовано и во многих других производственных отраслях. Для изготовления фибры применяется высокоуглеродистая сталь с высокой степенью упрочнения.
Кроме вышесказанного, необходимо отметить, что в промышленной сфере скопилось большое количество отходов производства, которые загрязняют окружающую среду и ухудшают экологическую ситуацию в различных регионах РК, а так и в мире в целом. Данные отходы производства могут служить качественным заполнителем для бетонов, при этом снижается стоимость бетонов и/или повышаются их характеристики, и решаются экологические проблемы. Таким образом, возникает существенная необходимость в разработке новых технологий и оборудования по приготовлению бетонов с использованием техногенного сырья.
Идея данного исследования заключается в разработке новых принципов создания машин для получения компонентов бетонных смесей, и получения на их основе новой технологии приготовления бетонов. При этом должна обеспечиваться возможность использования в качестве заполнителей техногенных отходов (горнорудного, металлургического и иных производств) а бетон должен иметь высокие показатели качества (прочность, влагостойкость, морозостойкость, срок службы и т.д.) по сравнению с продуктом стандартной технологии при меньшей стоимости единицы продукции и снижении вредного воздействия на экологию.
Данное направление исследований полностью соответствует программе индустриализации страны, декларированной Президентом Республики Казахстан Н.А. Назарбаевым. При этом подчеркнём, что новые технологии и оборудование в области производства бетонов важны для ключевых отраслей промышленности Республики Казахстан.
Научная новизна исследований настоящей работы обоснована тем, что в ней проведена планомерная работа по разработке и научному обоснованию новых базовых принципов работы технологического оборудования с целью получения максимального эффекта при минимальных энергозатратах и созданию на этой основе, и на основе системного подхода технологической линии по переработке сырья и получению новых строительных материалов.
Полученные результаты позволят создавать новые типы оборудования для приготовления бетонов и их компонентов, значительно улучшающие технологическую, экономическую и экологическую эффективность производства.
Ожидаемый социальный эффект обоснован использованием в новой технологии отходов других производств, что приведёт к улучшению эко-
логии регионов Республики Казахстан (РК). Также при снижении себестоимости конечной продукции (бетона) может быть снижена и стоимость жилья и других объектов строительства, что также несёт положительный социальный эффект.
В современной мировой промышленности существуют положительные примеры использования технологий переработки техногенного сырья с целью производства бетонов, но обычно данные технологии отличаются либо высокой стоимостью, либо сложностью процессов, что не вполне приемлемо при реализации подобных проектов в условиях РК. При этом на территории РК подобные технологии практически не применяются и мало исследованы.
Главное и существенное отличие предлагаемой в проекте технологии заключается в оригинальной предварительной обработке компонентов перед их закладкой в бетонную смесь и использование нового вида стальной фибры, что обеспечивается применением принципиально новых конструкций инновационного оборудования.
Перспективность данной технологии заключается в возможности её распространения на производство других строительных и не строительных материалов помимо бетона.
Реальная конкуренция в РК и РФ в сфере данных технологий в настоящее время отсутствует. Применение технологий развитых промышленных стран неприемлемо по причине их сложности и высокой стоимости.
Таким образом, учитывая всё вышеизложенное, можно отметить существенную значимость данного проекта для строительной, дорожной, горнорудной и других производственных отраслей РК.
Цель работы - разработать инновационные решения по применению нового вида фибры, полученной из техногенных отходов - канатов и тросов подъёмно-транспортных машин и оборудования (ПТМО), шахтных скиповых и клетьевых подъёмников, экскаваторов-драглайнов и другого оборудования, применяющих стальные канаты.
Задачи, решаемые в проекте:
1. Разработать новые конструкции ключевых элементов (машин) ТЛПФ и изготовить их модели; экспериментально исследовать эффективность работы машин и сравнить результаты теоретических и экспериментальных исследований.
2. Разработать инженерную методику расчёта конструктивно-технологических параметров основных элементов ТЛПФ и линии в целом.
3. Разработать возможные пути дальнейшего совершенствования ТЛПФ и распространения подобной технологии и на сферы производства других типов строительных материалов, например асфальтобетона.
Обоснование направления исследований.
Для изготовления нового вида фибры предлагается использовать выработавшие технический ресурс стальных канатов с диаметром проволок от 0,2 мм до 1,0 мм. Диаметр канатов/тросов - до 40...60 мм. При этом рынок
данного сырья достаточно значителен - так только по Восточно-Казахстанской области объём списания стальных канатов, только по корпорации «Казцинк» составляет около 2000 тонн в год.
Одним из основных направлений данной работы являются вопросы разработки способов приготовления фибры из отработанных тросов подъёмно-транспортных машин и оборудования (ПТМО), шахтных скиповых и клетьевых подъёмников, экскаваторов-драглайнов (далее - стальные канаты) и другого оборудования, применяющих стальные канаты. При этом очевидно, что данное направление является наиболее значимым и содержит наибольшее количество новых технических и технологических решений.
Канаты, изготавливаемые в настоящее время, различаются по конструктивным признакам и механическим характеристикам проволоки. По механическим характеристикам проволоки канаты подразделяются по величине временного сопротивлению разрыву (маркировочной группе) на 7 групп.
Если конструкция каната, видимо, не будет оказывать существенного влияния на свойства бетона, то влияние характеристик проволоки следует изучить. Кроме этого канаты различаются по величине диаметра проволок в пряди. Так канаты типа ЛК-О имеют проволоки одинакового диаметра, канаты ЛК-Р, ЛК-РО состоят из проволок разного диаметра. С учётом вышеперечисленного, а также с отсутствием сертификата на использованные канаты возникла необходимость проведения определения механических свойств канатной проволоки.
Для предварительных испытаний были приняты отработанные стальные канаты без сертификатов, поэтому возникла необходимость испытания по определению механических характеристик изношенных проволок.
Методика испытаний.
Для проведения испытаний применялась разрывная машина. При использовании для зажима проволоки клиновых захватов, имеющих стальные губки с насечкой, обрыв проволоки происходил в зоне губок. Это, видимо, происходило из-за дополнительных напряжений в зоне прижима.
С целью исключения влияния дополнительных напряжений в зоне крепления проволоки применялось крепление как показано на рисунке 1 и зажимом в губках разрывной машины.
Рисунок 1 - Крепление проволоки для испытаний Места разрыва при таком способе крепления показаны на рисунках 2 и
3.
Рисунок 2 - Испытания на разрыв
Рисунок 3 - Результаты испытаний
ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ: диаметр проволоки 1,0 мм, длина 210 - 220 мм. Внешний вид: без видимых следов коррозии; следы межпрядевого износа имеются; внешний износ проволок имеется.
Таблица 1 - Результаты испытаний
Разрывная нагрузка, кН Место обрыва d, мм МПа
В зоне крепления От верхней точки
1,4 77 1 1783
1,53 да 1 1948
1,32 102 1 1681
1,33 100 1 1693
1,25 94 1 1592
1,32 115 1 1681
1,4 да 1 1783
1,5 да 1 1910
1,32 70 1 1683
1,5 13 1 1910
1,52 105 1 1935
Среднее значение: 1781
Как видно из протокола испытаний, канат имеет маркировочную группу 1764 МПа. Большие колебания величин ов видимо результат влияния износа.
Выводы: Влияние механических характеристик на свойства бетона, в частности маркировочной группы, диаметров проволоки требует отдельного изучения. Актуальность автоматизации переработки техногенных отходов для производства бетона не вызывает сомнений.
Список литературы
1. Швец О.Я. Разработка информационной системы выявления чрезвычайных ситуаций. Мониторинг атмосферы городов Saarbrücken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. - 159 с. ISBN 978-3-659-24063-8
2. Shvets O.Y., Zhumakanov A. Simulation of operation of the Center for Environmental monitoring and Emergency Situations. AIS 2013, International Symposium on Applied Informatics and Related Areas, Szekesfehervar, Hungary.
3. Швец О.Я. Использование современных информационных технологий при проектировании информационных систем экологического мониторинга. Совместный выпуск журналов «Вестник ВКГТУ», «Вычислительные технологии» Институт вычислитель-
ных технологий Сибирского отделения РАН, Часть 3, Усть-Каменогорск, 2013 г.,
C.306-311.
Shvets Olga Yakovlevna, Cand.Tech.Sci.,
Associate Professor of Instrument Engineering, Automation and Control sub-department,
D. Serikbayev East-Kazakhstan state technical university. Ust-Kamenogorsk, Kazakhstan (e-mail: olga.shvets75@gmail.com)
Nurgalieva Adel Yerkenovna., postgraduate student
D. Serikbayev East-Kazakhstan state technical university. Ust-Kamenogorsk, Kazakhstan
(e-mail: nurgalieva.adel@mail.ru)
Kameriya Zhadyra Kairatkyzy, postgraduate student
D. Serikbayev East-Kazakhstan state technical university. Ust-Kamenogorsk, Kazakhstan (e-mail: zhady_94@mail.ru)
Zhakieva Meruert Serikkhankyzy, postgraduate student
D. Serikbayev East-Kazakhstan state technical university. Ust-Kamenogorsk, Kazakhstan (e-mail: zhady_94@mail.ru)
THE RELEVANCE OF RESEARCH IN PROCESSING MAN-MADE WASTE AUTOMATION
Abstract. This article describes the relevance of the development of new principles in the creation machines for production components of concrete mixtures and on the base of it a new technology of concrete preparation. The results will allow to create new types of equipment for the preparation of concretes and their components, significantly improving the technological, economic and environmental efficiency of production. Keywords: concrete preparation, waste processing, the use of fiber.
