ВАЖНЫЕ НОВОСТИ
Ежегодную отраслевую премию «Промышленная робототехника» впервые запускают в России

Министерство промышленности и торговли Российской Федерации совместно с Центром развития промышленной робототехники Университета Иннополис объявляет конкурсный отбор на ежегодную отраслевую премию «Промышленная робототехника». Премия учреждена в 2025 году в целях поощрения и признания деятельности отечественных компаний и организаций, работающих в сфере промышленной робототехники, что напрямую...

Минпромторг России поддержит российских производителей средств производства и автоматизации

Министерство промышленности и торговли Российской Федерации объявило о проведении дополнительного отбора российских производителей средств производства и автоматизации для возмещения убытков, связанных с предоставлением скидок покупателям при реализации продукции. Данная субсидия предоставляется в рамках трех федеральных проектов, входящих в национальный проект «Средства производства и автомати...

Горьковский автозавод представил на ЦИПР особо значимый проект по созданию комплексной системы управления жизненным циклом продукта и производством

Горьковский автозавод представил проект по внедрению цифровых систем управления жизненным циклом продукта и производством. Проект демонстрируется на площадке конференции «Цифровая индустрия промышленной России» (ЦИПР), которая проходит со 2 по 8 июня 2025 года в Нижнем Новгороде. Проект, внедрение которого началось в 2023 году, реализуется при поддержке Российского фонда развития информационных...

В Совете Федерации обсудили инструменты развития газохимической и нефтехимической отрасли Дальнего Востока

В Совете Федерации состоялось совещание на тему «Газификация и ее производные: газохимия и нефтехимия как драйвер роста экономики Дальневосточного федерального округа». Модератором заседания выступила заместитель директора департамента по привлечению инвестиций Корпорация развития Дальнего Востока и Арктики (КРДВ) Анастасия Набатчикова. Открывая мероприятие, член Комитета СФ по федеративному ус...

Президенту РФ предложили районы для пилотных проектов автоматизированных логистических центров

Ростовская и Нижегородская области могут стать пилотными площадками для реализации первых в России проектов создания комплексных автоматизированных логистических центров, где большую часть работы выполняют роботизированные системы, а не человек. С таким предложением выступил председатель совета директоров ГК "Интратул" Сергей Терентьев на встрече президента РФ Владимира Путина с представителями ро...

Вместе делаем Россию сильнее. Москва и Магадан договорились о совместном развитии промышленности

Столица стала наставником Магаданской области по развитию промышленного потенциала. Москва поделится опытом поддержки индустриального сектора, подготовки квалифицированных кадров для современного производства, развития особой экономической зоны, промышленного туризма, популяризации и другими эффективными практиками. Об этом сообщил Министр Правительства Москвы, руководитель Департамента инвестицио...

24 Марта 2010

Модификация поверхностей оборудования

Модификация поверхностей оборудования

Автoр: А.В. Рыженкoв

Нанoурoвневая мoдификация функциoнальных пoверхнocтей oбoрудoвания трубoпрoвoдных cетей

В прoцеccе экcплуатации oтечеcтвенных cиcтем теплocнабжения гидравличеcкoе coпрoтивление многократно возраcтает вcледcтвие протекания коррозионных процеccов и накопления отложений на внутренних поверхноcтях трубопроводов cиcтем теплоcнабжения. Сужение проходных сечений трубопроводов приводит к необходимости постоянно повышать входное давление перекачиваемой среды для обеспечения расчетного расхода теплоносителя. В свою очередь повышение магистрального давления приводит к снижению надежности и эффективности работы трубопроводных сетей как за счет увеличения количества аварий, связанных с разрывом трубопроводов и образованием свищей, так и за счет эксплуатации оборудования перекачивающих станций не в номинальном режиме, приводящей к увеличению скорости износа насосных агрегатов и снижению их КПД. Вышеизложенное обуславливает необходимость разработки новых подходов к решению проблемы снижения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения. Анализ научно-технических изданий и публикаций показывает, что одним из перспективных решений в этом направлении является модификация внутритрубных поверхностей. Одним из характерных примеров модификации является придание поверхностям свойства ультрагидрофобности.

Проблема транспортировки рабочих и технологических сред, в т.ч. воды и углеводородов, крайне актуальна для Российской Федерации, являющейся мировым лидером по протяженности трубопроводных систем. Протяженность трубопроводов, по которым осуществляется транспортировка продукции нефтегазового комплекса, составляет 219 тыс. км, в т.ч. газопроводных магистралей  - 151 тыс. км, нефтепроводов — 48,5 тыс. км, нефтепродуктопроводов — 19,3 тыс. км, трубопроводов для транспортировки теплоносителя систем теплоснабжения — 280 тыс. км.

Реализация большинства способов создания ультрагидрофобных поверхностей для снижения гидравлического сопротивленья применительно к системам теплоснабжения на сегодняшний день невозможно по ряду причин, в т.ч. из-за технической невозможности производства модифицированных внутритрубных поверхностей большой площади, а также их высокой стоимости. Тем не менее за рубежом продолжаются изыскания в этом направлении, в первую очередь через гидрофобизацию поверхности. Анализ результатов исследований, проведенных в МЭИ (ТУ), показывает, что для гидрофобизации трубных поверхностей систем теплоснабжения есть возможность использовать широко применяемые в энергетике поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Наноуровневая модификация функциональных поверхностей оборудования трубопроводных сетей осуществляется за счет ориентированной адсорбции молекул ПАВ из транспортируемой среды и образованием так называемого «частокола Ленг-мюра».
 
    

       




Рис. 1. a — Влияние относительной толщины сорбированных на внутритрубной поверхности молекулярных слоев ПАВ на гидравлическое сопротивление трубопровода при различных скоростях течения теплоносителя; б — фотография капли воды на ультрагидрофобной поверхности; в — структурная формула и схема расположения молекул ПАВ на поверхности.
 
Нанотехнологии в энергетике, наномеханика и наноплазма.
 
Влияние скорости потока транспортируемой среды на гидравлическое сопротивление провода в процессе наноуровневой модификации внутритрубной поверхности молеку-I фными слоями ПАВ определялось в диапазоне скоростей от 0,5 до 2,5 м/с. Результаты этих исследований представлены на рис. 1 в виде зависимости относительного гидравлического сопротивления трубопровода АР0ТН (АР0ТН = АРпав/АРисх, где: АРпав - гидравлическое сопротивление трубопровода с молекулярными слоями ПАВ, сформированными на его внутренней поверхности, АРисх — исходное гидравлическое сопротивление этого же трубопровода) от относительного значения толщины молекулярных слоев ПАВ на поверхности Ьотн (fотн = Ь-^АЭ, где: Ьпав — суммарная толщина молекулярных слоев ПАВ, Аэ — средняя высота выступов шероховатости поверхности трубопровода).

Анализ настоящих результатов экспериментальных исследований позволяет выделить четыре характерных этапа изменения гидравлического сопротивления трубопровода, связанных с формированием молекулярных слоев ПАВ на внутритрубной поверхности. На первом этапе происходит снижение гидравлического сопротивления за счет формирования молекулярных слоев ПАВ, полностью повторяющих профиль поверхности (см. рис. 2, б). На втором этапе имеет место стабилизация значений гидравлического сопротивления, характеризующаяся постепенным заполнением молекулярными слоями пространства между выступами шероховатости (рис 2, в) до ее полного «сглаживания» (рис 2, г). Максимальные значения снижения гидравлического сопротивления трубопровода достигаются на третьем этапе при относительной толщине молекулярных слоев ПАВ, находящихся в интервале 1,5 2,0. При этом максимальное зафиксированное снижение гидравлического сопротивления относительно исходного значения составило 29% при скорости 2,5 м/с и 38,5% — при скорости 0,5 м/с. На четвертом этапе при дальнейшем росте относительной толщины молекулярных слоев начинается обратный процесс — гидравлическое сопротивление начинает увеличиваться до стабилизации в диапазоне 5-^10% от исходного значения (см. рис. 1).

Значения толщин молекулярных слоев ПАВ, сорбированных на трубную поверхность, измерялись с использованием металлографических шлифов, изготавливаемых по стандартным методикам.

Характерная упорядоченность рельефа верхних молекулярных слоев является следствием их «податливости» в результате воздействия потока транспортируемой среды, формирующей в режиме течения наиболее оптимальный рельеф с точки зрения минимизации потерь. Такие образования на внутритрубной поверхности структурируют течение, тем самым снижая потери за счет снижения гидравлического сопротивления потоку транспортируемой среды.
Применение наноразмерной модификации функциональных поверхностей оборудования трубопроводных сетей позволит существенно повысить их энергоэффективность и надежность и в дальнейшем отказаться от дорогих конструкционных материалов в пользу более дешевых с модифицированными на наноуровне функциональными поверхностями.


Литература
1.    Колесников А.И., Михайлов СЛ. // Энергоресурсосбережение М., 2006. 232 с.
2.    Яиповских В.М. Основные направления энергоэффективности при эксплуатации тепловых сетей // Энергосбережение. 1999. № 1. С. 10—13.
3.    Joonwon Kim, Chang-Jin Kim. Nanostructured surfaces for dramatic reduction of flow resistance in droplet-based microfluidics // IEEE, 2002. C. 479-482.
4.    Xue-Mei Li, David Reinhoudt, Mercedes Crego-Calama. What do we need for a superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces //Chem. Soc. Rev., 2007.

Источник: Сборник тезисов докладов участников Второго международного конкурса научных работ молодых ученых в области нанотехнологий.

Кол-во просмотров: 15642
Яндекс.Метрика