Пятеро исследователей Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН представили свои разработки, внедренные и внедряемые в промышленность, на соискание премии Правительства Российской Федерации 2017 года в области науки и техники для молодых ученых.
В команду вошли доктор технических наук Сергей Владимирович Двойнишников, доктор физико-математических наук Владимир Михайлович Дулин, кандидаты технических наук Иван Константинович Кабардин и Михаил Петрович Токарев, а также Дмитрий Викторович Куликов. Их общий проект носит название «Разработка и внедрение оптических систем регистрации параметров рабочих процессов для повышения эффективности энергетических технологий».
Их комплексная работа по разработке и внедрению оптических систем регистрации параметров рабочих процессов состоит из семи разделов и направлена на увеличение эффективности производства гидротурбин, горячего листового металлопроката, работы энергетически нагруженных роторов ГЭС, турбин ветрогенераторов.
Практическими результатами 15-летнего труда физиков стало создание уникальных приборов и технологий, которые в десятки раз дешевле существующих зарубежных аналогов. Это технологии бесконтактной оптической диагностики трехмерной геометрии лопастей гидротурбин во время металлообработки, радиационно-безопасного измерения толщины горячего металлопроката, оптико-лазерной диагностики и мониторинга обледенения турбин ветрогенераторов и многие другие.
«Ребята создали уникальную систему по обработке оптических сигналов, которая позволяет по рассеянию оптического сигнала измерить мельчайшие изменения формы объектов, начиная с глубоких подводных объектов — гидротурбин — и кончая ветролопастями. У этой работы большие перспективы дальнейшего развития, например, в сфере экспериментальных исследований в атомной энергетике», — прокомментировал директор Новосибирского филиала Института безопасного развития атомной энергетики РАН доктор технических наук Николай Алексеевич Прибатурин.
Надо отметить, созданные системы успешно работают на разных промышленных предприятиях Российской Федерации, используются в учреждениях высшего образования, научно-исследовательских центрах. По результатам комплексной работы исследователи получили 15 патентов и авторских свидетельств, 41 награду на российских и международных конкурсах и выставках, также было проведено 25 актов внедрения. Экономический эффект от последнего, по оценкам авторов, составляет более чем 1 млрд рублей.
Бесконтактная система диагностики гидротурбин в ходе их производства
Одна из разработок молодых ученых ИТ СО РАН — технология бесконтактной оптической диагностики трехмерной геометрии лопастей гидротурбин во время металлообработки.
Это необходимо для увеличения производительности агрегатов ГЭС и обеспечения их безопасной работы. Преимущество диагностической системы, созданной молодыми физиками, в ее надежности, мобильности, точности и низкой себестоимости — измерения можно выполнять на действующем производстве, они не требуют предварительной подготовки поверхности гидротурбины. Оригинальная технология основана на триангуляционном принципе с использованием структурированного освещения и фазовой триангуляции.
Заказчиком выступил Ленинградский металлический завод, с которым ИТ СО РАН сотрудничает долгое время по циклу работ, посвященных лазерной доплеровской анемометрии — это точечный бесконтактный оптический метод измерения скорости взвешенных в потоке жидкости или газа частиц. Сотрудникам завода потребовалась технология диагностики трехмерной геометрии лопастей, которую можно было бы использовать прямо в цеху во время металлообработки.
— Для проведения промышленных испытаний, на Ленинградский металлический завод был командирован старший научный сотрудник ИТ СО РАН, молодой доктор технических наук Сергей Двойнишников: он ходил среди вращающихся гигантских лопаток, вес которых достигает десятка тонн. Ему сказали: «Ну, Сергей, выбирай любую, какую ты нам измеришь?» Он выбрал, как оказалось, лопасть Святогорской ГЭС, развернул диагностическую систему, сделал замеры. На следующий день был получен сравнения — 3D-модель лопасти оказалась существенно лучшей, чем итоги измерения импортными системами. Более того, в случае с импортной аппаратурой требовались почти лабораторные условия работы — нужно было переместить лопасть в специальное помещение, провести спецобработку поверхности и только после этого начинать измерения. — прокомментировал младший научный сотрудник ИТ СО РАН Дмитрий Викторович Куликов.
В настоящий момент новая технология оптической диагностики трехмерной геометрии лопастей гидротурбин в процессе энергоемкой металлообработки успешно испытана и готова к внедрению на гидротурбостроительные предприятия.
Уникальный лазерный измеритель толщины горячего листового металла
Еще один пример работы исследователей ИТ СО РАН — лазерный измеритель толщины горячего металлопроката, в основу которого легла запатентованная авторская лазерная радиационно-безопасная технология.
Прибор успешно работает в цеху горячего проката Новосибирского металлургического завода им. Кузьмина с 2013 года. Технология основана на методах синхронной дифференциальной лазерной облачной триангуляции. Эти методы позволяют точно и бесконтактно определить толщину листа горячего металла в экстремальных цеховых условиях: измеряемый прокат имеет температуру до 1200 градусов, скорость до 30 м/с, а температура в цехе может меняться от –20 до +45 градусов.
Измерения производятся прямо на прокатном стане, где постоянно присутствуют водный, масляный аэрозоли, грязь и сильнейшие вибрации, осложняющие работу. В этих трудных условиях ученым удалось добиться рекордно малой погрешности измерений – 20 микрон. Подобные приборы специалисты ИТ СО РАН могут сделать по запросу любого нуждающегося в них предприятия: в институте есть вся необходимая инфраструктура. Причем в «комплект поставки» на предприятие входит и установка, и последующее сопровождение с решением проблем, возникающих в ходе эксплуатации. Стоимость устройства — от 5 миллионов рублей.
Лазерный измеритель толщины горячего металлопроката создан на замену рентгеновским толщиномерам, работа которых основана на измерении коэффициента ослабления проникающего сквозь измеряемый лист гамма-излучения, опасного для здоровья человека. Рентгеновские измерители стоят в 6 раз дороже и имеют ряд недостатков. Они не учитывают угол наклона измеряемого листа и требуют ввода поправочных коэффициентов в зависимости от измеряемой марки металла.
— Закупка и применение импортных измерительных систем отечественными предприятиями часто осложнена невозможностью своевременно выполнить работы по ремонту и техническому обслуживанию. Возникают ситуации, когда предприятие покупает дорогой зарубежный прибор и не может его запустить, потому что пуско-наладку должны делать квалифицированные технические специалисты, командируемые производителем. Эта процедура может затянуться более чем на год.— объяснил старший научный сотрудник ИТ СО РАН, доктор технических наук Сергей Владимирович Двойнишников.
Надежда Дмитриева
Фото из презентаций ИТ СО РАН
