ИЗОБРЕТЕНО В ЯКУТИИ

БУРИТЬ, А НЕ ВЗРЫВАТЬ

Якутия и сегодня богата алмазами. Правда, это уже не только мощные «трубки», но и россыпь в бесконечных северных просторах. Геологам приходится не просто, поскольку технологии поиска продвинулись не сильно. В основном ручная работа: закладка шурфов, подрыв, выемка образцов грунта ведрами, бурами, тоже ручными. И все это в вечно мерзлой почве, незначительно уступающей в прочности самим алмазам.

Усилиями научных сотрудников кафедры «Технологии и техники разведки месторождений полезных ископаемых» (ТиТР МПИ) геологоразведочного факультета Северо-Восточного федерального университета имени М.К.Аммосова разработаны инновационные технологии и оборудование для бурения геологоразведочных скважин в арктической зоне северо-востока страны, где характерной чертой является распространение по всей площади многолетнемерзлых пород.

Научная деятельность кафедры реализуется через малое инновационное предприятие ООО «Арктикбур» и ОАО «Алмазы Анабара». «Арктикбур» создан на базе кафедры для внедрения в производство инновационных технологий бурения. За основу взяли буровой снаряд большого диаметра — 750 мм, применяемый строителями для бурения под сваи. Срезали один виток шнека и уменьшили его шаг. «Камера хранения» за шнеком послойно сохраняет образцы грунта для последующего анализа. Разработали буровые коронки на основе термоустойчивых нанокомпозитных материалов, подходящих для тяжелых грунтов различного состава, к тому же с вкраплениями алмазов. Создали новые конструкции породоразрушающего инструмента для бурения скважин с продувкой сжатым воздухом. Эти разработки оказались универсальными, пригодными не только геологам, но и для скважин различного назначения.

Буровая проходка шурфов по сравнению с существующими способами с большим объемом ручного труда позволит повысить производительность, экономичность и безопасность труда, исключая нахождение рабочих внутри горной выработки, в которой нередко бывают выделения ядовитых и вредных газов, а также существует опасность обрушения неустойчивых пород. Замена части объема шурфопроходческих работ бурением скважин большого диаметра по новой технологии и техники позволит значительно ускорить разведку россыпных месторождений. По подсчетам авторов, годовой экономический эффект от применения бурового снаряда диаметром 750 мм составит до 34 млн руб. на 1000 п.м. проходки. Этот расчет сделан на основе достигнутой себестоимости бурения шурфов на 1 п.м. в ОАО «Алмазы Анабара» и ОАО «Нижне-Ленское».

Возможность применения кубического нитрида бора в качестве резца породоразрушающего инструмента является наиболее перспективным путем решения проблемы бурения с продувкой сжатым воздухом в условиях криолитозоны в породах самых сложных категорий буримости.

Эта технология обладает большим потенциальным резервом в снижении затрат не только на разведку, но и на весь цикл добычи полезных ископаемых, в том числе на дорожное строительство. Новый бур смонтирован на автомобильном шасси, поэтому в труднодоступных районах традиции пока сохранятся.

Также на кафедре разрабатываются новые технологии при бурении инженерно-изыскательских скважин.

ТЕПЕРЬ И ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА

В «Проблемной научно-исследовательской лаборатории физиологии и патологии органов пищеварения» того же Северо-Восточного федерального университета им. М.К.Аммосова разработали ноу-хау технологию по производству рыбно-костной муки из северной рыбы сиговых пород. Это уже не та мука, которую давно научились делать из отходов рыбной промышленности, включающих и внутренности, и головы с жабрами, и кожу с чешуей. Такую муку, оснащенную различными добавками и консервантами, используют для подкормки сельскохозяйственных животных и птицы. Для производства «деликатесной» муки берут только костный хребет с остатками филе. После обработки чистое сырье становится вполне съедобным и очень полезным. Соединение ценных свойств рыбьего жира и кальция из рыбных костей позволяет получить натуральный продукт с высокой биологической активностью. В муке много белков, жиров, богатых полиненасыщенными жирными кислотами группы омега-3 и омега-6, а также витаминов групп В, A, D и минеральных веществ, в том числе кальция. Из рыбно-костной муки можно на скорую руку приготовить уху, вкусную и без резкого рыбного запаха. Для этого достаточно залить ее крутым кипятком и дать настояться. К ухе можно напечь и лепешек как бы с рыбной начинкой.

Биологически активные добавки, исходным сырьем для которых является мука, помогают в профилактике и лечении детского и возрастного остеопороза. Установлено, что они ускоряют реабилитацию больных с переломами и трещинами костей.

ЧИСТАЯ ВОДА БЕЗ ХЛОРА И ОЗОНА

Фирма «Новотех-ЭКО», созданая в 2004 г. под эгидой вологодского «Технопарка», занимается разработкой и совершенствованием технологий безреагентного обеззараживания воды, а также производством оборудования на их основе. В результате научно-исследовательских работ с 2001 г. создан большой модельный ряд обеззараживающего оборудования, перекрывающий реальные потребности различных потребителей в системах очистки питьевой и сточной воды.

Первая установка была сделана для бассейна в санатории «Новый источник», под Вологдой, в 2005 г. и действует там до сих пор. В 2006 г. там же впервые была запущена установка для обеззараживания сточной воды. Сегодня уже больше 30 вологодских установок различной мощности трудятся на объектах коммунального хозяйства, в санаториях, больницах и частных домах, очищают воду в спортивных плавательных бассейнах.

Ультрафиолетовые лампы уже давно применяются для обеззараживания, однако существуют трудности при их использовании в воде, поскольку на кварцевом стекле постепенно наслаивается осадок и оно теряет прозрачность.

Решить проблему удалось с помощью ультразвука. Под его действием в воде возникает кавитация, которая непрерывно очищает стекло. К тому же кавитация сама по себе имеет обеззараживающий эффект, разбивая скопления микробов и ослабляя их клеточные оболочки. С учетом этих факторов разработчики назвали свою технологию безреагентным обеззараживанием воды в едином светозвуковом поле.

Модельный ряд включает и совсем небольшие приборы (фото 1) производительностью 1 м3 /ч, и мощностью 0,2 кВт, подходящие для частных домов, и мощные установки на 300 м3 для крупных объектов в системах очистки питьевой и сточной воды. Оборудование имеет модульную конструкцию, легко встраивается в трубопроводные системы. Несколько установок можно объединить в комплекс для большей производительности. Применение вологодской технологии позволяет значительно сократить,а в некоторых случаях и полностью исключитьхлорирование, озонирование и другие затратные и опасные для окружающей среды и здоровья человека химические способы. В установках применены амальгамные лампы с высокой светоотдачей и сроком службы больше 12000 ч.Оборудование защищено патентами на изобретения и полезные модели.

«БАМБУКОВЫЙ ЛЕС» НА РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

Сложность создания наноструктурных покрытий заключается в их неустойчивости.Новый класс конструкционных металлических материалов, разработанный на кафедре материаловедения в МГТУ им. Н.Э.Баумана, получаемых на основе синтеза многослойных композитных заготовок методом горячей прокатки при температуре 3000°C, решил эту проблему. Теперь предстояло найти реальное применение уникальным материалам.

Оказалось, что из проката таких многослойных материалов можно вырезать, например, зубчатые колеса электроэррозионным методом или любым механическим способом. При этом рабочая поверхность этих колес сохраняет слоистую структуру исходного материала, напоминающую, как заметили разработчики, бамбуковый лес. После этоговпервые был предложен метод проведения упрочняющей химико-термической обработки (азотирование) деталей машин, изготовленных из массивных заготовок, имеющих ориентированную ламинарную структуру субмикронного диапазона. Идея формирования особого вида регулярной микроструктуры оказалась перспективной. Практика показала, что диффузия легирующих элементов в этом случае идет быстрее и глубже. Благодаря этомув деталях машин удается реализовать совокупность предельно высоких значений служебных характеристик, достижение которых при использовании монометаллических материалов оказывается невозможным. Применение химико-термической обработки к многослойным металлическим материалам, имеющим субмикронную толщину ламинарных слоев, позволяет увеличить значения механических свойств (микротвердость) азотированного слоя больше чем в 2 раза (в пределах ламинарного слоя) и одновременно увеличить его толщину больше чем в 2 раза.

Такая технология может найти применение в процессах, имеющих длительный цикл диффузионного насыщения для его сокращения либо для увеличения толщины диффузионного слоя. Перспективной она может оказаться также для деталей машин, изготовленных из материалов с плохой диффузионной проницаемостью легирующих элементов. В этом случае можно использовать комбинированную технологию, включающую изготовление многослойной детали и последующее диффузионное насыщение рабочей поверхности на заданную глубину.

ИЗОБРЕТЕНО В «СТАНКИНЕ»

ХОТЬ ПО ПОТОЛКУ

Мобильный робот вертикального перемещения (МРВП) создан специалистами МГТУ СТАНКИН. Его конструкция и оснастка позволяют инспектироватьвертикальные поверхности машиностроительных металлоконструкций, сооружений, зданий, мостов, корпусов кораблей и самолетов. Можно без разрушения контролировать качество листовых конструкций, сварных швов, резьбовых и заклепочных соединений, доводить до финишного блеска большие вертикальные поверхности. При необходимости сварит или склепает листы металлоконструкций, а заодно помоет окна с фасадов и изнутри, покрасит стены зданий и сооружений.

Для контроля поверхности достаточно мобильной платформы, инспекционного оборудования и системы управления. Если же требуется коррекция поверхности, платформа дополнительно оснащается необходимым измерительным и технологическим оборудованием, а также манипулятором, который можно вооружить шлифовальной машиной, болгаркой, дрелью, краскопультом и др.

В основе МРВП две способные перемещаться относительно друг друга платформы: внешняя и внутренняя. Между собой они крепятся при помощи сварной рамы. Система управления МРВП включает соединенные силовыми и информационными кабелями стационарную часть, которая размещается удаленно от платформы, и часть, расположенную непосредственно на подвижных платформах.

Измерительные и технологические операции обеспечивают возможность визуального контроля состояния поверхности, определения качества материала, очистку и зачистку металлической поверхности, ее шлифование и полирование.

Мощные вакуумные захваты надежно держат робота на любых поверхностях: магнитных, немагнитных, бетонных, металлических, кирпичных, стеклянных. Дистанционный пульт управления с цветным жидкокристаллическим экраном позволяет работать вне зоны прямой видимости с помощью внешней видеокамеры высокого разрешения даже в условиях слабой освещенности, с использованием подсветки робота.

Движение робота плавное, с автоматическим определением качества сцепления с поверхностью и программным планированием каждого следующего шага; Пат. на п.м. 124622.

НАРАЩИВАЕТ БЫСТРЕЕ

В лаборатории инновационных аддитивных технологий СТАНКИН существенно скорректировали известную технологию лазерного плавления. Теперь процесс селективного плавления металлических порошковых материалов включает использование источника лазерного излучения с равномерным распределением плотности мощности в фокальной плоскости сканирующей линзы, в отличие от распределения по Гауссу в предыдущей технологии.

Напомним, что принцип аддитивных технологий заключается в том, что изделие создается при помощи послойного добавления материала различными способами — например, наплавлением или напылением порошока, жидкого полимера, композитного материала. Этим и отличается от традиционных методов производства, основанных на удалении первичного материала (фрезерование или точение). Такой подход позволяет получать микронные внутренние полости различной конфигурации (цилиндрические, конические, спиральные каналы, ячейки и пр.), которые невозможно изготовить традиционными способами.

Новая технология повышает производительность на 20% за счет создания оптимальных условий тепломассопереноса в расплаве. Снижается ширина зоны консолидации слоя порошкового материала в процессе плавления единичного трека. Проплавление единичного трека в подложку происходит более равномерно. Оптическая диагностика процесса показывает снижение негативного вылета частиц порошкового материала из зоны его взаимодействия с лазерным излучением.

Теперь можно модернизировать существующие установки селективного лазерного плавления с Гауссовым распределением мощности лазерного луча для повышения производительности процесса применительно к изделиям со сложной геометрией (пресс-форм с конформными каналами охлаждения, фильтрующих элементов и имплантатов, имеющих сложную ячеистую структуру).

Пат. 2491151.

ЧТОБЫ ЗРЯ НЕ СВЕТИЛО, НЕ ГРЕЛО, НЕ ДУЛО

Автоматизированная система контроля и управления потреблением энергоресурсовSmartOffice-ST в административных и жилых зданиях создана в научно-образовательном центре «Энергосбережение в промышленности» СТАНКИНА.

Логический блок управления системы осуществляет мониторинг элементов измерения подсистем освещения, отопления и кондиционирования, отслеживает изменения значений выбранных параметров подсистем и в случае необходимости подает управляющие команды на элементы управления, подстраивая значения параметров до оптимальных. Каждая из подсистем имеет элементы измерения и управления, что позволяет отслеживать и регулировать значения выбранных параметров. Количество элементов всех типов может варьироваться в зависимости от сложности автоматизированной системы и ограничено только технической реализацией.

Интерфейс оператора отвечает за возможность ввода данных, к примеру нормативных значений параметров, а также за принудительный запуск либо остановку работы определенной подсистемы или всей системы.

Внедрение SmartOffice-ST позволяет уменьшить потребление энергоресурсов на 10—40% одновременно с улучшением условий труда работников до оптимального 1-го класса.

КЕРАМИКА, РАВНОДУШНАЯ К ТЕМПЕРАТУРЕ

Особо ответственные высокоточные керамические компоненты систем, работающих в широком диапазоне температур, прежде всего авиакосмического назначения, требуют применения материалов с близким к нулю коэффициентом термического расширения.

Уникальную технологию получения наноструктурированной оксидной керамики разработали в «Лаборатории искрового плазменного спекания» СТАНКИНА. Новый материал создан из специально разработанной композиции порошковых материалов на основе оксидов алюминия, циркония и лития улучшенным методом искрового плазменного спекания с гибридным нагревом. Компоненты композиции обладают как положительным, так и отрицательным коэффициентом термического расширения и потому взаимно компенсируют друг друга. Изделия из оксидной керамики сохраняют постоянство геометрических размеров в широком диапазоне температур, а также обладают высокими твердостью и износостойкостью. Микроструктура спеченного материала гомогенна, плотность выше 99,9% от теоретически возможной. В керамике отсутствуют остаточные напряжения за счет равномерного нагрева изделий, свойственного гибридной системе искрового плазменного спекания.

Пат. 2491151.

ИЗОБРЕТЕНО В АКАДЕМИИ РВСН ИМЕНИ ПЕТРА ВЕЛИКОГО

ТЕПЕРЬ НЕ ЗАВИСИТ ОТ ГРАВИТАЦИИ

Магнитожидкостные тепловые трубы предназначены для передачи теплоты на значительные расстояния при малом температурном напоре в случаях, когда требуется охлаждение отдельных элементов, а отвод теплоты с помощью стока или радиатора, расположенных непосредственно у охлаждаемого элемента, может оказаться неудобным, нежелательным, невозможным. В качестве теплоносителя здесь используют сильно поляризующиеся в магнитном поле жидкости, представляющие собой двухфазные коллоидные системы из ферромагнитных частиц нанометровых размеров, находящихся во взвешенном состоянии в несущей жидкости. Для устойчивости такой системы ферромагнитные частицы связывают с поверхностно-активным веществом (ПАВ), образующим защитную оболочку вокруг частиц и препятствующим их слипанию в цепочки.

Современные конструкции имеют ограничения по плотности теплового потока, такие как звуковой предел, капиллярные возможности и др. Новое устройство работает как обычная труба и передает тепловую энергию от зоны испарения к зоне конденсации, но имеет отличия в конструкции, которые позволяют повысить ее эффективность и технологичность при изготовлении. В качестве теплоносителя используется та же магнитная жидкость, но дополнительно в структуру тепловой трубы включен электромагнитный артериальный «фитиль», создающий бегущее магнитное поле. Это позволяет возвращать теплоноситель к зоне испарения под действием не только капиллярного напора, создаваемого артериальным «фитилем», но и магнитной силы, возникающей в бегущем магнитном поле в сторону зоны испарения. Таким образом, предлагаемое устройство, по сравнению с существующими, повышает эффективность работы тепловой трубы за счет уменьшения капиллярного ограничения и устранения влияния сил гравитации (положения трубы относительно горизонта). По сравнению с аналогами более технологично при изготовлении.

Заявка на изобретение 2014102929.

КОРАБЛЬ-ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Даже когда судно стоит на якоре или у причала, огромные массы воды обтекают его корпус. Специалистами академии изобретено устройство преобразования набегающего водного потока в электроэнергию. При движении судна набегающий водный поток взаимодействует с лопатками, вызывая перемещение бесконечной ленты и вращение валов. Оно передается на ротор электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию, каковая через систему управления используется для электроснабжения судна или электродвигателей, кинетически соединенных с гребным валом. Невостребованная накапливается на аккумуляторах.

Устройство экономит расход ГСМ и сохраняет экологию, а объем вырабатываемой электроэнергии зависит от скорости набегающего потока и размеров судна, т.е. возможности использования лент с большей рабочей площадью.

Решение о выдаче пат. 2012119817.

УТИЛИЗАЦИЯ С КОМПЕНСАЦИЕЙ

Предложен способ экологически безопасного удаления взрывчатого наполнения из корпусов утилизируемых боеприпасов и получения при этом тепловой энергии для полезного использования. В более широком плане технологию можно применить в различных отраслях промышленности для извлечения твердых горючих материалов из полузамкнутого объема с утилизацией высвобождающегося тепла.

Способ расснаряжения боеприпасов заключается в выжигании заряда из металлической оболочки боеприпаса, установленной вертикально горловиной вниз, с инициированием послойного горения взрывчатого вещества со стороны его свободной поверхности.  На нее воздействуют нагретым до высокой температуры поджигающим телом в виде псевдоожижаемого текучего зернистого материала. Его отделяют от струи смеси зернистого материала с воздухом из трубы пневмотранспорта фонтанирующего псевдоожиженного слоя. Отраженный от поверхности горения текучий зернистый материал вместе с продуктами неполного сгорания истекает из горловины боеприпаса в зону дожигания и смешения с остальным текучим зернистым материалом. Газообразные продукты с оставшимся избытком воздуха отделяют от текучего зернистого материала и через теплообменник нагрева воздуха и циклонный сепаратор отводят в атмосферу. Нагретый до конечной температуры текучий зернистый материал направляют в аккумулятор тепла.

Так решается проблема экологически безопасной ресурсосберегающей утилизации боеприпасов. Технология не нуждается в специальной канализации, водопроводе и пневматике высокого давления. Инертный зернистый материал может быть регенерирован и использован повторно.

Пат. 2485437.

ПОДВОДНЫЙ НАБЛЮДАТЕЛЬ

Изобретение предназначено для обнаружения, определения местонахождения и классификации подводных лодок и надводных кораблей. Гидроакустический модуль можно сбрасывать в море с борта самолета или за борт с корабля. После приводнения устройство автоматически принимает рабочее положение, разворачивает передатчик и опускает на заданную глубину гидроакустический модуль на кабеле. Устройство представляет корпус, имеющий вид сжатой сферы, в котором расположен водометный движитель (водяной насос), работающий под водой. В нижней части днища имеется отверстие, через которое вода попадает в водоток в виде изогнутой трубы, в которой находится винт. Насос с силой выталкивает воду через выпускные отверстия, расположенные по периметру корпуса, и сообщает устройству силу перемещения его в заданном направлении. Сверху корпус обтянут тонкой пленкой, представляющей собой кремниевую солнечную батарею, покрытую защитным слоем от воздействия морской воды и других погодных факторов. Модуль космической связи передает информацию об обнаружении надводно-подводных объектов на командный пункт и корректирует собственное местоположение аппарата относительно данных системы глобального позиционирования GPS/ГЛОНАСС и изменения режима работы устройства.

Устройство само пополняет запас электроэнергии, поэтому может работать долго, контролируя и удерживая заданное месторасположение.

Пат. 2492508.

ДЕТСКОЕ СКОЛКОВО

Дом детского творчества «Полигон Про» в Москве создан в поддержку президентской инициативы «Наша новая школа» и концепции модернизации экономики России. Его главная цель — привлечь молодежь в научно-технологическую сферу для модернизации экономики. Здесь нет учебных классов, уроков, фронтальной и лекционной форм обучения. «Полигон Про» полностью ориентирован на практическое обучение, учебно-научные исследования, проектную деятельность и современные технологии.

ВЕЛОШВЕЙНЫЙ ТРЕНАЖЕР ПОСЛЕ ИНСУЛЬТА

Стенд для реабилитации больных после инсульта (фото 5) создан восьмиклассником Денисом Савиным. Задача — восстановление функций движения рук и ног. Стенд размещается на подвижной платформе, в средней части которой — поворотное кресло для больного. С одной стороны платформы находится приспособление для первичного реабилитационного воздействия. Здесь остроумно использован механизм ножной швейной машинки, приводимый в движение электромотором с регулировкой скорости. На качающейся подставке закреплены «калоши», в которые вставляются ступни ног. Частота колебательных движений задается врачом или по программе.

Достаточно развернуть кресло в другую сторону, и ноги пациента попадают на педали велотренажера. Система для укрепления мышц ног может выполнять две реабилитационные функции: в первой ступни больного закрепляются на педалях, скорость вращения которых можно задавать по программе. Во второй больной сам вращает педали с усилием, которое можно регулировать.

Система укрепления мышц рук — велосипедное колесо, которое больной должен вращать руками с заданным усилием.

ТОЛЬКО ПОДСТАВЛЯЙ

Автор технической системы для оперативного инъекцирования населения в рамках проекта «ЮНОСТЬ В БОРЬБЕ С ЭПИДЕМИЯМИ» — ученик 8-го класса Никита Ильичев.

Изготовлен экспериментальный образец стенда для автоматического инъекцирования населения. В основу его положены автоинъекторы фирмы (АВТОРЭС). Система — это платформа на 4 колесах. Два из них оснащены тормозными фиксаторами, что позволяет выставлять и фиксировать стенд относительно больного. На платформе закреплена вертикальная штанга, по направляющим которой передвигается вверх-вниз столик с инъекционной системой — размещенные на диске три автоинъектора, которые за счет вращения основы могут обрабатывать одно и то же место у больного.

Оператор-медицинский работник подводит больного к стенду, располагая его удобно для инъекцирования. Диск устанавливается в положение «Стерилизация», которое предусматривает расположение автоинъектора со стерилизующим раствором напротив места инъекции. Запускается программа, по которой автоматически подается команда на подачу стерилизующего раствора. После этого диск поворачивается на 120° и срабатывает автоинъектор с лекарственным препаратом. Затем диск автоматически поворачивается еще на 120° и следует подача клеящего раствора, изолирующего инъекционную ранку от внешней среды.

На этом инъекционный цикл завершен. Для обслуживания следующего больного требуется заменить автоинъектор с лекарственным препаратом. Автор планирует делать это автоматически из магазина с предварительно уложенными автоинъекторами.

Руководитель обоих проектов — учитель технологии, доктор технических наук, профессор Б.В.Щербина.