В Луганском университете ученые и студенты разработали систему элементов струйной макротехники на основе вихревых потоков

Ни одно индустриальное предприятие не обходится без систем, использующих в качестве рабочих сред различные жидкости и газы. Наличие во всех конструкциях подвижных контактирующих механических пар приводит со временем к их износу, что снижает надежность и долговечность не только самих устройств, но и сказывается на показателях эффективности работы систем в целом.

Изучением и устранением таких проблем занимаются на кафедре «Гидрогазодинамика» Восточноукраинского национального университета имени Владимира Даля под научным руководством доктора технических наук, профессора Дмитрия Сёмина. Дмитрий Александрович с 1982 года работает над созданием средств и систем управления силовыми потоками текучих сред на базе элементов струйной макротехники. На сегодняшний  день в этом направлении достигнуты определенные успехи.

Всем знакомы такие природные явления как смерчи, тайфуны, водовороты в реках. Это и есть вращающиеся (вихревые) потоки, наблюдаемые в жизни. Обычно они несут в себе разрушительную силу, поскольку внутри такого потока образуется вакуум или воронка, из-за чего происходит всасывание окружающих предметов в центр. У ученых кафедры возникла идея - нельзя ли использовать явления, связанные с вращающимися потоками во благо человеку.

В результате развития этой идеи, во ВНУ им. В.Даля возникло направление фундаментальных исследований кафедры - «Гидродинамика вращающихся потоков текучих сред». Основной задачей исследований являлось установление физических картин течения, построение адекватных математических моделей, и их решение. А прикладным направлением является создание  бесконтактных средств управления потоками текучих сред. При этом использованы два таких характерных явления вихря как наличие вакуума в приосевой области и повышенное, по отношению к окружающему, давление на периферии камеры, ограничивающей течение.

Таким образом, «укрощение» начали с того, что искусственно ограничили создаваемый вращающийся поток текучей среды стенками вихревой камеры. Вихревая камера представляет собой короткий цилиндр с двумя торцевыми крышками. Образно говоря, она напоминает консервную банку.

Разработанная далевцами на кафедре «Гидрогазодинамика» система струйных средств управления текучими средами на основе вихревых клапанов, позволяет повысить надежность и долговечность промышленных систем. Это достигается благодаря тому, что регулирующие органы струйной системы не имеют подвижных механических частей и нечувствительны к неблагоприятным условиям промышленности – загрязнениям и примесям текучих сред. Еще одно преимущество данных устройств заключается в том, что с помощью вихревых клапанов можно частично открывать и закрывать потоки, т.е. это своего рода аналог водопроводного крана, не содержащий механических частей.

Вихревые клапаны не имеют ни одной подвижной механической части, в них ничто не  ломается, как в механических устройствах. Износ проточной части здесь практически не изменяет рабочие их характеристики. Недостаток вихревого клапана состоит в том, что для поддержания его в закрытом состоянии необходимы затраты энергии и управляющей среды. Но в определенных условиях производства надежность и долговечность являются более важными факторами, чем энергетические затраты. Это условия работы практически всех видов промышленного транспорта и их систем, которые можно отнести к экстремальным. Они подвержены влиянию резких перепадов температур, наличия абразивов, повышенной запыленности, влажности, химической агрессивности рабочей и окружающей среды, вибрации и др. В этих условиях процессы износа контактирующих пар в механических устройствах протекают на порядки быстрее, чем при их работе на чистой среде, и надежность оборудования в таком случае приобретает первостепенный характер.

Кроме того, предложенная далевцами система является самодостаточной и открытой, т.е. включает полный набор необходимых элементов для построения управляющих устройств и систем на их базе. С другой стороны она может дополняться новыми видами как средств сообщения с системами управления, так и струйных регулирующих устройств.

В науке необходимо ответить на три главных вопроса – описательный («что происходит»), объяснительный («почему происходит») и предсказательный («что будет, если…»). В предсказательной части как раз и пытаются найти практические приложения. А поскольку Дмитрий Александрович по образованию инженер, то он всегда все равно смотрит на науку под углом ее практического применения.

Так возникло прикладное направление исследований  кафедры - «Бесконтактное управление потоками текучих сред». Целью стала разработка устройств бесконтактного перемещения и управления потоками текучих сред. И такие устройства не только были созданы, но и имеют все предпосылки для успешного функционирования в различных отраслях промышленности.

Все разработанные на кафедре конструкции оригинальны и защищены более 30 авторскими свидетельствами СССР и патентами Украины на изобретения. Часть разработок нашла промышленное применение.

Например, пять комплектов разработанного совместно с институтом «УкрНИИуглеобогащение» пневматического струйно-вихревого привода гидравлических отсадочных машин выдержали 20-летнюю безотказную работу на углеобогатительных фабриках Донбасса. Еще одной разработкой ученых и студентов стали вихревые исполнительные устройства в системе транспортировки и дозировки жидкостей для окраски тканей, успешно применяемые химической станции ПО «Лутри». Также на кафедре «Гидрогазодинамики» совместно с Институтом инженерной экологии разработаны вихревые регуляторы расхода газа в системах средств диагностики технического состояния промышленного транспорта. Разработки далевцев применимы не только в промышленности, но и в сельском хозяйстве.

Сейчас под руководством профессора Дмитрия Александровича Сёмина на кафедре работают над созданием центробежных насосов без вала и рабочего колеса, используя все те же эффекты смерча.  Уже сделаны первые лабораторные образцы таких устройств, которые подтверждают состоятельность идеи и перспективность. По сравнению с известными струйными насосами, разработанные далевцами имеют более высокий КПД, они так же нечувствительны к загрязнениям перекачиваемой среды. Такие насосы были крайне необходимы  опять же в углеобогащении и на теплоэлектростанциях.

Наталья Вергуненко