На проходившей 17-18 сентября в Калуге выставке-ярмарке "Путевые машины-2003" специалистами РГОТУПС (ВЗИИТ), МГУПС (МИИТ) и "НПФ ВИЭТО" были показаны образцы новых перспективных фильтроэлементов из ПГС-полимеров и теплообменные аппараты воздушного охлаждения, изготовленные по новой технологии.

Об уникальных свойствах, диапазоне использования и преимуществах новых материалов и технологии рассказывают их разработчики: заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук профессор В.П. Коваленко, заведующий кафедрой МГУПС, кандидат технических наук доцент В.Ф. Ковальский, инженер "НПФ ВИЭТО" В.С. Карасев, заведующий кафедрой РГОТУПС профессор В.С. Соколов, кандидат технических наук доцент РГОТУПС К.Я. Лесной, кандидат технических наук Е.Н. Пирогов и аспирант РГОТУПС И.В. Юрцевич.

НОВЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Открытие и последующее промышленное использование в середине прошлого столетия полимерных материалов знаменовало собой новый этап в развитии новой техники. А теперь, когда разработаны принципиально иные высокопористые полимерные материалы в виде объемных изделий заданной геометрической формы, это развитие обрело дополнительный импульс.

Полимерные материалы, имеющие пространственно-глобулярную структуру (ПГС-полимеры, ПГС-иониты), получены на основе широкого ассортимента исходных мономеров: винильные мономеры (типа стирола, винилпиридина, метилметакрилата, акрилонитрила, бутадиена и др.), фенолы, амины, карбамиды, меламин, альдегиды, эпоксидные соединения и т.д. Технология их получения весьма проста и может быть легко освоена на действующих предприятиях по производству пластических масс и синтетических смол с использованием стандартного оборудования.

На основе той или иной мономерной системы можно создать разнообразные ПГС-полимеры, которые условно подразделяются на гиперфильтры (размер пор 0,002-0,01 мкм), ультрафильтры (размер пор 0,01-0,1 мкм), микрофильтры (размер пор 0,1-5 мкм), макрофильтры (размер пор свыше 5 мкм). Поскольку в качестве исходных материалов для синтеза ПГС-полимеров могут быть использованы многие существующие мономеры, имеется очень большой ассортимент ПГС-полимеров, различающихся между собой как по химическому составу, так и по параметрам пористости и физической структуре.

ПГС-полимеры отличаются совершенной пористой структурой и узким распределением пор по размерам (±10%). Варьируя условия синтеза, получают большое разнообразие пористых структур: моно- и полидисперсных с различной укладкой микроглобул - от максимально плотной до разреженной. Можно получить ПГС-полимеры с заданным размером микроглобул (от 30 А до 15 мкм) и пор (от 20 А до 20 мкм) соответственно о заданной пористостью (35-90%). Регулируемая пористость генерируется в процессе полимерообразования в специально создаваемой первоначально гомогенной системе под воздействием определенных факторов. Реакции осуществляются в специальных формах, в строго контролируемых условиях.

Для каждой из изученных мономерных систем созданы диаграммы состояния, используя которые можно синтезировать ПГС-полимеры с заданными параметрами пористости, размера микроглобул, характером их укладки и т.д.

ПГС-полимеры сочетают в себе свойства твердого тела и высокодисперсной системы. Регулярная пористая структура этих материалов обеспечивает их хорошую проницаемость при низких потерях напора. А большая развернутая внутренняя поверхность ПГС-полимеров (до 100-150 м2/г) придает им высокую химическую активность и сорбционную способность, а наличие разнообразных химически активных функциональных группировок - ионообменные, комплексообразующие, электроннообменные и коалесцентные свойства.

Будучи механически прочными твердыми телами, ПГС-полимеры имеют прочность на раздавливание до 300 кг/см2, на разрыв - до 200 кг/см2. ПГС-полимеры легко поддаются механической обработке: фрезерованию, резке, шлифованию, строганию и т.д., хотя, как правило, изделия требуемой конфигурации получаются в процессе синтеза путем использования соответствующих отливочных форм.

ПГС-полимеры легко и просто совмещаются с другими материалами: металлическими и пластмассовыми каркасами и сетками, фильтротканями, волокнами, целлюлозными наполнителями... И эта совместимость позволяет получать весьма ценные в техническом плане новые композиционные материалы, сочетающие в себе свойства ПГС-полимеров и соответствующих материалов, часто с получением сверхэффекта от их взаимного влияния.

Композиционные ПГС-изделия легко склеиваются, свариваются, соединяются механическим путем.

Разработанные методы синтеза ПГС-полимеров позволяют получать на их основе за одну операцию изделия самой разнообразной геометрической формы: тонкие листы и ленты, толстостенные и тонкостенные трубы, стержни, блоки, изделия сложной конфигурации, объемом от нескольких кубических сантиметров до десятков и более литров.

С учетом наличия большого набора исходных мономеров, пригодных для синтеза ПГС-полимеров, а также тонкого варьирования характера пористой структуры в широком диапазоне для каждой мономерной системы возможен широкий ассортимент ПГС-полимеров, выполняющих самые разнообразные функции.

Наиболее эффективно применение ПГС-полимеров в качестве материалов технологического назначения в таких процессах, как ионный обмен, сорбция, фильтрация, микро-, ультра- и гиперфильтрация, коалесценция, диспергирование. Использование ПГС-полимеров позволяет внести коренные усовершенствования в эти технологические процессы, играющие важную роль в современной технике.

Применяемые в настоящее время традиционные фильтрационные материалы (бумага, картон, ткани, нетканые материалы, металлические сетки и т.п.) в силу своего геометрического строения не способны осуществить очистку нефтепродуктов с тонкостью выше 2-5 мкм (обычно 10-20 мкм). А мембранные материалы с высокой тонкостью фильтрования имеют крайне низкую пропускную способность и поэтому используются преимущественно для лабораторных целей.

Использование ПГС-полимеров для очистки нефтепродуктов позволит добиться любой заданной чистоты этих продуктов при необходимой пропускной способности фильтра. При этом возможность изготовления фильтрационных материалов различной конфигурации позволяет использовать все эксплуатирующиеся в настоящее время корпуса фильтров.

Возможность регенерации фильтроэлементов из ПГС-полимеров путем промывки противотоком фильтруемого продукта или продувки сжатым воздухом значительно повысит ресурс их работы по сравнению с бумажными, тканевыми и им подобными фильтроэлементами. ПГС-полимеры могут применяться и для обезвоживания нефтепродуктов.

Рассмотренные свойства ПГС-полимеров и основные направления их использования представляют интерес с точки зрения применения их для очистки эксплуатационных жидкостей (топлив, масел, рабочих жидкостей), применяемых в железнодорожно-строительных машинах, а также для регенерации масел и рабочих жидкостей в эксплуатационных подразделениях.

НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Известно, что наиболее эффективны охлаждающие и нагревательные устройства, имеющие развитые теплообменные поверхности, образуемые за счет оребрения.

Но применяемые сейчас теплообменные устройства с оребренной рабочей поверхностью изготавливаются главным образом путем механического соединения ребер с основной поверхностью при помощи сварки или пайки или путем накатки ребер на цилиндрической поверхности с помощью специального оборудования. Эти теплообменные поверхности имеют невысокую прочность, трудоемки в изготовлении, имеют значительное термическое сопротивление и подвержены электрохимической коррозии в местах контакта ребер и основной поверхности.

В противовес им отечественными производителями разработана оригинальная безотходная технология получения высокоэффективных теплопередающих поверхностей, заключающаяся в подрезании и отгибе с поверхности цилиндрических и плоских заготовок тонких слоев металла (ребер), имеющих заданные параметры (высоту, толщину и шаг, угол наклона к поверхности заготовки и к оси ее внутреннего канала) и сохраняющих прочную связь с основной поверхность.

В качестве материала для изготовления теплопередающих поверхностей методом подрезания и отгиба ребер используются алюминиевые сплавы, по свойствам близкие к технически чистому алюминию, а также другие металлы и их сплавы, обладающие необходимыми пластическими свойствами. Изготовление теплопередающих поверхностей обеспечивается применением универсального станочного оборудования, специального сложнопрофильного тонколезвийного инструмента оригинальной конструкции и несложной технологической оснастки. Получение теплопередающей поверхности с параметрами оребрения в широком диапазоне обеспечивается только изменением режимов резания.

Использование предлагаемой технологии изготовления теплопередающих поверхностей позволяет создавать теплообменники с унифицированными теплообменными элементами, имеющими развитую поверхность заданных параметров. Это значительно упрощает их изготовление и сборку, а также замену в процессе эксплуатации отдельных элементов, упрощает компоновку теплообменников различной мощности.

* * *

Применение на железнодорожно-строительных машинах новых теплообменных аппаратов - радиаторов систем охлаждения и охладителей надувочного воздуха, масляных радиаторов систем смазки и гидравлических систем, радиаторов систем отопления кабин управления, испарителей и конденсаторов систем охлаждения и кондиционирования кабин - очень перспективно. Надо смелее и шире внедрять их в производство.