| 12. |
Приоритет Стратегии НТР России, согласно Указу Президента Российской Федерации от 28 февраля 2024 г. № 145 |
Переход к передовым технологиям проектирования и создания высокотехнологичной продукции, основанным на применении интеллектуальных производственных решений, роботизированных и высокопроизводительных вычислительных систем, новых материалов и химических соединений, результатов обработки больших объемов данных, технологий машинного обучения и искусственного интеллекта |
| 19. |
Аннотация |
Целью проекта является разработка для условий Арктики новых методов резки, реализуемых в подводных условиях и обладающих универсальностью к обрабатываемому материалу и геометрии реза и преодоление технологического предела в применении технологии гидроабразивного резания для глубоководного резания.
В проекте предлагается преодолеть возникший технологический предел в развитии технологии гидроабразивного резания для глубоководного резания в условиях Арктики. С этой целью будут изучены физико-химические явления, возникающие в процессе: I. формирования нового абразива с полимерным компаунд-протектором, состоящего из защитной полимерной оболочки, сокращающей износ трубопроводов, клапанов и фитингов, фокусирующей трубки сопла мобильной установки для резания под водой; II. нанесения полимерного покрытия на абразивную частицу в псевдоожиженном слое с учетом температуры и вязкости полимера, длины и формы макромолекул, концентрации частиц, гидродинамических и реологических свойств потока воздуха в камере смешения; III. испытания опытного образца абразива с полимерным компаунд-протектором для глубоководного резания в условиях Арктики.
Описание задач, предлагаемых к решению в 2025 году:
1. Обоснование выбора состава полимерного компаунд-протектора для нанесения на поверхность абразивного зерна на основе изучения кинетики процесса растворения и набухания в морской и пресной воде. Изучение процесса поглощения жидкости полимерным покрытием будет проведено на основе исследования увеличения объёма и массы полимера в зависимости от условий синтеза полимеров, природы матрицы, сшивки, размеров и геометрии абразива с полимерным компаунд-протектором. Будут рассмотрены гидрофобные и сшитые полимеры, а так же водонерастворимые полимеры типа PVAC, PS, PVFM, PF, CA.
2. Теоретические исследования изменения энергии адгезии при набухании полимерного компаунд-протектора на поверхности абразивного зерна в водной среде на основе данных о механических свойствах покрытия и абразива при известных их геометрических характеристиках. Теоретические исследования будут проведены с привлечением теории взаимодействия сплошных материалов, позволяющей определить потенциальные взаимодействия частиц сплошной среды, т.е. потенциальное взаимодействие частиц полимера и абразива. Расчеты изменения адгезии при набухании полимерного компаунд-протектора на поверхности абразивного зерна в водной среде будут проведены по зависимости величины потенциального взаимодействия от расстояния между частицами, где параметры потенциала для каждого материала полимера и абразива свои и определяются через модули Юнга и коэффициент Пуассона.
3. Теоретические исследования возможности поврежденности адгезионного контакта полимерного компаунд-протектора с поверхностью абразивного зерна при набухании в водной среде по значениям когерентности решеток покрытия и абразива в равновесном состоянии системы и при варьировании ее напряженно-деформированного состояния. Будет проведен анализ поврежденности адгезии в зависимости от характера развившихся дефектов при набухании в водной среде полимерного компаунд-протектора на поверхности абразивного зерна путем определения несоответствия условий сопряжения полей перемещений и напряжений, которые развиваются в абразивной частице и полимерной оболочке.
4. Теоретические и численные исследования разрушения абразива с полимерным компаунд-протектором в водной среде при взаимодействии с элементами мобильной установки для подводной гидроабразивной резки и разрезаемой преградой. Будет рассмотрено движение абразивной частицы с полимерным компаунд-протектором в струеформирующих каналах установки, определена траектория ее движения с учетом технологических и конструктивных параметров. Получено уравнения энергетического баланса при ударе абразива с полимерным компаунд-протектором о разрезаемую поверхность в водной среде. Проведено теоретическое исследование особенности процессов, происходящих на разных стадиях движения абразивной частицы с полимерным компаунд-протектором в струеформирующих каналах установки. Будет сделана оценка возможности повреждения струеформирующего канала мобильной установки в жидкой среде.
Описание задач, предлагаемых к решению в 2026 году:
1. Исследование зависимости скорости агломерации абразивных частиц в псевдоожиженном слое от вязкости полимера наносимого на абразив для гидроабразивного резания под водой в условиях Арктики. Будет определена зависимость средней энергии слипания абразивных частиц в псевдоожиженном слое от условий нанесения полимерного раствора компаунд-протектора. Проведено исследование условий залипания агломератов абразивных частиц на стенках камеры установки псевдоожижения, а так же исследование условий осаждения агломератов или мокрых абразивных частиц на газораспределительную решетку.
2. Разработка программного обеспечения расчета геометрических размеров камеры с псевдоожиженным слоем и режимных условий нанесения полимерного компаунд-протектора на абразив для гидроабразивного резания под водой в условиях Арктики. На основе задания эквивалентного диаметра абразивной частицы и ее среднего значения будет определена величина порозности ожиженного слоя. Используя эквивалентный диаметр, будет определена первая скорость ожижения, а по значению минимального размера абразивного зерна будет определена вторая скорость ожижения. Результатом расчетов будет определение рабочей скорости псевдоожижения. Будет определено изменение влагосодержания полимерного раствора компаунд-протектора на входе в калорифер, на входе в сушилку и на выходе из сушилки. После расчета рабочей скорости сушки полимера будет получено значение диаметра аппарата, диаметра отверстий распределительной решетки и доли живого сечения решетки, высота псевдоожиженного слоя и высота сепарационного пространства.
3. Испытания опытного образца абразива с полимерным компаунд-протектором для глубоководного резания в условиях Арктики. Исследование стойкости сопла при использовании абразива с полимерным компаунд-протектором. Испытание режущих свойств абразива с полимерным компаунд-протектором, полученного при критических режимах обработки. Исследование толщины реза гидроабразивной струей под водой при низких температурах абразивом с полимерным компаунд-протектором. Измерение насыпной плотности абразива с полимерным компаунд-протектором. Оценка однородности покрытия абразива с полимерным компаунд-протектором. Оценка толщины полимерного компаунд-протектора на абразивном зерне. Оценка отклонения от шарообразной формы абразива с полимерным компаунд-протектором. Оценка прочности покрытия абразива полимерным компаунд-протектором.
4. Разработка технологии получения нового абразива с полимерным компаунд-протектором для гидроабразивного резания под водой в условиях Арктики. Будут определены режимы нанесения полимерного компаунд-протектора на абразив. Установлены режимы предварительного разогрева установки с псевдоожиженным слоем. Установлено время начала загрузки абразива и последовательность операций по его просушке и нанесения слоев полимера. Будет определено время и режимы окончательной сушки абразива с полимерным компаунд-протектором. |