Наукові та прикладні основи магніторідинної герметизації, що забезпечує екологічну безпеку шкідливих виробництв

Abstract

Дисертаційна праця присвячена вирішенню науково-прикладної проблеми зниження рівня техногенного навантаження небезпечних виробництв шляхом створення умов їхньої безаварійної роботи, усунення відмов на устаткуванні, що експлуатується, а також загроз травматизму обслуговуючого персоналу шляхом застосування в елементах технічних систем магніторідинних герметизуючих комплексів. Виявлені основні проблеми і причини виходу з ладу технологічного обладнання, зокрема нездатність штатних ущільнювальних систем забезпечити повну герметичність. Обгрунтовано науково-методологічний підхід до вирішення проблеми про недопущення накопичення дефектів та подальшого розвитку аварійних ситуацій шляхом застосування магніторідинних герметизуючих комплексів, що дозволило підвищити рівень екологічної безпеки небезпечних виробництв. Проведені дослідження фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей магнітних рідин і магніторідинних герметизаторів. Отримані такі наукові результати: температурний розігрів технічних магнітних рідин за всіх швидкостей зсуву, коли магнітні сили домінують над відцентровими, не перевищує 5°С; забезпечення надійної експлуатації при збільшених зазорах відбувається шляхом самокорекції за допомогою додавання феромагнітного мікронного порошку; розроблена мультифізична математична модель дала можливість дослідити процеси та явища різної фізичної природи, та підстави обґрунтувати можливість збільшення зазору до 0,8 мм і забезпечення стійкої працездатності до лінійних швидкостей 35 м/с. Вперше обгрунтовано та реалізовано принцип оцінки рівня техногенної безпеки небезпечних виробництв, який розвиває методологію системних досліджень в екологічній безпеці та уможливлює створення комплексних підходів до зниження ризику техногенних аварій шляхом розроблення конструктивних рішень МРГК, що дозволило до 7 разів зменшити величину техногенного ризику. Практична значущість роботи підтверджена результатами впровадження екологічно безпечних конструктивних і технологічних рішень із проектування МРГК, що дало можливість організувати експлуатацію близько 4000 МРГК на майже 200 промислових підприємствах небезпечних виробництв у семи країнах, а також патентами України на винахід.

Диссертационная работа посвящена решению научно-прикладной проблемы снижения уровня техногенной нагрузки опасных производств путем создания условий их безаварийной работы, устранения отказов на эксплуатирующемся оборудовании и угроз травматизма обслуживающего персонала путем применения в элементах технических систем магнитожидкостных герметезирующих комплексов. Определены основные проблемы и причины выхода из строя технологического оборудования, в частности неспособность штатных уплотняющих систем обеспечить полную герметичность. Обоснован научно-методологический подход к решению проблемы о недопущении накопления дефектов и дальнейшего развития аварийных ситуаций путем применения магнитожидкостных герметизирующих комплексов, что позволяло повысить уровень экологической безопасности опасных производств. Проведены исследования физико-химических и эксплуатационных свойств магнитных жидкостей и магнитожидкостных герметизаторов. Получены такие научные результаты: температурный разогрев технических магнитных жидкостей при всех скоростях сдвига, когда магнитные силы превосходят центробежные, не превышает 5°С; возможность обеспечения надежной эксплуатации при увеличенных зазоров путем самокорректировки с помощью добавления ферромагнитного микронного порошка; разработанная мультифизическая математическая модель позволила исследовать процессы и явления различной физической природы и обосновать возможность увеличения зазора до 0,8 мм и обеспечения устойчивой работоспособности до линейных скоростей 35 м/с. Впервые обоснован и реализован принцип оценки уровня техногенной безопасности опасных производств, развивающий методологию системных исследований в экологической безопасности и позволяющий создать комплексные подходы к снижению риска техногенных аварий путем разработки конструктивных решений МЖГК, обеспечивших до 7 раз уменьшение величины техногенного риска. Практическая значимость работы подтверждена результатами внедрения экологически безопасных конструктивных и технологических решений по проектированию, на основании которых была организована эксплуатация около 4000 МЖГК на почти 200 промышленных предприятиях опасных производств в семи странах, а также патентами Украины на изобретение.

The thesis work is devoted to solving scientific and applied problems of increasing the level of technogenic safety of hazardous industries by creating conditions for their trouble-free operation, eliminating failures in operating equipment and threats of injury to the operating personnel when using magnetic fluid sealing complexes in technical system elements. The main problems and reasons for the failure of technological equipment, in particular the inability of standard sealing systems to ensure complete tightness, are identified. The scientific and methodological approach to solving the problem of preventing the accumulation of defects and the further development of emergencies through the use of magnetic fluid sealing complexes was substantiated, which allowed to increase the level of environmental safety of hazardous industries. The physicochemical and operational properties of magnetic fluids and magnetic fluid seals were studied in order to ensure their implementation on technological equipment, including physically and mentally worn ones The following scientific results were obtained: the temperature heating of technical magnetic fluids at all shear rates, when the magnetic forces exceed the centrifugal, does not exceed 5 °C; the possibility of ensuring reliable operation with increased gaps by selfcorrection by adding a ferromagnetic micron powder; a multiphysical mathematical model has been developed to investigate processes and phenomena of various physical nature and to substantiate the possibility of increasing the size of the working gap to 0.8 mm and ensuring stable working capacity of MFSC up to linear velocities of 35 m/s. For the first time, the principle of assessing the level of technogenic safety of hazardous industries is substantiated and implemented, developing the methodology of system research in environmental safety, which allows creating integrated approaches to reduce the risk of industrial accidents by evolving design solutions of MFSC, which reduce the amount of technological risk up to 7 times. The practical significance of the work is confirmed by the results of the implementation of environmentally friendly design and technological solutions for the design of the MFSC, which made it possible to organize operation of about 4,000 MFSCs at nearly 200 industrial enterprises of hazardous production facilities in seven countries, has been further developed, as well as patents of Ukraine for invention.