Способ борьбы с испарением бензина в топливных резервуарах, автоматизация процессов дозирования, биодобавки для повышения эффективности угля, устройство для глубоководных исследований — подготовили обзор разработок, которые создают ведущие российские вузы.

Робот определит дозировку

Роботизированную систему для автоматизации процессов точного дозирования и нанесения материалов разработали ученые Политехнического университета. Разработка, изначально созданная для решения внутренних задач лаборатории, продемонстрировала широкий потенциал для применения в микроэлектронике, машиностроении, химии и образовании.

Специалисты отмечают, что роботизированная система уже превосходит ближайшие зарубежные аналоги.
Конструкция системы представляет собой трехкоординатного робота, совмещенного с дозирующим устройством и системой машинного зрения для обратной связи. Она способна работать с полимерами, герметиками, паяльными пастами, жидкими суспензиями и легкоплавкими стеклами. Дозирование может производиться поршневым методом или с помощью давления воздуха, что позволяет работать с материалами широкого диапазона вязкости.

Ключевой особенностью системы является интеграция машинного зрения, позволяющая корректировать действия робота в реальном времени по незапрограммированной траектории. Это открывает возможности для создания прокладок изделий из силикона, полиуретана или резины сложного профиля, а также незаменимо для точного нанесения герметиков и совмещения микрооптических элементов. Создавать при этом сложные траектории вручную или писать коды не обязательно: оператор может подавать команды роботу с использованием цветовой дифференциации через машинное зрение настроенной камеры.

Фото предоставлены пресс-службой СПбПУ

Робот готов к выходу в серийное производство, отмечают ученые.

«Это пример успешной конвергенции инженерных, IT и материаловедческих компетенций внутри университета. Такие междисциплинарные проекты напрямую способствуют технологическому суверенитету, обеспечивая эффективный трансфер знаний от фундаментальной науки к прикладным решениям, формируя кадры для экономики будущего», — отметил проректор по научной работе СПбПУ Юрий ФОМИН.

Сэкономить уголь

Увеличить эффективность сжигаемого топлива до 37% и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу почти в четыре раза помогают биодобавки, разработанные в Томском политехническом университете. В основе растительных добавок — отходы сельскохозяйственных и кулинарных производств.

Ученые Томского политеха разработали четыре вида добавок на основе опилок, таллового масла, отработанного фритюрного масла и сточной воды. В разных концентрациях его добавляли к каменному углю в камеру сгорания при температурах 700–1000 °C. Параллельно политехники проводили комплексный анализ энергетической эффективности, экологических показателей, технологической применимости и возобновляемости топливных смесей.

Фото предоставлено пресс-службой Томского политехнического университета

«Благодаря комплексному анализу удалось установить, что вне зависимости от режима горения интегральный показатель эффективности топлива с добавками суммарно выше на 13–37 % по сравнению с чистым углем. Это делает отходы перспективным вспомогательным ресурсом при сжигании угля и позволяет решить сразу несколько задач: существенно снизить количество исходного сырья — угля — при сжигании, снизить экологическую нагрузку, а также снизить себестоимость топлива за счет вовлечения горючих отходов», — отмечает один их авторов исследования, инженер-исследователь лаборатории тепломассопереноса ТПУ Вадим ДОРОХОВ.

По словам ученых, впервые удалось количественно показать, что комплексное использование отходов растительного происхождения при сжигании угля приводит к ускорению и более полному сгоранию ископаемого топлива: в сравнении с чистым углем эффективность термического окисления угля с добавками ТПУ составила 125–220 %. Наличие отходов в качестве добавок снижает инерцию зажигания и ускоряет горение за счет микровзрывной фрагментации капель смесевых топлив.

Кроме того, результаты исследований показали, что использование добавок опилок или отработанного фритюрного масла снижает выбросы оксида азота при сжигании угля на 23–62 %, а оксида серы — от 1,7 до 3,8 раз.

Предотвратить потери от «малых дыханий»

Способ борьбы с испарением бензина в топливных резервуарах нашли в РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина. Исследователи разработали особую краску для покрытия стенок хранилищ, которая действует как терморегулятор, снижая потери бензина почти до 2–3% в год и уменьшая выбросы в атмосферу вредных летучих соединений.

Технология не имеет аналогов в России и в мире и поможет экономить топливо в резервуарах, особенно в теплых макроклиматических районах (Крым, Кавказ, Краснодарский и Ставропольский края, Ростовская, Астраханская, Волгоградская области).

Фото предоставлено пресс-службой РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина

Покрытие содержит микрокапсулы с парафином (эйкозаном), заключенным в полиуретановую оболочку. Они работают как аккумуляторы тепла: днем поглощают его избыток, предотвращая образование паров бензина, их нагрев и выход из резервуара, а ночью отдают накопленное тепло, уменьшая охлаждение.

«Проблема, которую решает наша разработка, известна как потери от «малых дыханий» резервуаров. Днем стенки резервуара нагреваются на солнце, пары бензина внутри расширяются и через специальный клапан выбрасываются в атмосферу. Ночью, при охлаждении, пары конденсируются, и резервуар забирает наружный воздух. Этот цикл повторяется постоянно, приводя к значительным потерям топлива», — отметил руководитель лаборатории функциональных энергосберегающих гибридных материалов РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина Денис ВОРОНИН.

Российские ученые впервые предложили использовать терморегулирующие добавки для уменьшения потерь бензина в резервуарах.

Фото предоставлено пресс-службой РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина

«Когда дневная температура повышается и возникает риск перегрева, парафин внутри капсул плавится, поглощая избыточное тепло и не давая паровоздушной смеси в резервуаре сильно расшириться. Ночью, при охлаждении, парафин затвердевает, отдавая обратно накопленное тепло и смягчая падение температуры внутри емкости. Таким образом, покрытие сглаживает суточные перепады температуры внутри резервуара, уменьшая потери», — пояснил ученый. Эксперименты в лаборатории с моделью резервуара показали: покрытие с микрокапсулами снизило температуру паров бензина в среднем на 1,7°С за 480 циклов «день-ночь». Расчеты, основанные на реальных климатических данных по России за 2023 год, продемонстрировали: для большого резервуара объемом 5000 тонн экономия может составить от 84 до 235 кг бензина в год (от 1,79 до 2,76%).

Наиболее значительное снижение потерь зафиксировано в регионах с умеренно теплым климатом, где суточные колебания температуры совпадают с рабочим диапазоном материала (35–40 градусов).

Гидроакустика в деле

В ЛЭТИ создали концепцию гидроакустического устройства для эффективных глубоководных исследований.

Не имеющий аналогов в России измерительный прибор позволит создавать 3D-изображение слоев грунта, их толщины и характеристик, а также автоматически классифицировать донный грунт и обнаруживать в нем скрытые объекты.

В связи с активным освоением морских ресурсов становится все более актуальной необходимость проведения работ на морском дне. В том числе прокладку кабелей, трубопроводов для транспортировки различных ресурсов с морского дна на сушу.Это требует тщательного изучения осадочных слоев на морском дне для анализа их строения, состава и изменений с течением времени, что является критически важным для обеспечения безопасности и эффективности операций.

Одним из основных инструментов для изучения донного грунта является однолучевой акустический профилограф. Прибор позволяет получать информацию о глубине залегания осадочных слоев, используя низкие частоты акустических волн. Для повышения эффективности исследований морского дна в ЛЭТИ разработали многолучевой профилограф. Он использует несколько лучей одновременно, что устраняет ограничения традиционных систем. Это позволяет значительно увеличить полосу профилирования и оптимизировать процесс изучения донных грунтов.

«Эти функциональные возможности в совокупности обеспечат проведение более эффективных и при этом менее дорогостоящих глубоководных исследований», — отметил ассистент кафедры электроакустики и ультразвуковой техники (ЭУТ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Антон ВАГИН.